Електрически измервания на неелектрически величини

Измерването на различни неелектрически величини (премествания, сили, температури и т.н.) чрез електрически методи се извършва с помощта на устройства и инструменти, които превръщат неелектрическите величини в електрически зависими величини, които се измерват с електрически измервателни уреди с везни, калибрирани в единици на измерени неелектрически величини.

Преобразуватели на неелектрически величини в електрически или сензориразделена на параметриченвъз основа на промяната на който и да е електрически или магнитен параметър (съпротивление, индуктивност, капацитет, магнитна пропускливост и т.н.) под въздействието на измерената величина, и генератор, в който измерено неелектрическо количество се трансформира в e. и т.н. с. (индукционни, термоелектрически, фотоелектрически, пиезоелектрични и други). Параметричните преобразуватели изискват външен източник на електрическа енергия, а самите генераторни блокове са източници на енергия.

Същият преобразувател може да се използва за измерване на различни неелектрически величини обратно, измерването на всякакви неелектрически величини може да се извърши с помощта на преобразуватели от различен тип.

Освен преобразуватели и електрически измервателни уреди, инсталациите за измерване на неелектрически величини имат междинни връзки — стабилизатори, токоизправители, усилватели, измервателни мостове и др.

За измерване на линейни премествания използвайте индуктивни преобразуватели — електромагнитни устройства, при които параметрите на електрическата и магнитната верига се променят при преместване на феромагнитната магнитна верига или котва, свързани към движещата се част.

За преобразуване на значителни премествания в електрическа стойност се използва преобразувател с подвижен феромагнитен транслационно движещ се маги-проводник (фиг. 1, а). Тъй като положението на магнитната верига определя индуктивността на преобразувателя (фиг. 1, б) и, следователно, неговия импеданс, тогава със стабилизирано напрежение на източника на електрическа енергия с променливо напрежение с постоянна честота, захранващо веригата на преобразувател, по тока е възможно да се прецени движението на частта, механично свързана към магнитната верига … Скалата на инструмента е градуирана в съответните мерни единици, например в милиметри (mm).

Ориз. 1. Индуктивен преобразувател с подвижна феромагнитна магнитна верига: а — диаграма на устройството, б — графика на зависимостта на индуктивността на преобразувателя от положението на неговата магнитна верига.

За да се преобразуват малки премествания в стойност, удобна за електрическо измерване, се използват преобразуватели с променлива въздушна междина под формата на подкова с намотка и котва (фиг. 2, а), която е здраво свързана с движещата се част. Всяко движение на котвата води до промяна на тока / в намотката (фиг. 2, б), което позволява скалата на електрическото измервателно устройство да се калибрира в мерни единици, например в микрометри (μm), при постоянно променливо напрежение със стабилна честота.

Ориз. 2. Индуктивен преобразувател с променлива въздушна междина: а — диаграма на устройството, б — графика на зависимостта на тока на намотката на преобразувателя от въздушната междина в магнитната система.

Диференциални индуктивни преобразуватели с две еднакви магнитни системи и една обща арматура, разположени симетрично спрямо двете магнитни вериги с въздушна междина със същата дължина (фиг. 3), при която линейното движение на котвата от средното й положение променя еднакво и двата въздуха празнини, но с различни знаци, които нарушават баланса на предварително балансирания AC мост от четири намотки. Това дава възможност да се прецени движението на котвата според тока на измервателния диагонал на моста, ако той получава мощност при стабилизирано променливо напрежение с постоянна честота.

Ориз. 3. Схема на устройството на диференциалния индуктивен преобразувател.

Използвайте за измерване на механични сили, напрежения и еластични деформации, възникващи в части и възли на различни конструкции преобразуватели с тел — напрежение, които, като се деформират, заедно с изследваните части, променят електрическото си съпротивление. Обикновено съпротивлението на тензорезистор е няколкостотин ома, а относителната промяна в неговото съпротивление е десети от процента и зависи от деформацията, която в границите на еластичност е правопропорционална на приложените сили и произтичащите от това механични напрежения.

Деформатометрите са направени под формата на зигзагообразна тел с високо съпротивление (константан, нихром, манганин) с диаметър 0,02-0,04 мм или от специално обработено медно фолио с дебелина 0,1-0,15 мм, които са запечатани с бакелитов лак между два тънки слоя хартия и подложени на термична обработка (фиг. 4, а).

Ориз. 4. Теномер: а — диаграма на устройството: 1 — деформируема част, 2 — тънка хартия, 3 — жица, 4 — лепило, 5 — изводи, b — верига за свързване на небалансиран резисторен мост към рамото.

Изработеният тензорезист се залепва за добре почистена деформируема част с много тънък слой изолационно лепило, така че посоката на очакваната деформация на детайла да съвпада с посоката на дългите страни на телените бримки. Когато тялото се деформира, залепеният тензодатчик възприема същата деформация, която променя електрическото си съпротивление поради промяна в размерите на сензорния проводник, както и структурата на неговия материал, което влияе върху специфичното съпротивление на проводника.

Тъй като относителната промяна в съпротивлението на тензорезистора е правопропорционална на линейната деформация на изследваното тяло и съответно на механичните напрежения на вътрешните еластични сили, тогава, използвайки показанията на галванометъра на измервателния диагонал на предварително балансираният резисторен мост, едно от рамото на който е тензодатчикът, може да се прецени стойността на измерените механични величини (фиг. 4, б).

Използването на небалансиран мост от резистори изисква стабилизиране на напрежението на източника на захранване или използването на магнитоелектричен съотносител като електрическо измервателно устройство, при показанията на което се променя напрежение в рамките на ± 20% от номиналното напрежение, посочено на скалата на устройството няма значителен ефект.

Използвайте за измерване на температурата на различни среди термочувствителни и термоелектрически преобразуватели… Топлочувствителните преобразуватели включват метални и полупроводникови термистори, чието съпротивление до голяма степен зависи от температурата (фиг. 5, а).

Най -широко разпространени са платинените термистори за измерване на температури в диапазона от -260 до +1100 ° C и медни термистори -за температурния диапазон от -200 до +200 ° C, както и полупроводникови термистори с отрицателен коефициент на електрическо съпротивление — термистори, характеризиращи се с висока чувствителност и малък размер в сравнение с метални термистори, за измерване на температури от -60 до +120 ° C.

За да се предпазят чувствителните към температурата преобразуватели от повреда, те се поставят в тънкостенна стоманена тръба със запечатано дъно и устройство за свързване на проводници към проводниците на небалансиран резисторен мост (фиг. 5, б), което прави възможно за да се прецени измерената температура по тока на измервателния диагонал.Скалата на магнитоелектрическия съотносител, използван като метър, е градуирана в градуси по Целзий (° C).

Ориз. 5. Термистори: а — графики на зависимостта на промяната в относителното съпротивление на металите от температурата, б — верига за свързване на термистори към рамото на небалансиран резисторен мост.

Термоелектрически температурни преобразуватели — термодвойкигенериране на малки д. и т.н. с. под въздействието на нагряване съединението на два различни метала, те се поставят в защитна пластмасова, метална или порцеланова обвивка в зоната на измерените температури (фиг. 6, а, б).

Ориз. 6. Термодвойки: а — графики на зависимостта на д. и т.н. с. за температурата на термодвойките: ТЕЦ-платина-родий-платина, TXA-хромел-алумел, THK-хромел-копел, b-монтажна схема за измерване на температурата с помощта на термодвойка.

Свободните краища на термодвойката са свързани чрез хомогенни проводници с магнитоелектричен миливолтметър, чиято скала е градуирана в градуси по Целзий. Най -широко използваните термодвойки са: платина -родий — платина за измерване на температури до 1300 ° С и за кратко време до 1600 ° С, хромел -алумел за температури, съответстващи на посочените режими — 1000 ° С и 1300 ° С и хромел-копел, предназначен за дългосрочно измерване на температури до 600 ° С и краткосрочно-до 800 ° С.

Електрически методи за измерване на различни неелектрични величини Те са широко използвани на практика, тъй като осигуряват висока точност на измерване, различават се в широк диапазон от измерени стойности, позволяват измервания и тяхното регистриране на значително разстояние от местоположението на контролирания обект, а също така дават възможност за извършване на измервания в труднодостъпни места.