Неэлектрических величин

ПРИБОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ

Общие сведения. Среди множества величин, которые необходимо измерять, значительное их число являются неэлектрическими. Поэтому промышленность выпускает разно­образные приборы и преобразователи для измерения неэлектри­ческих величин, причем среди них значительную долю составляют электрические средства измерений. Причины широкого применения электроизмерительных при­боров для измерения неэлектрических величин заключаются в следующем:

1) приборы позволяют осуществлять дистанционные измере­ния, т. е. измерения, когда результат измерения может быть получен на значительном расстоянии от объекта исследования;

2) в приборах возможны автоматические преобразования как информативных параметров сигналов, так и результатов измере­ний, с целью, например, введения поправок;

3) эти приборы более удобны, чем неэлектрические, для реше­ния задач автоматического управления;

4) приборы дают возможность регистрировать как очень мед­ленно меняющиеся величины, так и быстро меняющиеся (напри­мер, с помощью электронного осциллографа), могут иметь широ­кий диапазон измерений.

Параметрические измерительные преобразователи. Общие сведения. Впараметрических преобразователях вы­ходной величиной является параметр электрической цепи (R, L, М,С).При использовании параметрических преобразователей необходим дополнительный источник питания, энергия которо­го используется для образования выходного сигнала преобра­зователя.

Реостатные преобразователи. Реостатные преобразователи основаны на изменении электрического сопротивления проводни­ка под влиянием входной величины − перемещения. Реостатный преобразователь представляет собой реостат, щетка (подвижный контакт) которого перемещается под воздействием измеряемой неэлектрической величины. Подвижный контакт может иметь угловое или линейное переме­щение. Преобразователь состоит из обмотки, нанесенной на кар­кас, и щетки. Для изготовления каркасов применяются диэлек­трики и металлы. Проволоку для обмотки выполняют из сплавов (сплав платины с иридием, константан, нихром и фехраль). Для обмотки обычно используют изолированный провод. После изго­товления обмотки изоляцию провода счищают в местах соприкос­новения его со щеткой. Щетку преобразователя выполняют либо из проволок, либо из плоских пружинящих полосок, причем используют как чистые металлы (платина, серебро), так и сплавы (платина с иридием, фосфористая бронза и т. д.). Габариты преобразователя определяются значением измеря­емого перемещения, сопротивлением обмотки и мощностью, вы­деляемой в обмотке. К достоинствам преобразователей относится возможность получения высокой точности преобразования, значительных по уровню выходных сигналов и относительная простота конструк­ции. Недостатки − наличие скользящего контакта, необходи­мость относительно больших его перемещений, а иногда и значи­тельного усилия для перемещения.

Тензочувствительные преобразователи (тензорезисторы). В основу работы преобразователей положен тензоэффект, заклю­чающийся в изменении активного сопротивления проводника (полупроводника) под действием вызываемого в нем механиче­ского напряжения и деформации. Изменение сопротивления проволоки при механическом воз­действии на нее объясняется изменением геометрических разме­ров (длины, диаметра) и удельного сопротивления материала. Достоинства этих преобразователей — линейность ста­тической характеристики преобразования, малые габариты и масса, простота конструкции. Недостатком их является малая чувствительность.

Термочувствительные преобразователи (терморезисторы). Принцип действия преобразователей основан на зависимости электрического сопротивления проводников или полупроводни­ков от температуры. Между терморезистором и исследуемой средой в процессе измерения происходит теплообмен. Так как терморезистор при этом включен в электрическую цепь, с помощью которой произво­дят измерение его сопротивления, то по нему протекает ток, выде­ляющий в нем теплоту. Теплообмен терморезистора со средой происходит из-за теплопроводности среды и конвекции в ней, теплопроводности самого терморезистора и арматуры, к которой он крепится, и, наконец, из-за излучения. Интенсивность теплообмена, а следовательно, и температура терморезистора зависят от его геометрических размеров и формы, от конструкции защит­ной арматуры, от состава, плотности, теплопроводности, вязкости и других физических свойств газовой или жидкой среды, окружа­ющей терморезистор, а также от температуры и скорости переме­щения среды. Зависимость температуры и сопротивления терморезистора от перечисленных выше факто­ров может быть использована для измерения различных неэлек­трических величин, характеризующих газовую или жидкую сре­ду. При конструировании преобразователя стремятся к тому, чтобы теплообмен терморезистора со средой в основном опреде­лялся измеряемой неэлектрической величиной.

Электролитические преобразователи. Электролитические преобразователи основаны на зависимости электрического сопро­тивления раствора электролита от его концентрации. В основном их применяют для измерения концентраций растворов. Недостатком таких преобразователей является воздействие температуры. Поэтому при использовании электролитических пре­образователей необходимо устранять влияние температуры. Эту задачу решают путем стабилизации температуры раствора с по­мощью холодильника (нагревателя) или применения цепей тем­пературной компенсации с медными терморезисторами.

Индуктивные преобразователи. Принцип действия преобра­зователей основан на зависимости индуктивности или взаимной индуктивности обмоток на магнитопроводе от положения, геометрических размеров и магнитного со­стояния элементов их магнитной цепи. Индуктивные преобразователи используют для преобразова­ния перемещения и других неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в перемещение (усилие, давление, момент и т. д.). По сравнению с другими преобразователями перемещения индуктивные преобразователи отличаются значительными по мощности выходными сигналами, простотой и надежностью в работе. Недостаток их − обратное воздействие преобразователя на исследуемый объект (воздействие электромагнита на якорь) и влияние инерции якоря на частотные характеристики прибора.

Емкостные преобразователи. Емкостные преобразователи ос­нованы на зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения его обкладок и от диэлектри­ческой проницаемости среды между ними. Достоинствами емкостных преобразователей являются про­стота устройства, высокая чувствительность и возможность полу­чения малой инерционности преобразователя, недостатками − влияние внешних электрических полей, паразитных емкостей, температуры, влажности, относительная сложность цепей включения и необходимость в специальных источниках питания по­вышенной частоты. Применяются для измерения перемещений, уровня жидкости, влажности веществ, толщины изделий из диэлектриков и т.д.

Ионизационные преобразователи. Преобразователи основа­ны на явлении ионизации газа или люминесценции некоторых веществ под действием ионизирующего излучения. Они исполь­зуются для измерения различных неэлектрических величин: плотно­сти и состава газовой среды, геометрических размеров деталей и т. д. Основное достоинство приборов, использующих ионизиру­ющие излучения, заключается в возможности бесконтактных из­мерений, что имеет большое значение, например, при измерениях в агрессивных или взрывоопасных средах, а также в средах, находящихся под большим давлением или имеющих высокую температуру. Основной недостаток этих приборов − необходи­мость применения биологической защиты при высокой актив­ности источника излучения.

Генераторные измерительные преобразователи. Общие сведения. В генераторных преобразователях выход­ной величиной являются ЭДС или заряд, функционально связанные с измеряемой неэлектрической величиной.

Термоэлектрические преобразователи. Эти преобразователи основаны на термоэлектрическом эффекте, возникающем в цепи термопары. При разности температур двух точек 1 соединения двух разно­родных проводников, образующих термопа­ру, в цепи термопары возникает термо-ЭДС. Для измерения термо-ЭДС электроизмерительный прибор включают в цель термопары. Термопары из благородных металлов применяют при измерениях с повышенной точностью. В остальных случаях применяют термо­пары из неблагородных металлов.

Индукционные преобразователи. Индукционные преобразо­ватели основаны на использовании закона электромагнитной индукции. Их применяют для измерения скорости линейных и угловых перемещений. Основные достоинства индукционных преобразователи за­ключаются в сравнительной простоте конструкции, надежности работы и высокой чувствительности. Недостаток − ограничен­ный частотный диапазон измеряемых величин.

Пьезоэлектрические преобразователи. Такие преобразовате­ли основаны на использовании прямого пьезоэлектрического эф­фекта, заключающегося в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов (кварца, турмалина, сегнетовой соли и др.) под влиянием механических напряжений. Такой принцип используют для преобразования давления, усилия, температуры и других величин в частоту.

Гальванические преобразователи. Преобразователи основа­ны на зависимости ЭДС гальванической цепи от химической активности ионов электролита, т. е. от концентрации ионов и окислительно-восстановительных процессов в электролите. Эти преобразователи применяют для определения реакции раствора (кислая, нейтральная, щелочная), которая зависит от активности водородных ионов раствора.

Дата добавления: 2014-01-20