Električne meritve neelektričnih veličin
Merjenje različnih neelektričnih veličin (pomikov, sil, temperatur itd.) z električnimi metodami izvajamo s pomočjo naprav in instrumentov, ki pretvarjajo neelektrične količine v električno odvisne količine, ki jih merimo z električnimi merilnimi instrumenti z tehtnice, umerjene v enotah izmerjenih neelektričnih veličin.
Pretvorniki neelektričnih veličin v električne ali senzorji, razdeljeni na parametrične, ki temeljijo na spremembi katerega koli električnega ali magnetnega parametra (upora, induktivnosti, kapacitivnosti, magnetne prepustnosti itd.) Pod vplivom merjene količine, in generatorja, v katerem izmerjena neelektrična količina se pretvori v e. itd. (indukcijski, termoelektrični, fotoelektrični, piezoelektrični in drugi). Parametrični pretvorniki potrebujejo zunanji vir električne energije, same generatorske enote pa so vir energije.
Isti pretvornik se lahko uporablja za merjenje različnih neelektričnih veličin, obratno, merjenje poljubnih neelektričnih veličin se lahko izvede z uporabo različnih vrst pretvornikov.
Poleg pretvornikov in električnih merilnih naprav imajo naprave za merjenje neelektričnih veličin vmesne povezave - stabilizatorje, usmernike, ojačevalnike, merilne mostove itd.
Za merjenje linearnih pomikov uporabite induktivne pretvornike - elektromagnetne naprave, v katerih se parametri električnega in magnetnega vezja spreminjajo pri premikanju feromagnetnega magnetnega vezja ali armature, povezane z gibljivim delom.
Za pretvorbo pomembnih premikov v električno vrednost se uporablja pretvornik s premičnim feromagnetnim translacijskim gibljivim magi-prevodnikom (slika 1, a). Ker položaj magnetnega vezja določa induktivnost pretvornika (slika 1, b) in s tem njegovo impedanco, potem s stabilizirano napetostjo vira električne energije z izmenično napetostjo konstantne frekvence napaja vezje a pretvornik, glede na tok je mogoče oceniti gibanje dela, ki je mehansko povezan z magnetnim krogom ... Lestvica instrumenta je graduirana v ustreznih merskih enotah, na primer v milimetrih (mm).
riž. 1. Induktivni pretvornik s premičnim feromagnetnim magnetnim vezjem: a - diagram naprave, b - graf odvisnosti induktivnosti pretvornika od položaja njegovega magnetnega vezja.
Za pretvorbo majhnih premikov v vrednost, primerno za električno merjenje, se uporabljajo pretvorniki s spremenljivo zračno režo v obliki podkve s tuljavo in armaturo (slika 2, a), ki je trdno povezana z gibljivim delom. Vsak premik armature povzroči spremembo toka / v tuljavi (slika 2, b), kar omogoča kalibracijo lestvice električne merilne naprave v merskih enotah, na primer v mikrometrih (μm), pri konstantni izmenični napetosti s stabilno frekvenco.
riž. 2. Induktivni pretvornik s spremenljivo zračno režo: a - diagram naprave, b - graf odvisnosti toka tuljave pretvornika od zračne reže v magnetnem sistemu.
Diferencialni induktivni pretvorniki z dvema enakima magnetnima sistemoma in eno skupno armaturo, ki se nahajajo simetrično na dva magnetna kroga z zračno režo enake dolžine (slika 3), v katerih linearno premikanje armature iz srednjega položaja spremeni obe zračni reži. enako, vendar z različnimi znaki, ki rušijo ravnotežje preduravnoteženega štirituljavnega AC mosta. To omogoča oceno gibanja armature glede na tok merilne diagonale mostu, če prejema napajanje pri stabilizirani izmenični napetosti konstantne frekvence.
riž. 3. Shema naprave diferenčnega induktivnega pretvornika.
Uporablja se za merjenje mehanskih sil, napetosti in elastičnih deformacij, ki se pojavljajo v delih in sklopih različnih konstrukcij žično-napetostnih pretvornikov, ki pri deformaciji skupaj s proučevanimi deli spremenijo svoj električni upor.Običajno je upornost merilnika napetosti več sto ohmov, relativna sprememba njegovega upora pa je desetinka odstotka in je odvisna od deformacije, ki je v mejah elastičnosti premo sorazmerna z uporabljenimi silami in posledično mehanskimi napetostmi.
Merilniki napetosti so izdelani v obliki visokoodporne cik-cak žice (konstantan, nikrom, manganin) s premerom 0,02-0,04 mm ali iz posebej obdelane bakrene folije debeline 0,1-0,15 mm, ki so zatesnjene z bakelitni lak med dvema tankima slojema papirja in toplotno obdelan (slika 4, a).
riž. 4. Tenometer: a — diagram naprave: 1 — deformabilni del, 2 — tanek papir, 3 — žica, 4 — lepilo, 5 — sponke, b — vezje za priključitev neuravnoteženega uporovnega mostu na roko.
Izdelan merilnik napetosti je prilepljen na dobro očiščen deformabilni del z zelo tanko plastjo izolacijskega lepila tako, da smer pričakovane deformacije dela sovpada s smerjo dolgih stranic žičnih zank. Ko se telo deformira, enako deformacijo zazna lepljeni merilnik napetosti, ki spremeni svoj električni upor zaradi spremembe dimenzij senzorske žice, pa tudi strukture njenega materiala, ki vpliva na specifično upornost žice.
Ker je relativna sprememba upora merilnika napetosti neposredno sorazmerna z linearno deformacijo proučevanega telesa in s tem mehanskimi napetostmi notranjih elastičnih sil, potem z uporabo odčitkov galvanometra na merilni diagonali preduravnotežen uporni most, katerega ena od krakov je merilnik napetosti, lahko oceni vrednost izmerjenih mehanskih veličin (slika 4, b).
Uporaba neuravnoteženega mostu uporov zahteva stabilizacijo napetosti vira energije ali uporabo magnetoelektričnega razmerja kot električne merilne naprave, na odčitkih katere se napetost spremeni v ± 20% nazivne napetosti, navedene na lestvici naprave nima pomembnega učinka.
Uporabite termoobčutljive in termoelektrične pretvornike za merjenje temperature različnih medijev ... Termoobčutljivi pretvorniki vključujejo kovinske in polprevodniške termistorje, katerih upor je v veliki meri odvisen od temperature (slika 5, a).
Najbolj razširjeni so platinasti termistorji za merjenje temperatur v območju od -260 do +1100 °C in bakreni termistorji za temperaturno območje od -200 do +200 °C, pa tudi polprevodniški termistorji z negativnim koeficientom električnega upora - termistorji. , ki ga odlikuje visoka občutljivost in majhnost v primerjavi s kovinskimi termistorji, za merjenje temperatur od -60 do +120 °C.
Za zaščito temperaturno občutljivih pretvornikov pred poškodbami so nameščeni v tankostenski jekleni cevi z zatesnjenim dnom in napravo za povezovanje žic z žicami neuravnoteženega uporovnega mostu (slika 5, b), kar omogoča za oceno izmerjene temperature vzdolž toka merilne diagonale Lestvica magnetoelektričnega razmerja, ki se uporablja kot merilnik, je graduirana v stopinjah Celzija (°C).
riž. 5. Termistorji: a - grafi odvisnosti spremembe relativnega upora kovin od temperature, b - vezje za priključitev termistorjev na krak neuravnoteženega uporovnega mostu.
Termoelektrični temperaturni pretvorniki - termočleni, ustvarjanje majhnih e. itd. c pod vplivom segrevanja spojine dveh različnih kovin se namestijo v zaščitno plastično, kovinsko ali porcelanasto lupino v območju izmerjenih temperatur (slika 6, a, b).
riž. 6. Termoelementi: a — grafi odvisnosti d itd. p za temperaturo termočlenov: TEP-platina-rodij-platina, TXA-kromel-alumel, THK-kromel-kopel, b-sestavna shema za merjenje temperature s termočlenom.
Prosti konci termočlena so s homogenimi žicami povezani z magnetoelektričnim milivoltmetrom, katerega skala je graduirana v stopinjah Celzija. Najpogosteje uporabljeni termoelementi so: platina-rodij - platina za merjenje temperatur do 1300 ° C in za kratek čas do 1600 ° C, kromel-alumel za temperature, ki ustrezajo navedenim režimom - 1000 ° C in 1300 ° C in chromel- bastard, zasnovan za dolgoročno merjenje temperatur do 600 ° C in kratkoročno - do 800 ° C.
Električne metode za merjenje različnih neelektričnih veličin, ki se pogosto uporabljajo v praksi, saj zagotavljajo visoko merilno natančnost, se razlikujejo v širokem razponu izmerjenih vrednosti, omogočajo meritve in njihovo registracijo na precejšnji razdalji od lokacije nadzorovanega objekta, in tudi možnost izvajanja meritev na težko dostopnih mestih.