Главная > Схемотехника > Общая электротехника с основами электроники
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

8-8. Измерение неэлектрических величин электрическими методами

Измерение неэлектрических величин электрическими методами получило широкое применение и развитие вследствие возможности непрерывного измерения, измерения на расстоянии, высокой точности и чувствительности.

В большинстве случаев измерение неэлектрической величины сводится к преобразованию ее в однозначно зависимую от нее электрическую величину, измеряя которую и определяют неэлектрическую величину.

Элемент измерительного устройства, выполняющий это преобразование, называется измерительным преобразователем или датчиком.

Измерительные преобразователи делятся на две группы: параметрические, преобразующие неэлектрическую величину в один из параметров электрической цепи r, L или С, и генераторные, в которых неэлектрическая величина преобразуется в э. д. с.

К наиболее распространенным параметрическим преобразователям относятся:

1. Реостатные преобразователи. Работа их основана на изменении сопротивления реостата, движок которого перемещается под воздействием измеряемой неэлектрической величины, например уровня жидкости, линейного перемещения детали и т. д.

2. Проволочные преобразователи (тензосопротивления). Работа их основана на изменении сопротивления проволоки при ее деформации.

3. Преобразователи — терморезисторы (термосопротивления). Работа их основана на зависимости сопротивления преобразователя от температуры.

4. Индуктивные преобразователи. Изменение индуктивности преобразователя от изменения положения одной из его частей под действием измеряемой величины. используется для измерения силы, давления, линейного перемещения детали.

5. Емкостные преобразователи. Изменение емкости преобразователя под действием измеряемой неэлектрической величины: силы, давления линейного или углового перемещения, содержания влаги и т. д. используется для измерения этих величин.

6. Фотоэлектрические преобразователи. Получение фототека, зависящего от измеряемой величины, или получение импульсов фототока, частота которых зависит от измеряемой неэлектрической величины, используется для измерения освещенности, температуры, прозрачности и мутности жидкости, линейных размеров и других величин.

Генераторные преобразователи по принципу работы делятся на группы:

1. Индукционные преобразователи. Работа их основана на преобразовании измеряемой неэлектрической величины, например скорости, линейных или угловых перемещений, в индуктированную э. д. с.

2. Термоэлектрические преобразователи. Возникновение термо-э. д. с. и ее зависимость от температуры используется для ее измерения.

3. Пьезоэлектрические преобразователи. Пьезоэлектрический эффект, т. е. возникновение э. д. с. в некоторых кристаллах под действием механических сил, используется для измерения этих сил, давления и других величин.

4. Фотоэлектронные преобразователи (см. гл. 18).

Устройства для измерения неэлектрических величин, принципиально состоящие из преобразователя, соединительных проводов и измерителя, проградуированного в значениях измеряемой величины, в действительности усложняются применением сложных схем, источников питания, стабилизаторов, выпрямителей, усилителей и т. д.

Рассмотрим в качестве примеров некоторые из методов измерения неэлектрических величин,

а) Реостатные преобразователи

Реостатный преобразователь представляет собой реостат (рис. 8-37), движок которого перемещается под действием измеряемой неэлектрической величины так что сопротивление реостата зависит от Измерив , находят х.

Рис. 8-37. Реостатный преобразователь.

Рис. 8-38. Схема уровнемера.

Пример применения реостатного преобразователя для измерения уровня (объема) жидкости показан на рис. 8-38. Изменение положения поплавка, зависящего от уровня жидкости, изменяет сопротивления соединенные последовательно с катушками логометра; изменение отношения токов в катушках вызывает изменение показаний измерителя.

б) Индунтивные преобразователи

Индуктивный преобразователь (рис. 8-39, а) представляет собой электромагнит, якорь которого перемещается под действием измеряемой величины Р: силы, давления, линейного перемещения.

Рис. 8-39а. Схема индуктивного преобразователя.

Рис. 8-39б. Схема индуктивного дифференциального преобразователя.

Рис. 8-40. Схема индуктивного преобразователя-трансформатора.

При изменении положения якоря изменяются воздушный зазор, индуктивность катушки и ее сопротивление , так что .

У дифференциального преобразователя (рис. 8-39, б) изменение положения якоря увеличивает индуктивность одной катушки и уменьшает индуктивность другой, что повышает чувствительность преобразователя. Включение катушек в смежные плечи измерительного моста повышает точность измерения.

В индуктивном преобразователе трансформаторного типа (рис. 8-40) по первичной обмотке проходит переменный ток с постоянным действующим значением. Измеряемая неэлектрическая величина , изменяя воздушный зазор, изменяет магнитное сопротивление цепи и магнитный поток. В результате изменяется индуктированная во вторичной мотке , и показания вольтметра зависят от измеряемо величины, .

в) Индукционные преобразователи

Индукционный тахометр — это прибор для измерения частоты вращения, в котором измеряемая величина преобразуется в пропорциональную ей э. д. с.

Тахометр представляет собой маленький магнитоэлектрический генератор (рис. 8-41), якорь которого вращается в магнитном поле постоянного магнита и, следовательно, э. д. с. которого пропорциональна частоте вращения якоря. Якорь механически связан с валом машины, скорость которой измеряется, поэтому показания вольтметра, соединенного с зажимами якоря, пропорциональны измеряемой частоте вращения.

Рис. 8-41. Схема индукционного тахометра.

Рис. 8-42. Устройство тахометра с вращающимся магнитным полем.

Рис. 8-43. Схема термоэлектрического пирометра.

В индукционном тахометре с постоянным магнитом NS (рис. 8-42) последний механически связан с валом машины, частот» вращения которой измеряется. При его вращении в алюминиевом диске 1, расположенном на одной оси со стрелкой 2, индуктируются вихревые токи. Взаимодействие этих токов с полем постоянного магнита создает вращающий момент, вызывающий поворот диска и указательной стрелки на угол, при котором этот момент уравновешивается моментом пружины 3. На шкале тахометра наносятся деления, соответствующие различным частотам вращения.

г) Термоэлектрические преобразователи

Сочетание магнитоэлектрического измерителя с термопарой.(рис. 8-43), предназначенное для измерения температур, называется термоэлектрическим пирометром.

Нагревание рабочего конца термопары вызывает термо-э. д. с. и ток в цепи измерителя, по отклонению подвижной части которого и определяется искомая температура. Провода термопары должны быть достаточно длинными, чтобы их свободные концы находились в среде с температурой, при которой градуировался пирометр.

Материалами для термопар служат: медь — константам (до 300° С), медь — копель (до 600° С), железо — копель (до 800° С), хромель — копель (до 800° С), хромель — алюмель (до 1 300° С), платина — платинородий (до 1 600° С).

Для защиты от механических повреждений и действия газов термопары помещают в защитные трубки из латуни, стали, фарфора и других материалов.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление