Elektrické merania neelektrických veličín

Meranie rôznych neelektrických veličín (posuny, sily, teploty a pod.) elektrickými metódami sa uskutočňuje pomocou prístrojov a prístrojov, ktoré premieňajú neelektrické veličiny na elektricky závislé veličiny, ktoré sú merané elektrickými meracími prístrojmi s váhy kalibrované v jednotkách meraných neelektrických veličín.

Prevodníky neelektrických veličín na elektrické alebo snímače rozdelené na parametrické na základe zmeny akéhokoľvek elektrického alebo magnetického parametra (odpor, indukčnosť, kapacita, magnetická permeabilita a pod.) vplyvom meranej veličiny a generátor, v ktorom meraná neelektrická veličina sa transformuje na napr. atď. (indukčné, termoelektrické, fotoelektrické, piezoelektrické a iné). Parametrické meniče vyžadujú externý zdroj elektrickej energie a samotné generátorové jednotky sú zdrojom energie.

Rovnaký prevodník možno použiť na meranie rôznych neelektrických veličín, naopak, meranie akýchkoľvek neelektrických veličín je možné vykonať pomocou rôznych typov prevodníkov.

Zariadenia na meranie neelektrických veličín majú okrem meničov a elektrických meracích prístrojov medzipripojenia — stabilizátory, usmerňovače, zosilňovače, meracie mostíky atď.

Na meranie lineárnych posunov používajte indukčné prevodníky — elektromagnetické zariadenia, v ktorých sa pri pohybe feromagnetického magnetického obvodu alebo kotvy pripojenej k pohyblivej časti menia parametre elektrického a magnetického obvodu.

Na premenu významných posunov na elektrickú hodnotu sa používa prevodník s pohyblivým feromagnetickým translačne pohyblivým magi-vodičom (obr. 1, a). Keďže poloha magnetického obvodu určuje indukčnosť meniča (obr. 1, b) a tým aj jeho impedanciu, potom pri stabilizovanom napätí zdroja elektrickej energie so striedavým napätím konštantnej frekvencie napájame obvod a. prevodník, podľa prúdu je možné odhadnúť pohyb časti mechanicky spojenej s magnetickým obvodom... Stupnica prístroja je odstupňovaná v príslušných jednotkách merania, napríklad v milimetroch (mm).

Ryža. 1. Indukčný menič s pohyblivým feromagnetickým magnetickým obvodom: a — schéma zariadenia, b — graf závislosti indukčnosti meniča od polohy jeho magnetického obvodu.

Na prepočet malých posunov na hodnotu vhodnú pre elektrické meranie sa používajú prevodníky s premenlivou vzduchovou medzerou vo forme podkovy s cievkou a kotvou (obr. 2, a), ktorá je pevne spojená s pohyblivou časťou. Každý pohyb kotvy vedie k zmene prúdu / v cievke (obr. 2, b), čo umožňuje kalibráciu stupnice elektrického meracieho zariadenia v jednotkách merania, napríklad v mikrometroch (μm), pri konštantnom striedavom napätí so stabilnou frekvenciou.

Ryža. 2. Indukčný menič s premenlivou vzduchovou medzerou: a — schéma zariadenia, b — graf závislosti prúdu cievky meniča na vzduchovej medzere v magnetickom systéme.

Diferenciálne indukčné meniče s dvomi identickými magnetickými systémami a jednou spoločnou kotvou, umiestnené symetricky k dvom magnetickým obvodom so vzduchovou medzerou rovnakej dĺžky (obr. 3), v ktorých lineárnym pohybom kotvy z jej strednej polohy dochádza k zmene oboch vzduchových medzier. rovnako, ale s rôznymi znakmi, ktoré narúšajú rovnováhu predvyváženého štvorcievkového AC mostíka. To umožňuje odhadnúť pohyb kotvy podľa prúdu meracej uhlopriečky mostíka, ak prijíma výkon pri stabilizovanom striedavom napätí konštantnej frekvencie.

Ryža. 3. Schéma zariadenia diferenciálneho indukčného meniča.

Používa sa na meranie mechanických síl, napätí a elastických deformácií vyskytujúcich sa v častiach a zostavách rôznych konštrukcií drôtových meničov napätia, ktoré deformovaním spolu so skúmanými dielmi menia svoj elektrický odpor.Typicky je odpor tenzometra niekoľko stoviek ohmov a relatívna zmena jeho odporu je desatina percenta a závisí od deformácie, ktorá je v medziach pružnosti priamo úmerná aplikovaným silám a výsledným mechanickým napätiam.

Tenzometre sú vyrobené vo forme vysokoodporového cik-cak drôtu (konštantný, nichróm, manganín) s priemerom 0,02-0,04 mm alebo zo špeciálne spracovanej medenej fólie s hrúbkou 0,1-0,15 mm, ktoré sú zatavené bakelitový lak medzi dvoma tenkými vrstvami papiera a podrobený tepelnému spracovaniu (obr. 4, a).

Ryža. 4. Tenometer: a — schéma zariadenia: 1 — deformovateľná časť, 2 — tenký papier, 3 — drôt, 4 — lepidlo, 5 — svorky, b — obvod na pripojenie nesymetrického odporového mostíka k ramenu.

Vyrobený tenzometer sa na dobre vyčistenú deformovateľnú časť nalepí veľmi tenkou vrstvou izolačného lepidla tak, aby smer predpokladanej deformácie dielu sa zhodoval so smerom dlhých strán drôtených slučiek. Pri deformácii telesa vníma nalepený tenzometer rovnakú deformáciu, čím sa mení jeho elektrický odpor v dôsledku zmeny rozmerov snímacieho drôtu, ako aj štruktúry jeho materiálu, ktorá ovplyvňuje špecifický odpor drôtu.

Pretože relatívna zmena odporu tenzometra je priamo úmerná lineárnej deformácii skúmaného telesa, a teda mechanickému namáhaniu vnútorných elastických síl, potom pomocou údajov galvanometra na meracej uhlopriečke predvyvážený odporový mostík, ktorého jedným z ramien je tenzometer, dokáže odhadnúť hodnotu meraných mechanických veličín (obr. 4, b).

Použitie nesymetrického mostíka odporov vyžaduje stabilizáciu napätia zdroja alebo použitie magnetoelektrického pomeru ako elektrického meracieho zariadenia, na odčítaní ktorého sa mení napätie v rozmedzí ± 20 % menovitého napätia uvedeného na stupnici. zariadenia nemá žiadny významný vplyv.

Na meranie teploty rôznych médií používajte termosenzitívne a termoelektrické prevodníky... Medzi termosenzitívne prevodníky patria kovové a polovodičové termistory, ktorých odpor do značnej miery závisí od teploty (obr. 5, a).

Najrozšírenejšie sú platinové termistory na meranie teplôt v rozsahu -260 až +1100 °C a medené termistory pre teplotný rozsah -200 až +200 °C, ako aj polovodičové termistory so záporným koeficientom elektrického odporu — termistory , vyznačujúci sa vysokou citlivosťou a malými rozmermi v porovnaní s kovovými termistormi, pre meranie teplôt od -60 do +120°C.

Na ochranu snímačov citlivých na teplotu pred poškodením sú umiestnené v tenkostennej oceľovej rúre s utesneným dnom a zariadením na pripojenie vodičov k vodičom nesymetrického odporového mostíka (obr. 5, b), čo umožňuje na odhad nameranej teploty pozdĺž prúdu meracej uhlopriečky Stupnica magnetoelektrického pomeru používaná ako meter je odstupňovaná v stupňoch Celzia (°C).

Ryža. 5. Termistory: a — grafy závislosti zmeny relatívneho odporu kovov od teploty, b — obvod na pripojenie termistorov k ramenu nesymetrického odporového mostíka.

Termoelektrické prevodníky teploty — termočlánky, generovanie malého e. atď. c) vplyvom zahrievania zlúčeniny dvoch rôznych kovov sú umiestnené v ochrannom plastovom, kovovom alebo porcelánovom obale v oblasti meraných teplôt (obr. 6, a, b).

Ryža. 6. Termočlánky: a — grafy závislosti d atď. p.pre teplotu termočlánkov: TEP-platina-ródium-platina, TXA-chromel-alumel, THK-chromel-copel,b-montážny diagram na meranie teploty pomocou termočlánku.

Voľné konce termočlánku sú spojené homogénnymi vodičmi s magnetoelektrickým milivoltmetrom, ktorého stupnica je odstupňovaná v stupňoch Celzia. Najpoužívanejšie termočlánky sú: platina-ródium — platina na meranie teplôt do 1300 °C a krátkodobo do 1600 °C, chromel-alumel na teploty zodpovedajúce uvedeným režimom — 1000 °C a 1300 °C a chromel- bastard, určený na dlhodobé meranie teplôt do 600°C a krátkodobé do 800°C.

Elektrické metódy na meranie rôznych neelektrických veličín.V praxi majú široké využitie, nakoľko poskytujú vysokú presnosť merania, líšia sa širokým rozsahom nameraných hodnôt, umožňujú meranie a ich registráciu v značnej vzdialenosti od miesta ovládaného objektu, meracie prístroje a meradlá, ktoré sa dajú použiť na meranie, alebo na meracích prístrojoch. a tiež umožňujú vykonávať merania na ťažko dostupných miestach.