9. ЭЛЕКТРОННЫЕ, ЭЛЕКТРОННОЛИТИЧЕСКИЕ И БОЛОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Электронные преобразователи. Принцип действия электронных преобразователей основан на зависимости вольт-амперных характеристик электронных и ионных ламп от взаимного расположения (перемещения) их электродов — анода, катода, сетки.

Рис. XVI.70. Схема электронного преобразователя со сдвоенным диодом: а — измерительная схема; — схема механотрона

Обычно применяют сдвоенные диоды с мостовой измерительной схемой (рис. XVI.70, а). Такие преобразователи имеют высокую чувствительность по току. Анодный ток можно подсчитать по формуле

где — постоянный коэффициент;

— активная поверхность катода в

— анодное напряжение в в;

— расстояние между электродами в см.

Из формулы (XVI.51) можно определить зависимость изменения анодного тока от изменения расстояния между электродами и чувствительность преобразователя по току:

Учитывая формулу (XVI.51) можно получить

Диодные преобразователи характеризуются малым внутренним сопротивлением и значительным током при невысоком анодном напряжении и чувствительности по току до При перемещении электродов на величину до 10% от начального расстояния между ними, нелинейность тока в мостовой схеме не превышает На рис. XVI.70, б показана схема сдвоенного механотрона серийно выпускаемого предприятиями Министерства радиоэлектронной промышленности. В измерительной схеме механотрон

является усилительной лампой, обеспечивающей во многих случаях получение необходимой чувствительности. Подлежащее преобразованию перемещение с помощью поворотного измерительного стержня 1, закрепленного в мембране 2, смещает сдвоенные аноды 3 относительно неподвижного катода косвенного канала 4. Механотрон имеет откальный цоколь 5. Характеристики механотрона следующие: номинальное напряжение накала — 6,3 в, анода — 10 в; ток каждого анода — внутреннее сопротивление не более 1,5 ком, чувствительность по току — не менее пределы измерения ±100 мкм; вариация показаний не более изменение сигнала во времени 0,02 мкм; парциальная чувствительность к изменению температуры воздуха долговечность габаритцые размеры ; масса

Рис. XVI.71. Схема преобразователя зондового управления

На рис. XVI.71 дана схема преобразователя зондового управления. Тонкий накаленный катод 1 перемещается относительно плоских электродов 2 и 3, Чувствительность преобразователя определяется по формуле

где — напряжение на аноде в

— расстояние между накаленным и холодным катодами в см.

Электролитические преобразователи. Принцип действия электролитических преобразователей состоит в изменении электропроводности раствора электролита в зависимости от расстояния между электродами. Для предотвращения электролиза необходимо, чтобы эти преобразователи работали только в цепях переменного тока. Электрическое сопротивление электролита в значительной степени зависит от концентрации раствора. Температурный коэффициент электролитических преобразователей очень велик и при

нормальной температуре достигает для кислот 0,016, для оснований 0,019 и для солей 0,024. На рис. XVI.72 показан дифференциальный электролитический преобразователь. Герметичная камера заполнена электролитом неполностью, и в ней остается воздушный пузырь. В верхней части камеры имеются четыре боковых электрода, изолированных от металлического корпуса 3. Когда камера располагается в горизонтальном положении (рис. XVI.72, а), пузырек расположен посредине и электрическая цепь между боковыми электродами и корпусом разомкнута. При наклоне камеры вправо (рис. XVI.72, б) пузырек перемещается влево, и при этом замыкается электрическая цепь между корпусом 3 и боковым электродом 2.

Рис. XVI.72. Электролитический преобразователь: а — горизонтальное положение; б — наклонное положение

При наклоне влево замыкается электрическая цепь между корпусом и электродом 1.

Болометрический преобразователь. Чувствительным элементом болометрического преобразователя (рис. XVI.73) являются резисторы 3, выполненные в виде спиралей, содержащих по 35 витков никелиновой проволоки диаметром 0,04 мм, с большим температурным коэффициентом электрического сопротивления. Спирали расположены на расстоянии 4 мм над щелями У, прорезанными в камере 11. Ширина щелей находится в пределах мм. Внутри камеры установлена мембрана 12, которая под действием электромагнита 13, питаемого переменным током, вибрирует и гонит поток воздуха через щели У, охлаждая спирали 3. Между спиралями и

щелями расположен флажок 2, смещение которого зависит от измеряемой величины х, воспринимаемой измерительным стержнем 8. Передача от измерительного стержня к флажку осуществляется с помощью пружины 9 и поворотной рамки 10, находящейся в поле магнита 4 гальванометра. Флажок изготовляется из дюралюминия и имеет толщину 0,03 мм. При перемещении флажка изменяется интенсивность воздушного потока, а следовательно, температура и величина сопротивления спиралей. Температура спиралей при полном перемещении флажка колеблется от 200 до 400° С. Спирали включены в плечи мостовой измерительной схемы и по ним пропускается нагревающий их ток.

Рис. XVI.73. Конструкция болометрического преобразователя

При расположении флажка 2 в среднем положении спирали имеют одинаковую температуру около 200°, при этом мост сбалансирован. При смещении флажка один из охлаждающих потоков уменьшается, а другой — увеличивается, в результате чего одна из спиралей нагревается (или охлаждается) сильнее, а другая слабее. От этого равенство их сопротивлений нарушается и мост оказывается разбалансированным. Перемещение флажка на 0,03 и 0,05 мм достаточно для полного разбалансирования мостовой схемы. Если сопротивление спирали а сопротивление исполнительного устройства то ток в ветви (рис. XVI.73, б)

При температуре спирали сопротивлении ее и коэффициенте теплоотдачи имеем

Подставляя в формулу (XVI.53) значение из уравнения (XVI.52) и решая его относительно получим

где — периметр поперечного сечения спирали;

— длина спирали.

При перекрытии щели флажком температура спирали изменится и ее величина будет определяться формулой

где — коэффициент теплоотдачи спирали при полностью перекрытой щели.

Используя характеристики сопротивлений спиралей и зависимость можно определить и Приращение тока в этом случае может быть найдено из выражения

Для получения линейной зависимости между измеряемой величиной и током, флажок и щель иногда делают сложной формы. При использовании болометрических преобразователей в системах регулирования следует учитывать тепловую инерцию спиралей, постоянная времени которых равна примерно сек.

Для установки на нуль служит кулачок 7, при повороте которого отклоняется рычаг 6, связанный при помощи пружины 5 с поворотной рамкой 10, на ее оси жестко укреплен флажок 2.

Точность измерения составляет ±1 мкм при ходе измерительного стержня ±25 мкм. Мощность на выходе моста равна 100 мет.