Elektriske målinger af ikke-elektriske størrelser

Målingen af ​​forskellige ikke-elektriske størrelser (forskydninger, kræfter, temperaturer osv.) ved hjælp af elektriske metoder udføres ved hjælp af apparater og instrumenter, der omdanner ikke-elektriske størrelser til elektrisk afhængige størrelser, som måles af elektriske måleinstrumenter med vægte kalibreret i enheder af målte ikke-elektriske størrelser.

Omformere af ikke-elektriske størrelser til elektriske eller sensorer opdelt i parametriske baseret på ændring af enhver elektrisk eller magnetisk parameter (modstand, induktans, kapacitans, magnetisk permeabilitet osv.) under påvirkning af den målte størrelse, og en generator, hvori målt ikke-elektrisk størrelse omdannes til f.eks. etc. (induktion, termoelektrisk, fotoelektrisk, piezoelektrisk og andre). Parametriske omformere kræver en ekstern strømkilde, og generatorenheder selv er strømkilder.

Den samme transducer kan bruges til at måle forskellige ikke-elektriske størrelser omvendt, måling af alle ikke-elektriske størrelser kan udføres ved hjælp af forskellige typer transducere.

Ud over omformere og elektriske måleapparater har installationer til måling af ikke-elektriske mængder mellemforbindelser - stabilisatorer, ensrettere, forstærkere, målebroer osv.

For at måle lineære forskydninger skal du bruge induktive transducere - elektromagnetiske enheder, hvor parametrene for det elektriske og magnetiske kredsløb ændres, når det ferromagnetiske magnetiske kredsløb eller armatur, der er forbundet med den bevægelige del, flyttes.

For at konvertere betydelige forskydninger til en elektrisk værdi anvendes en transducer med en bevægelig ferromagnetisk translationelt bevægende magi-leder (fig. 1, a). Da positionen af ​​det magnetiske kredsløb bestemmer konverterens induktans (fig. 1, b) og derfor dens impedans, så med en stabiliseret spænding af kilden til elektrisk energi med en vekselspænding med konstant frekvens, der føder kredsløbet af en konverter, ifølge strømmen er det muligt at bevægelsen af ​​den del, der er mekanisk forbundet til det magnetiske kredsløb, estimeres ... Instrumentets skala er gradueret i de passende måleenheder, for eksempel i millimeter (mm).

Ris. 1. Induktiv konverter med et bevægeligt ferromagnetisk magnetisk kredsløb: a — diagram af apparatet, b — graf over afhængigheden af ​​konverterens induktans af positionen af ​​dets magnetiske kredsløb.

For at konvertere små forskydninger til en værdi, der er praktisk til elektrisk måling, bruges transducere med et variabelt luftgab i form af en hestesko med en spole og et anker (fig. 2, a), som er fast forbundet med den bevægelige del. Hver bevægelse af ankeret fører til en ændring i strømmen / i spolen (fig. 2, b), hvilket gør det muligt at kalibrere skalaen af ​​den elektriske måleanordning i måleenheder, for eksempel i mikrometer (μm), ved en konstant vekselspænding med en stabil frekvens.

Ris. 2. Induktiv konverter med variabel luftspalte: a — diagram af apparatet, b — graf over afhængigheden af ​​strømmen af ​​konverterens spole af luftspalten i det magnetiske system.

Differentielle induktive omformere med to identiske magnetiske systemer og et fælles anker, placeret symmetrisk til de to magnetiske kredsløb med en luftspalte af samme længde (fig. 3), hvor ankerets lineære bevægelse fra dets midterste position ændrer begge luftspalter ligeligt, men med forskellige tegn, der forstyrrer balancen i den præ-afbalancerede fire-spolede AC-bro. Dette gør det muligt at estimere ankerets bevægelse i henhold til strømmen af ​​broens målediagonal, hvis den modtager strøm ved en stabiliseret vekselspænding med konstant frekvens.

Ris. 3. Skema for enheden af ​​den differentielle induktive konverter.

Bruges til at måle mekaniske kræfter, spændinger og elastiske deformationer, der forekommer i dele og samlinger af forskellige strukturer, trådspændingstransducere, som, ved at blive deformeret, sammen med de undersøgte dele, ændrer deres elektriske modstand.Typisk er modstanden af ​​en strain gauge flere hundrede ohm, og den relative ændring i dens modstand er en tiendedel af en procent og afhænger af deformationen, som i de elastiske grænser er direkte proportional med de påførte kræfter og de resulterende mekaniske spændinger.

Trækmålerne er lavet i form af en højmodstandszigzag-tråd (konstantan, nichrom, manganin) med en diameter på 0,02-0,04 mm eller af en specialforarbejdet kobberfolie med en tykkelse på 0,1-0,15 mm, som er forseglet med bakelit lak mellem to tynde lag papir og udsat for varmebehandling (fig. 4, a).

Ris. 4. Tenometer: a — diagram af enheden: 1 — deformerbar del, 2 — tyndt papir, 3 — tråd, 4 — lim, 5 — terminaler, b — kredsløb til tilslutning af en ubalanceret modstandsbro til armen.

Den fremstillede strain gauge er limet til en godt rengjort deformerbar del med et meget tyndt lag isolerende lim, således at retningen for den forventede deformation af delen falder sammen med retningen af ​​wireløkkernes langsider. Når kroppen deformeres, opfatter den limede strain gauge den samme deformation, som ændrer dens elektriske modstand på grund af en ændring i dimensionerne af følertråden, såvel som strukturen af ​​dets materiale, hvilket påvirker ledningens specifikke modstand.

Da den relative ændring i modstanden af ​​strain gauge er direkte proportional med den lineære deformation af det undersøgte legeme og følgelig med de mekaniske spændinger af de indre elastiske kræfter, så ved hjælp af aflæsningerne af galvanometeret på målediagonalen af den præ-afbalancerede modstandsbro, hvoraf en af ​​armene er strain gauge, kan estimere værdien af ​​de målte mekaniske størrelser (fig. 4, b).

Brugen af ​​en ubalanceret bro af modstande kræver stabilisering af strømkildens spænding eller brug af et magnetoelektrisk forhold som en elektrisk måleanordning, på hvis aflæsninger en spændingsændring inden for ± 20 % af den nominelle spænding angivet på skalaen af enheden har ingen væsentlig effekt.

Brug termofølsomme og termoelektriske transducere til at måle temperaturen på forskellige medier... Termofølsomme transducere omfatter metal- og halvledertermistorer, hvis modstand i høj grad afhænger af temperaturen (fig. 5, a).

De mest udbredte er platin termistorer til måling af temperaturer i området fra -260 til +1100 ° C og kobber termistorer til temperaturområdet fra -200 til +200 ° C, samt halvleder termistorer med en negativ koefficient for elektrisk modstand - termistorer , kendetegnet ved høj følsomhed og lille størrelse sammenlignet med metal termistorer, til måling af temperaturer fra -60 til +120 ° C.

For at beskytte de temperaturfølsomme transducere mod beskadigelse er de placeret i et tyndvægget stålrør med forseglet bund og en anordning til at forbinde ledninger til ledningerne på en ubalanceret modstandsbro (fig. 5, b), hvilket gør det muligt at estimere den målte temperatur langs målediagonalens strøm Skalaen for det magnetoelektriske forhold, der bruges som måler, er gradueret i grader Celsius (°C).

Ris. 5. Termistorer: a — grafer over afhængigheden af ​​ændringen i den relative modstand af metaller på temperaturen, b — et kredsløb til at forbinde termistorer til armen af ​​en ubalanceret modstandsbro.

Termoelektriske temperaturtransducere - termoelementer, generering af små e. osv. c. under påvirkning af opvarmning af sammensætningen af ​​to forskellige metaller placeres de i en beskyttende plast-, metal- eller porcelænsskal i området for de målte temperaturer (fig. 6, a, b).

Ris. 6. Termoelementer: a — grafer over afhængigheden af ​​d osv. s. for temperatur på termoelementer: TEP-platin-rhodium-platin, TXA-chromel-alumel, THK-chromel-copel, b-samlingsdiagram til måling af temperatur ved hjælp af et termoelement.

Termoelementets frie ender er forbundet med homogene ledninger til et magnetoelektrisk millivoltmeter, hvis skala er graderet i grader Celsius. De mest udbredte termoelementer er: platin-rhodium - platin til måling af temperaturer op til 1300 ° C og i kort tid op til 1600 ° C, chromel-alumel til temperaturer svarende til de angivne regimer - 1000 ° C og 1300 ° C og chromel-bastard, designet til langtidsmåling af temperaturer op til 600 ° C og kortsigtet - op til 800 ° C.

Elektriske metoder til måling af forskellige ikke-elektriske størrelser. De er meget udbredt i praksis, da de giver høj målenøjagtighed, adskiller sig i en bred vifte af målte værdier, tillader målinger og deres registrering i en betydelig afstand fra det kontrollerede objekts placering, og giver også mulighed for at udføre målinger på svært tilgængelige steder.