Електричні методи вимірювання лінійних та механічних величин

Дуже часто у практиці вимірювання лінійних та механічних величин створюється ситуація коли перетворення механічного сигналу в електричний, який потім вимірюється за допомогою електровимірювального приладу, дозволяє підвищити точність виміру і в деяких випадках навіть виміряти величини, що звичайними методами не піддавались визначенню. Пристрої, які дозволяють виконати таку процедуру, відносяться до вимірювальних перетворювачів. Головним у цьому випадку є те, що даний спосіб дозволяє здійснювати телеметричну функцію, бо електричний сигнал досить просто може бути переданний по електричному провіднику, по світловолоконному провіднику, по радіоканалам.

У електричних способах вимірювання механічних величин використовують ряд методів.

Тензометричний метод базується на використанні в ролі первинних перетворювачів тензорезистивних датчиків які накладаються на досліджувану поверхню. Тензорезистор, як правило, являє собою той чи інший провідник суцільно пов’язаний з підложкою. Підложка, пов’язана з досліджуваною поверхнею, при наявності деформації у ній передає пропорційну деформацію провіднику. Під цим впливом змінюється його електричний опір а тому і утворюється електричний аналог деформації. Також цей метод з успіхом використовується для вимірювання сил, мас, тисків, кутових та лінійних прискорень.

Індуктивний метод. Використовується принцип перетворення механічного переміщення у зміну індуктивності котушки. Перетворюваня на такій фізичній основі дають можливість вимірювати величини від долі мкм до м. Проте дають точність нижчу, ніж інтерференційні методи. Використовуються для визначення швидкості, прискорення, тиску, рівня, витрати рідин та газів.

У найпростішому випадку являють собою дросель що складається з магнітопроводу 1 та обмотки 2 (рис 8.4). При переміщенні якоря 3 (вказано стрілками) змінюється індуктивність системи:

, (8.16)

де w -число витків обмотки; R₀ - магнітний опір між якорем та нерухомим магнітопроводом; R_M - магнітний опір самого магнітопроводу.

Рис. 8.4 – Схема елементарного індуктивного датчика переміщення

Таким чином, тут змінюється складова, яка залежить від величини повітряного проміжку:

, (8.17)

де S₀, F₀ - початкове значення розміру проміжку та його площа; m₀ -магнітна проникність повітря. З (8.16) та (8.17) слідує, що вимірюючи зміну індуктивності ми вимірюємо переміщення. Проте недоліком такого датчика є нелінійність його характеристики та вплив взаємного притягання якоря і магнітопровода. Тому на практиці використовуються білш складні диференційні індуктивні датчики (рис. 8.5), які підключають на мостову схему вимірювання.

Рис. 8.5 – Схема диференційного індуктивного датчика переміщення

Ємнісний метод - використовують для вимірювання малих розмірів, малих переміщень, товщини шару матеріалу, важкодоступних для вимірювання об’ємів. Основа роботи методу описується формулою відстані між пластинами плоского конденсатора:

, (8.18)

де С- ємність; e - діелектрична проникність середовища; S - площа пластин конденсатора. Такі пристрої конструюють таким чином, щоб одна з пластин конденсатора переміщувалась в залежності від зміни вимірюванного параметру.

П’єзоелектричний метод – метод реалізується на основі генерації електричного заряду у кристалах визначеної конфігурації при дії на них наватаження розтягування або стискання, тобто на явищі п’єзоефекту. Використовується для вимірювання тиску, механічних напружень, прискорення, параметрів вібрації.

У якості п’єзоперетворювачів найчастіше використовуються пластини кристалів кварцу, сірнокислого літію, сегентової солі, кераміки на основі титанату барія.

Недоліки п’єзоперетворювачів - швидке стікання зараяду (тому вони використовуються тільки при вимірюванні швидкоплинних процесів); високий електричний опір; неможливість статичних вимірювань.

Переваги - висока жорсткість при вимірюванні тисків, прискорень, вібрації, завдяки якій вони можуть витримувати високу частоту коливань та мало деформуються; виключно малі розміри.

Дата добавления: 2014-01-03