Elektriska mätningar av icke-elektriska storheter

Mätningen av olika icke-elektriska storheter (förskjutningar, krafter, temperaturer etc.) med elektriska metoder utförs med hjälp av apparater och instrument som omvandlar icke-elektriska storheter till elektriskt beroende storheter, vilka mäts av elektriska mätinstrument med balanser kalibrerade i enheter av uppmätta icke-elektriska storheter.

Omvandlare av icke-elektriska storheter till elektriska eller sensorer uppdelade i parametriska baserade på förändringar av någon elektrisk eller magnetisk parameter (motstånd, induktans, kapacitans, magnetisk permeabilitet, etc.) under påverkan av den uppmätta storheten, och en generator i vilken uppmätt icke-elektrisk storhet omvandlas till t.ex. etc. (induktion, termoelektrisk, fotoelektrisk, piezoelektrisk och andra). Parametriska omvandlare kräver en extern strömkälla, och generatorenheterna är själva kraftkällor.

Samma givare kan användas för att mäta olika icke-elektriska storheter omvänt, mätningen av alla icke-elektriska storheter kan göras med olika typer av givare.

Förutom omvandlare och elektriska mätanordningar har installationer för mätning av icke-elektriska storheter mellananslutningar — stabilisatorer, likriktare, förstärkare, mätbryggor, etc.

För att mäta linjära förskjutningar, använd induktiva givare - elektromagnetiska enheter där parametrarna för den elektriska och magnetiska kretsen ändras när den ferromagnetiska magnetiska kretsen eller armaturen ansluts till den rörliga delen flyttas.

För att omvandla betydande förskjutningar till ett elektriskt värde används en givare med en rörlig ferromagnetisk translationellt rörlig magiledare (fig. 1, a). Eftersom magnetkretsens position bestämmer omvandlarens induktans (fig. 1, b) och därför dess impedans, då med en stabiliserad spänning från källan till elektrisk energi med en växelspänning med konstant frekvens som matar kretsen av en omvandlare, enligt strömmen är det möjligt att rörelsen av den del som är mekaniskt ansluten till den magnetiska kretsen uppskattas ... Instrumentets skala är graderad i lämpliga måttenheter, till exempel i millimeter (mm).

Ris. 1. Induktiv omvandlare med en rörlig ferromagnetisk magnetisk krets: a — diagram över anordningen, b — graf över beroendet av omvandlarens induktans av läget för dess magnetiska krets.

För att omvandla små förskjutningar till ett värde som är lämpligt för elektrisk mätning, används givare med ett variabelt luftgap i form av en hästsko med en spole och en armatur (fig. 2, a), som är fast ansluten till den rörliga delen. Varje rörelse av ankaret leder till en förändring av strömmen / i spolen (fig. 2, b), vilket gör att skalan för den elektriska mätanordningen kan kalibreras i måttenheter, till exempel i mikrometer (μm), vid en konstant växelspänning med en stabil frekvens.

Ris. 2. Induktiv omvandlare med variabelt luftgap: a — diagram över enheten, b — graf över beroendet av strömmen i omvandlarens spole på luftgapet i det magnetiska systemet.

Differentialinduktiva omvandlare med två identiska magnetsystem och ett gemensamt ankare, placerade symmetriskt till de två magnetiska kretsarna med ett luftgap av samma längd (fig. 3), där ankarets linjära rörelse från dess mittläge ändrar båda luftspalten lika, men med olika tecken som rubbar balansen hos den förbalanserade fyrspolade AC-bryggan. Detta gör det möjligt att uppskatta ankarets rörelse enligt strömmen för mätdiagonalen på bryggan, om den får effekt vid en stabiliserad växelspänning med konstant frekvens.

Ris. 3. Schema för enheten för den differentiella induktiva omvandlaren.

Används för att mäta mekaniska krafter, spänningar och elastiska deformationer som förekommer i delar och sammansättningar av olika strukturer tråd - spänningsgivare, som, som deformeras, tillsammans med delarna som studeras, ändrar deras elektriska motstånd.Typiskt är motståndet för en töjningsmätare flera hundra ohm, och den relativa förändringen i dess motstånd är en tiondels procent och beror på deformationen, som i de elastiska gränserna är direkt proportionell mot de applicerade krafterna och de resulterande mekaniska spänningarna.

Töjningsgivarna är gjorda i form av en sicksacktråd med hög motståndskraft (konstantan, nikrom, manganin) med en diameter på 0,02-0,04 mm eller av en specialbearbetad kopparfolie med en tjocklek på 0,1-0,15 mm, som är förseglade med bakelitlack mellan två tunna lager papper och utsätts för värmebehandling (Fig. 4, a).

Ris. 4. Tenometer: a — diagram över enheten: 1 — deformerbar del, 2 — tunt papper, 3 — tråd, 4 — lim, 5 — terminaler, b — krets för anslutning av en obalanserad motståndsbrygga till armen.

Den tillverkade töjningsmätaren limmas på en väl rengjord deformerbar del med ett mycket tunt lager av isolerande lim så att riktningen för den förväntade deformationen av delen sammanfaller med riktningen för trådöglornas långsidor. När kroppen deformeras uppfattar den limmade töjningsmätaren samma deformation, vilket ändrar dess elektriska motstånd på grund av en förändring i dimensionerna på avkänningstråden, såväl som strukturen på dess material, vilket påverkar trådens specifika motstånd.

Eftersom den relativa förändringen av motståndet hos töjningsmätaren är direkt proportionell mot den linjära deformationen av den kropp som studeras och följaktligen till de mekaniska påkänningarna av de inre elastiska krafterna, använd då avläsningarna från galvanometern på mätdiagonalen av den förbalanserade motståndsbryggan, vars ena arm är töjningsmätaren, kan uppskatta värdet av de uppmätta mekaniska storheterna (fig. 4, b).

Användningen av en obalanserad brygga av motstånd kräver stabilisering av strömkällans spänning eller användning av ett magnetoelektriskt förhållande som en elektrisk mätanordning, på vars avläsningar en spänningsändring inom ± 20 % av den nominella spänningen som anges på skalan av enheten har ingen signifikant effekt.

Använd värmekänsliga och termoelektriska givare för att mäta temperaturen på olika medier... Värmekänsliga givare inkluderar metall- och halvledartermistorer, vars resistans till stor del beror på temperaturen (fig. 5, a).

De mest utbredda är platina termistorer för mätning av temperaturer i intervallet från -260 till +1100 ° C och koppar termistorer för temperaturområdet från -200 till +200 ° C, samt halvledar termistorer med en negativ koefficient för elektriskt motstånd - termistorer , kännetecknad av hög känslighet och liten storlek jämfört med metalltermistorer, för mätning av temperaturer från -60 till +120 ° C.

För att skydda de temperaturkänsliga givarna från skador placeras de i ett tunnväggigt stålrör med tät botten och en anordning för anslutning av ledningar till ledningarna på en obalanserad motståndsbrygga (fig. 5, b), vilket gör det möjligt för att uppskatta den uppmätta temperaturen längs strömmen av mätdiagonalen. Skalan för det magnetoelektriska förhållandet som används som en mätare är graderat i grader Celsius (°C).

Ris. 5. Termistorer: a — grafer över beroendet av förändringen i metallernas relativa motstånd på temperaturen, b — en krets för anslutning av termistorer till armen på en obalanserad motståndsbrygga.

Termoelektriska temperaturgivare — termoelement, generering av små e., etc. c. under påverkan av uppvärmning av sammansättningen av två olika metaller, placeras de i ett skyddande plast-, metall- eller porslinsskal i området för de uppmätta temperaturerna (fig. 6, a, b).

Ris. 6. Termoelement: a — grafer över beroendet av d osv. s. för termoelements temperatur: TEP-platina-rodium-platina, TXA-kromel-alumel, THK-chromel-copel, b-sammansättningsdiagram för temperaturmätning med termoelement.

Termoelementets fria ändar är anslutna med homogena ledningar till en magnetoelektrisk millivoltmeter, vars skala är graderad i grader Celsius. De mest använda termoelementen är: platina-rodium - platina för att mäta temperaturer upp till 1300 ° C och under en kort tid upp till 1600 ° C, krom-alumel för temperaturer som motsvarar de angivna regimerna - 1000 ° C och 1300 ° C och chromel-bastard, designad för långtidsmätning av temperaturer upp till 600 ° C och kortsiktiga - upp till 800 ° C.

Elektriska metoder för att mäta olika icke-elektriska storheter. De används ofta i praktiken, eftersom de ger hög mätnoggrannhet, skiljer sig i ett brett spektrum av mätvärden, tillåter mätningar och deras registrering på ett avsevärt avstånd från platsen för det kontrollerade objektet, och ger även möjlighet att utföra mätningar på svåråtkomliga ställen.