Параметрические измерительные преобразователи

В параметрических 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.

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.

Применяют реостатные преобразователи для преобразования сравнительно больших перемещений и других неэлектрических величин (усилия, давления и т. п.), которые могут быть преобразованы в перемещение.

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.

Рис. 11-6. Тензочувствительный проволочный преобразователь

Если проволоку подвергнуть механическому воздействию, например растяжению, то сопротивление ее изменится. Относительное изменение сопротивления проволоки, где S — коэффициент тензочувствительности;— относительная деформация проволоки.

Изменение сопротивления проволоки при механическом воздействии на нее объясняется изменением геометрических размеров (длины, диаметра) и удельного сопротивления материала.

В тех случаях когда требуется высокая чувствительность, находят применение тензочувствительные преобразователи, выполненные в виде полосок из полупроводникового материала. Коэффициент S у таких преобразователей достигает нескольких сотен. Однако воспроизводимость характеристик полупроводниковых преобразователей плохая. В настоящее время серийно выпускают интегральные полупроводниковые тензорезисторы, образующие мост или полумост с элементами термокомпенсации.

В качестве измерительных цепей для тензорезисторов используют равновесные и неравновесные мосты. Тензорезисторы применяют для измерения деформаций и других неэлектрических величин: усилий, давлений, моментов.

Термочувствительные преобразователи (терморезисторы). Принцип действия преобразователей основан на зависимости электрического сопротивления проводников или пoлупроводников от температуры.

Для измерения температуры наиболее распространены терморезисторы, выполненные из платиновой или медной проволоки. Стандартные платиновые терморезисторы применяют для измерения температуры в диапазоне от —260 до +1100°С, медные — в диапазоне от —200 до +200 "С.

Для измерения температуры применяют также полупроводниковые терморезисторы (термисторы) различных типов, которые характеризуются большей чувствительностью (ТКС термисторов отрицательный и при 20 "С в 10—15 раз превышает ТКС меди и платины) и имеют более высокие сопротивления (до 1 МОм) при весьма малых размерах. Недостаток термисторов — плохая воспроизводимость и нелинейность характеристики преобразования:

где R_T и Ro— сопротивления термистора при температурах Т и То, То— начальная температура рабочего диапазона; В — коэффициент.

Термисторы используют в диапазоне температур от —60 до +120°С.

Для измерения температуры от —80 до +150 °С применяют термодиоды и термотранзисторы, у которых под действием температуры изменяется сопротивление р—n перехода и падение напряжения на этом переходе. Эти преобразователи обычно включают в мостовые цепи и цепи в виде делителей напряжения.

Достоинствами термодиодов и термотранзисторов являются высокая чувствительность, малые размеры и малая инерционность, высокая надежность и дешевизна; недостатками — узкий температурный диапазон и плохая воспроизводимость статической характеристики преобразования.

Электролитические преобразователи. Электролитические преобразователи основаны на зависимости электрического сопротивления раствора электролита от его концентрации. В основном их применяют для измерения концентраций растворов.

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.

рис 11-12 Магнитопровод с зазорами и двумя обмотками

Индуктивность обмотки, расположенной на магнитопроводе, где Zm — магнитное сопротивление магнитопровода;— число витков обмотки.

Взаимная индуктивность двух обмоток, расположенных на том же магнитопроводе, , где и — число витков первой и второй обмоток. Магнитное сопротивление определяется выражением

где - активная составляющая магнитного сопротивления (рассеиванием магнитного потока пренебрегаем); — соответственно длина, площадь поперечного сечения и относительная магнитная проницаемость i-го участка магнитопровода; mо — магнитная постоянная; d — длина воздушного зазора; s — площадь поперечного сечения воздушного участка магнитопровода,— реактивная составляющая магнитного сопротивления; Р — потери мощности в магнитопроводе, обусловленные вихревыми токами и гистерезисом;w— угловая частота; Ф — магнитный поток в магнитопроводе.

Приведенные соотношения показывают, что индуктивность и взаимную индуктивность можно изменять, воздействуя на длину d, сечение воздушного участка магнитопровода s, на потери мощности в магнитопроводе и другими путями.

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.

Для двухобкладочного плоского конденсатора электрическая емкость , где — электрическая постоянная; — относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками; s — активная площадь обкладок; d — расстояние между обкладками. Чувствительность преобразователя возрастает с уменьшением расстояния d. Такие преобразователи используют для измерения малых перемещений (менее 1 мм).

Малое рабочее перемещение пластин приводит к погрешности от изменения расстояния между пластинами при колебаниях температуры. Выбором размеров деталей преобразователя и материалов добиваются снижения этой погрешности.

Преобразователи применяют для измерения уровня жидкостей, влажности веществ, толщины изделий из диэлектриков.

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 повышенной частоты.

Рис. 11-16. Схема ионизационного преобразователя

Ионизационные преобразователи. Преобразователи основаны на явлении ионизации газа или люминесценции некоторых веществ под действием ионизирующего излучения.

Если камеру, содержащую газ, подвергнуть облучению, например, b-лучами, то между электродами, включенными в электрическую цепь (рис. 11-16), потечет ток. Этот ток зависит от приложенного к электродам напряжения, от плотности и состава газовой среды, размера камеры и электродов, свойств и интенсивности ионизирующего излучения. Эти зависимости используют для измерения различных неэлектрических величин: плотности и состава газовой среды, геометрических размеров деталей.

В качестве ионизирующих агентов применяют a-, b- и g-лучи радиоактивных веществ, значительно реже — рентгеновские лучи и нейтронное излучение.

Основное достоинство приборов, использующих ионизирующие излучения, заключается в возможности бесконтактных из--мерений, 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 — необходи-мость применения биологической защиты при высокой активности источника излучения.

Дата добавления: 2014-01-14