Elektriske målinger av ikke-elektriske størrelser

Målingen av ulike ikke-elektriske størrelser (forskyvninger, krefter, temperaturer etc.) ved hjelp av elektriske metoder utføres ved hjelp av apparater og instrumenter som konverterer ikke-elektriske størrelser til elektrisk avhengige størrelser, som måles av elektriske måleinstrumenter med balanser kalibrert i enheter av målte ikke-elektriske mengder.

Omformere av ikke-elektriske størrelser til elektriske eller sensorer delt inn i parametriske basert på endring av enhver elektrisk eller magnetisk parameter (motstand, induktans, kapasitans, magnetisk permeabilitet, etc.) under påvirkning av den målte mengden, og en generator der målt ikke-elektrisk mengde omdannes til f.eks. etc. (induksjon, termoelektrisk, fotoelektrisk, piezoelektrisk og andre). Parametriske omformere krever en ekstern strømkilde, og generatorenheter i seg selv er strømkilder.

Den samme transduseren kan brukes til å måle forskjellige ikke-elektriske mengder omvendt, måling av ikke-elektriske mengder kan gjøres ved å bruke forskjellige typer transdusere.

I tillegg til omformere og elektriske måleapparater, har installasjoner for måling av ikke-elektriske mengder mellomforbindelser - stabilisatorer, likerettere, forsterkere, målebroer, etc.

For å måle lineære forskyvninger, bruk induktive transdusere - elektromagnetiske enheter der parametrene til den elektriske og magnetiske kretsen endres når du flytter den ferromagnetiske magnetiske kretsen eller ankeret koblet til den bevegelige delen.

For å konvertere betydelige forskyvninger til en elektrisk verdi, brukes en transduser med en bevegelig ferromagnetisk translasjonsbevegelig magi-leder (fig. 1, a). Siden posisjonen til den magnetiske kretsen bestemmer induktansen til omformeren (fig. 1, b) og derfor dens impedans, da med en stabilisert spenning av kilden til elektrisk energi med en vekselspenning med konstant frekvens som mater kretsen til en omformer, i henhold til strømmen er det mulig å bevegelsen av delen mekanisk koblet til den magnetiske kretsen er estimert ... Skalaen til instrumentet er gradert i passende måleenheter, for eksempel i millimeter (mm).

Ris. 1. Induktiv omformer med en bevegelig ferromagnetisk magnetisk krets: a — diagram av enheten, b — graf over avhengigheten av induktansen til omformeren av posisjonen til dens magnetiske krets.

For å konvertere små forskyvninger til en verdi som er praktisk for elektrisk måling, brukes transdusere med et variabelt luftgap i form av en hestesko med en spole og en armatur (fig. 2, a), som er fast koblet til den bevegelige delen. Hver bevegelse av ankeret fører til en endring i strømmen / i spolen (fig. 2, b), som gjør at skalaen til den elektriske måleanordningen kan kalibreres i måleenheter, for eksempel i mikrometer (μm), ved konstant vekselspenning med stabil frekvens.

Ris. 2. Induktiv omformer med variabel luftspalte: a — diagram av enheten, b — graf over avhengigheten av strømmen til spolen til omformeren av luftgapet i det magnetiske systemet.

Differensial induktive omformere med to identiske magnetiske systemer og ett felles anker, plassert symmetrisk til de to magnetiske kretsene med en luftspalte av samme lengde (fig. 3), hvor den lineære bevegelsen til ankeret fra midtposisjonen endrer begge luftspaltene likt, men med forskjellige tegn som forstyrrer balansen til den forhåndsbalanserte fire-spolers AC-broen. Dette gjør det mulig å estimere bevegelsen til ankeret i henhold til strømmen til målediagonalen til broen, hvis den mottar strøm ved en stabilisert vekselspenning med konstant frekvens.

Ris. 3. Skjema for enheten til den differensielle induktive omformeren.

Brukes til å måle mekaniske krefter, spenninger og elastiske deformasjoner som oppstår i deler og sammenstillinger av ulike strukturer tråd-strekktransdusere, som, blir deformert, sammen med delene som studeres, endrer deres elektriske motstand.Vanligvis er motstanden til en strekkmåler flere hundre ohm, og den relative endringen i motstanden er en tiendedel av en prosent og avhenger av deformasjonen, som i de elastiske grensene er direkte proporsjonal med de påførte kreftene og de resulterende mekaniske spenningene.

Strekkmålerne er laget i form av en sikksakktråd med høy motstand (konstantan, nikrom, manganin) med en diameter på 0,02-0,04 mm eller av en spesialbehandlet kobberfolie med en tykkelse på 0,1-0,15 mm, som er forseglet med bakelitt lakk mellom to tynne lag med papir og utsatt for varmebehandling (fig. 4, a).

Ris. 4. Tenometer: a — diagram av enheten: 1 — deformerbar del, 2 — tynt papir, 3 — ledning, 4 — lim, 5 — terminaler, b — krets for tilkobling av en ubalansert motstandsbro til armen.

Den fremstilte strekningsmåleren er limt til en godt rengjort deformerbar del med et meget tynt lag isolasjonslim slik at retningen på den forventede deformasjonen av delen faller sammen med retningen til langsidene av trådløkkene. Når kroppen er deformert, oppfatter den limte strekkmåleren den samme deformasjonen, som endrer dens elektriske motstand på grunn av en endring i måltrådens dimensjoner, samt strukturen til materialet, som påvirker den spesifikke motstanden til ledningen.

Siden den relative endringen i motstanden til strekkmåleren er direkte proporsjonal med den lineære deformasjonen av legemet som studeres og følgelig med de mekaniske påkjenningene til de indre elastiske kreftene, må du bruke avlesningene til galvanometeret på målediagonalen til den forhåndsbalanserte motstandsbroen, hvor en av armene er strekningsmåleren, kan estimere verdien av de målte mekaniske størrelsene (fig. 4, b).

Bruken av en ubalansert bro av motstander krever stabilisering av spenningen til strømkilden eller bruk av et magnetoelektrisk forhold som en elektrisk måleenhet, på hvis avlesninger en spenningsendring innenfor ± 20 % av den nominelle spenningen angitt på skalaen av enheten har ingen signifikant effekt.

Bruk termosensitive og termoelektriske transdusere for å måle temperaturen på ulike medier... Termosensitive transdusere inkluderer metall- og halvledertermistorer, hvis motstand i stor grad avhenger av temperaturen (fig. 5, a).

De mest utbredte er platina termistorer for måling av temperaturer i området fra -260 til +1100 ° C og kobber termistorer for temperaturområdet fra -200 til +200 ° C, samt halvleder termistorer med en negativ koeffisient for elektrisk motstand - termistorer , preget av høy følsomhet og liten størrelse sammenlignet med metalltermistorer, for måling av temperaturer fra -60 til +120 ° C.

For å beskytte de temperaturfølsomme transduserne mot skade, er de plassert i et tynnvegget stålrør med forseglet bunn og en enhet for tilkobling av ledninger til ledningene til en ubalansert motstandsbro (fig. 5, b), som gjør det mulig for å estimere den målte temperaturen langs strømmen til målediagonalen Skalaen til det magnetoelektriske forholdet brukt som en måler er gradert i grader Celsius (°C).

Ris. 5. Termistorer: a — grafer over avhengigheten av endringen i den relative motstanden til metaller på temperatur, b — en krets for å koble termistorer til armen til en ubalansert motstandsbro.

Termoelektriske temperaturtransdusere - termoelementer, generering av små e., etc. c. under påvirkning av oppvarming av forbindelsen av to forskjellige metaller, plasseres de i et beskyttende plast-, metall- eller porselenskall i området for de målte temperaturene (fig. 6, a, b).

Ris. 6. Termoelementer: a — grafer over avhengigheten av d osv. s. for temperatur på termoelementer: TEP-platina-rhodium-platina, TXA-chromel-alumel, THK-chromel-copel, b-monteringsskjema for måling av temperatur ved hjelp av et termoelement.

De frie endene av termoelementet er forbundet med homogene ledninger til et magnetoelektrisk millivoltmeter, hvis skala er gradert i grader Celsius. De mest brukte termoelementene er: platina-rhodium - platina for måling av temperaturer opp til 1300 ° C og i kort tid opp til 1600 ° C, krom-alumel for temperaturer som tilsvarer de angitte regimene - 1000 ° C og 1300 ° C og chromel-bastard, designet for langsiktig måling av temperaturer opp til 600 ° C og kortsiktig - opptil 800 ° C.

Elektriske metoder for måling av ulike ikke-elektriske størrelser. De er mye brukt i praksis, da de gir høy målenøyaktighet, varierer i et bredt spekter av målte verdier, tillater målinger og deres registrering i betydelig avstand fra plasseringen av det kontrollerte objektet, og gir også mulighet til å utføre målinger på vanskelig tilgjengelige steder.