Измервателните преобразуватели на неелектрически величини се делят на параметрични и генераторни. В параметричните преобразуватели изходната стойност е нарастването на параметъра на електрическата верига ( R, L, M, S), така че при използването им е необходимо допълнително захранване.

В генераторните преобразуватели изходната величина е ЕМП, чийто ток или заряд е функционално свързан с измереното неелектрическо количество.

Когато създават измервателни преобразуватели на неелектрически величини, те се стремят да получат линейна функция на преобразуване. Разликата между действителната характеристика на калибриране и номиналната функция за линейно преобразуване причинява грешката на нелинейността, която е един от основните компоненти на произтичащата грешка при измерването на неелектрически величини. Един от начините за намаляване на грешката на нелинейността е да изберете такива стойности като входни и изходни стойности на преобразувателя, чиято връзка е по-близо до линейна функция. Така например при измерване на линейни премествания с помощта на капацитивен преобразувател може да се промени или разликата между плочите, или площта на тяхното припокриване. В този случай функциите на трансформация се оказват различни. Когато празнината се промени, зависимостта на капацитета от изместването на подвижната плоча е по същество нелинейна; тя се описва от хиперболична функция. Ако обаче като изходна стойност на преобразувателя използваме не неговия капацитет, а съпротивление при определена честота, тогава измереното изместване и зададеният капацитет се оказват свързани линейна зависимост.

Друг ефективен начин за намаляване на грешката на нелинейността на параметричните преобразуватели е тяхната диференциална конструкция. Всеки диференциален измервателен преобразувател всъщност е два подобни измервателни преобразувателя, чиито изходни стойности се изваждат, а входната стойност действа върху тези преобразуватели по обратния начин.

Структурна схемаинструмент с диференциален измервателен преобразувател е показан на фигура 16.1.

Измерена стойност хдейства върху два подобни измервателни преобразувателя IP1И IP2, и съответните увеличения на стойностите на изходните величини 1И на 2имат противоположни знаци. Освен това има някаква постоянна начална стойност x0количества

на входовете на тези преобразуватели, което обикновено се определя от проектните параметри на преобразувателите. Изходни количества 1И на 2се изваждат, а тяхната разлика 3измерено с електрически измервателен уред EIU (аналогов или цифров).

Да приемем, че конверторите IP1И IP2са идентични и техните функции на трансформация са доста точно описани от алгебричен полином от втори ред. В този случай стойностите 1И на 2на изходите на преобразувателите може да се запише като (16.1) /14/

След изваждане получаваме (16.2) /14/

Фигура 16.1 - Структурна схема на диференциала

възпитател

Това показва, че получената трансформационна функция y 3 \u003d f (x)се оказа линеен. защото 3не зависи от а 0, тогава систематичните адитивни грешки на измервателните преобразуватели се компенсират. Освен това, в сравнение с един преобразувател, чувствителността е почти удвоена. Всичко това определя широкото използване на диференциалните измервателни преобразуватели в практиката.

Нека разгледаме накратко основните видове използвани параметрични преобразуватели на неелектрически величини.

При параметричните преобразуватели изходната стойност е параметърът на електрическата верига (R, L, M, C). При използване на параметрични преобразуватели е необходим допълнителен източник на захранване, чиято енергия се използва за формиране на изходния сигнал на преобразувателя.

Реостатни преобразуватели. Реостатните преобразуватели се основават на промяна електрическо съпротивлениепроводник под влияние на входната величина - преместване. Реостатният преобразувател е реостат, чиято четка (подвижен контакт) се движи под въздействието на измерено неелектрическо количество.

Предимствата на преобразувателите включват възможността за получаване на висока точност на преобразуване, значителни изходни сигнали и относителна простота на дизайна. Недостатъци - наличието на плъзгащ се контакт, необходимостта от относително големи движения и понякога значително усилие за движение.

Реостатните преобразуватели се използват за преобразуване на относително големи премествания и други неелектрични величини (сили, налягания и т.н.), които могат да бъдат преобразувани в премествания.

Тензометрични преобразуватели(сензори). Работата на преобразувателите се основава на тензорния ефект, който се състои в промяна на активното съпротивление на проводника (полупроводника) под действието на причинените в него механични напрежения и деформации.

Ориз. 11-6. Тензометричен тел преобразувател

Ако жицата е подложена на механично напрежение, като например разтягане, тогава нейното съпротивление ще се промени. Относителна промяна в съпротивлението на проводника , където S е коефициентът на чувствителност към деформация; е относителната деформация на проводника.

Промяната в съпротивлението на жицата при механично въздействие върху нея се обяснява с промяната в геометричните размери (дължина, диаметър) и съпротивлението на материала.

В случаите, когато се изисква висока чувствителност, се използват чувствителни на деформация преобразуватели, направени под формата на ленти от полупроводников материал. Коефициентът S за такива преобразуватели достига няколкостотин. Въпреки това, възпроизводимостта на характеристиките на полупроводниковите преобразуватели е лоша. Понастоящем масово се произвеждат интегрирани полупроводникови тензодатчици, които образуват мост или полумост с термични компенсационни елементи.

Като измервателни вериги за тензодатчици се използват равновесни и неравновесни мостове. Тензодатчиците се използват за измерване на деформации и други неелектрични величини: сили, налягания, моменти.

Чувствителни към температура преобразуватели(термистори). Принципът на действие на преобразувателите се основава на зависимостта на електрическото съпротивление на проводници или полупроводници от температурата.

За измерване на температурата най-често срещаните термистори са изработени от платинена или медна тел. Стандартните платинени термистори се използват за измерване на температури в диапазона от -260 до +1100 ° C, медни - в диапазона от -200 до +200 "C.

За измерване на температурата се използват и полупроводникови термистори (термистори) от различни видове, които се характеризират с по-голяма чувствителност (термисторът TCR е отрицателен и при 20 ° C е 10-15 пъти по-висок от TCR на мед и платина) и имат по-високи съпротивления (до 1 MΩ) при много малки Недостатъкът на термисторите е слабата възпроизводимост и нелинейността на характеристиката на преобразуване:

където R T и Ro са съпротивленията на термистора при температури T и To, To е началната температура на работния диапазон; B - коефициент.

Термисторите се използват в температурен диапазон от -60 до +120°C.

За измерване на температури от -80 до +150 ° C се използват термични диоди и термотранзистори, в които под въздействието на температурата p-n съпротивлениекръстовище и спада на напрежението през това кръстовище. Тези преобразуватели обикновено се включват в мостови вериги и вериги под формата на делители на напрежение.

Предимствата на термичните диоди и термичните транзистори са висока чувствителност, малък размер и ниска инерция, висока надеждност и ниска цена; недостатъци - тесен температурен диапазон и лоша възпроизводимост на статичните характеристики на преобразуване.

Електролитни преобразуватели. Електролитните преобразуватели се основават на зависимостта на електрическото съпротивление на електролитен разтвор от неговата концентрация. Те се използват главно за измерване на концентрацията на разтвори.

Индуктивни преобразуватели. Принципът на действие на преобразувателите се основава на зависимостта на индуктивността или взаимната индуктивност на намотките на магнитната верига от положението, геометричните размери и магнитното състояние на елементите на тяхната магнитна верига.

Фигура 11-12 Магнитна верига с междини и две намотки

Индуктивността на намотката, разположена на магнитната верига, където Zm е магнитното съпротивление на магнитната верига; е броят на намотките на намотката.

Взаимна индуктивност на две намотки, разположени на една и съща магнитна верига, , където и - броят на завоите на първата и втората намотка. Магнитното съпротивление се дава от

Където - активната съставка на магнитното съпротивление (пренебрегваме разсейването на магнитния поток); - съответно дължината, площта на напречното сечение и относителната магнитна проницаемост на i-тата секция на магнитната верига; mo - магнитна константа; d е дължината на въздушната междина; s - площ на напречното сечение на въздушната част на магнитната верига, - реактивен компонент на магнитното съпротивление; P - загуби на мощност в магнитната верига поради вихрови токове и хистерезис w - ъглова честота; Ф - магнитен поток в магнитната верига.

Горните отношения показват, че индуктивността и взаимната индуктивност могат да бъдат променени чрез повлияване на дължината d, напречното сечение на въздушната част на магнитната верига s, загубите на мощност в магнитната верига и по други начини.

В сравнение с други преобразуватели на преместване, индуктивните преобразуватели се отличават с висока мощност на изходните сигнали, простота и надеждност при работа.

Техният недостатък е обратният ефект на преобразувателя върху обекта на изследване (ефектът на електромагнита върху котвата) и ефектът на инерцията на котвата върху честотни характеристикиустройство.

Капацитивни преобразуватели. Капацитивните преобразуватели се основават на зависимостта на електрическия капацитет на кондензатора от размерите, взаимното разположение на неговите плочи и от диелектричната проницаемост на средата между тях.

За плосък кондензатор с две пластини, електрически капацитет , където е електрическата константа; - относителна диелектрична проницаемост на средата между плочите; s е активната площ на плочите; d е разстоянието между плочите. Чувствителността на трансдюсера се увеличава с намаляване на разстоянието d. Такива преобразуватели се използват за измерване на малки премествания (по-малко от 1 mm).

Малко работно движение на плочите води до грешка от промяна на разстоянието между плочите с температурни колебания. Чрез избора на размерите на частите и материалите на преобразувателя тази грешка се намалява.

Преобразувателите се използват за измерване на нивото на течности, влажността на веществата, дебелината на изделия от диелектрици.

Ориз. 11-16. Схема на йонизационния преобразувател

Йонизационни преобразуватели. Конверторите се основават на явлението йонизация на газ или луминесценция на определени вещества под действието на йонизиращо лъчение.

Ако камера, съдържаща газ, бъде облъчена, например, с b-лъчи, тогава между електродите, включени в електрическа верига(фиг. 11-16), ще тече ток. Този ток зависи от напрежението, приложено към електродите, от плътността и състава на газовата среда, размера на камерата и електродите, свойствата и интензитета на йонизиращото лъчение. Тези зависимости се използват за измерване на различни неелектрически величини: плътността и състава на газовата среда, геометричните размери на частите.

Като йонизиращи агенти се използват a-, b- и g-лъчи на радиоактивни вещества, много по-рядко - рентгенови лъчи и неутронно лъчение.

Основното предимство на устройствата, използващи йонизиращо лъчение, е възможността за безконтактни измервания, което е от голямо значение, например при измерване в агресивни или експлозивни среди, както и в среди под високо налягане или високи температури. Основният недостатък на тези устройства е необходимостта от използване на биологична защита при висока активност на източника на радиация.

Министерство на образованието на Република Беларус

образователна институция

„Беларуски държавен университет

информатика и радиоелектроника"

Катедра по метрология и стандартизация

Параметричен измервателни преобразуватели

Указания за лабораторна работа E.5B

за студенти от специалност 54 01 01 ‑ 02

"Метрология, стандартизация и сертификация"

всички форми на обучение

UDC 621.317.7 + 006.91 (075.8)

Би Би Си 30.10я73

Съставител V.T. Ревин, Л.Е. Батай

Ръководството съдържа целта на работата, кратка информация от теорията, описание на лабораторната постановка, лабораторна задача и реда за изпълнение на работата, както и инструкции за оформяне на доклада и Контролни въпросиза проверка на знанията на учениците. Разгледани са основните видове параметрични измервателни преобразуватели (реостатни, индуктивни и капацитивни), техните основни характеристики и схеми на включване в измервателната верига. Извършването на лабораторна работа включва определяне на основните метрологични характеристики (функция на преобразуване, чувствителност, основна грешка, грешка при определяне на чувствителността) на разглежданите измервателни преобразуватели, както и овладяване на техниката за измерване на неелектрически величини с помощта на измервателни преобразуватели и намиране на грешки при определяне на стойностите на неелектрически величини.

UDC 621.317.7 + 006.91 (075.8)

BBC 30.10 сутринта 73

1 Цел на работата

1.1 Изучаване на принципа на действие, конструкцията и основните характеристики на реостатни, капацитивни и индуктивни измервателни преобразуватели на неелектрични величини в електрически.

1.2 Изследване на методите за измерване на неелектрични величини с помощта на реостатни, капацитивни и индуктивни измервателни преобразуватели.

1.3 Практическо определение на основните характеристики на измервателните преобразуватели и измерване на линейни и ъглови премествания с тяхна помощ.

2 Кратки сведения от теорията

Характеристика на съвременните измервания е необходимостта да се определят стойностите на много физически величини, сред които повечето са неелектрически величини. За измерване на неелектрически величини електроизмервателните уреди намират широко приложение, поради редица техни съществени предимства. Те включват висока точност на измерване, висока чувствителност и скорост на измервателните уреди, възможност за дистанционни измервания, автоматично преобразуване на измервателната информация, автоматично управление на процеса на измерване и др. Характеристика на електрическите измервателни уреди, предназначени за измерване на неелектрически величини, е задължителното наличие на първичен измервателен преобразувател на неелектрическо количество в електрическо.

Първичният измервателен преобразувател установява недвусмислена функционална връзка между изходното електрическо количество Y и входното неелектрическо количество X: Y= f(х).

В зависимост от вида на изходния сигнал първичните измервателни преобразуватели се разделят на параметрични и генераторни.

IN параметриченПри измервателните преобразуватели изходната величина е параметър на електрическата верига: съпротивление R, индуктивност L, взаимна индуктивност M или капацитет C. Когато се използват параметрични преобразуватели, винаги е необходим допълнителен източник на захранване, чиято енергия се използва за генериране на изходен сигнал на трансдюсера.

IN генериранеИзходните величини на преобразувателите за измерване са EMF, ток, напрежение или заряд. Когато се използват генераторни преобразуватели, спомагателните източници на захранване се използват само за усилване на получения сигнал.

Според принципа на действие параметричните измервателни преобразуватели се делят на реостатни, тензочувствителни (резистори на деформация), термично чувствителни (термистори, термистори), капацитивни, индуктивни, йонизационни.

Зависимостта на изходната стойност на измервателния преобразувател Y от входната стойност X, описана с израза Y = f (х), Наречен функция за преобразуване.Често изходната стойност на преобразувателя Yзависи не само от входната измерена стойност х, но и от някакъв външен фактор З. Следователно, най-общо, функцията на трансформация може да бъде представена чрез функционална зависимост: Y = f (х, З).

При разработването на измервателни преобразуватели на неелектрически величини те се стремят да получат линейна функция на преобразуване. За да се опише функция на линейна трансформация, достатъчно е да се уточнят два параметъра: началната стойност на изходната стойност Y 0 (нулево ниво), съответстваща на нула или друга начална стойност на входната стойност X, и параметърът S, който характеризира наклона на трансформационната функция.

В този случай функцията на трансформация може да бъде представена по следния начин:

Параметърът S, който характеризира наклона на трансформационната функция, се нарича чувствителност на преобразувателя. Чувствителност на преобразувателяе отношението на промяната на изходната стойност на измервателния преобразувател ΔY към промяната на входната стойност ΔX, която я е причинила:

. (2)

Чувствителността на преобразувателя е величина, която има измерение, а измерението зависи от естеството на входните и изходните величини. За реостатен преобразувател, например, чувствителността има размерността Ohm/mm, за термоелектрически преобразувател - mV/K, за фотоклетка - µA/lm, за двигател - rev/(sV) или Hz/V , за галванометър - mm/µA и др.

Най-важният проблем при проектирането и използването на измервателния преобразувател е да се осигури постоянството на неговата чувствителност. Чувствителността трябва да зависи възможно най-малко от стойностите на входната променлива X (в този случай функцията на трансформация е линейна), скоростта на промяна на X, времето на работа на преобразувателя, както и влиянието на други физически величини, които характеризират не самия обект, а неговата среда (такива величини се наричат оказване на влияние). При функция за нелинейна трансформация чувствителността зависи от стойностите на входната променлива: С = С(х) .

Обхватът на стойностите на неелектрическите величини, преобразувани с помощта на измервателен преобразувател, е ограничен, от една страна, от границата на преобразуване, а от друга страна, от прага на чувствителност.

Лимит на преобразуванепреобразувател е максималната стойност на входното количество, която може да бъде приета от преобразувателя, без да го повреди или изкриви функцията за преобразуване.

Праг на чувствителност- това е минималната промяна в стойността на входната променлива, която може да причини забележима промяна в изходната стойност на преобразувателя.

Съотношение Y = f(Х)изразява в обща теоретична форма физичните закони, залегнали в работата на преобразувателите. На практика функцията на преобразуване се определя експериментално в числена форма в резултат на калибрирането на преобразувателя. В този случай за серия от точно известни стойности на X се измерват съответните стойности на Y. , което ви позволява да изградите крива на калибриране (Фигура 1, А). Използвайки изградената крива на калибриране, според стойностите на електрическото количество Y, получено в резултат на измерването, е възможно да се намерят съответните стойности на желаното неелектрическо количество X (Фигура 1, b).

А– построяване на калибровъчна крива според измерените стойности на X и Y;

b използване на калибровъчна крива за определяне на входната стойност X

Фигура 1 - Калибрационна характеристика на измервателния преобразувател

Най-важната характеристика на всеки измервателен преобразувател е неговата основна грешка, което се дължи на принципа на действие, несъвършенството на конструкцията на преобразувателя или технологията на неговото производство и се проявява при нормални стойности на въздействащите величини или когато те са в границите на нормалните стойности.

Основната грешка на измервателния преобразувател може да има няколко компонента, дължащи се на:

Неточността на образцови измервателни уреди, с помощта на които е определена функцията на трансформация;

Разликата между реалната характеристика на калибриране и номиналната функция на преобразуване; приблизително (таблично, графично, аналитично) изразяване на функцията на преобразуване;

Непълно съвпадение на функцията на преобразуване с нарастващи и намаляващи измерени неелектрични величини (хистерезис на функцията на преобразуване);

Непълна възпроизводимост на характеристиките на измервателния преобразувател (най-често чувствителност).

При калибриране на серия преобразуватели от един и същи тип се оказва, че техните характеристики са малко по-различни един от друг, заемайки определена лента. Следователно в паспорта на измервателния преобразувател е дадена някаква средна характеристика, т.нар номинален. Разликите между номиналните (паспортни) и реалните характеристики на преобразувателя се считат за негови грешки.

Калибрирането на измервателния преобразувател (определяне на действителната функция на преобразуване) се извършва с помощта на измервателни уреди за неелектрически и електрически величини. Като пример Фигура 2 показва блокова диаграма на настройка за калибриране на реостатен преобразувател. Като средство за измерване на линейно преместване (неелектрическа величина) се използва линийка, а като средство за измерване на електрическа величина - активно съпротивление - цифров метър L, C, R E7-8.

Фигура 2 - Структурна схема на инсталацията за калибриране на реостатен преобразувател

Процесът на калибриране на преобразувателя е както следва. С помощта на механизма за движение подвижният контакт (двигател) на реостатния преобразувател се настройва последователно към дигитализираните маркировки на скалата на линийката, като на всяка маркировка се измерва активното съпротивление на преобразувателя с помощта на устройството E7-8 . Измерените стойности на линейното преместване и активното съпротивление се въвеждат в таблицата за калибриране 1.

маса 1

В този случай получаваме функцията на преобразуване на измервателния преобразувател, дадена в табличен вид. За да получите графично представяне на функцията за трансформация, трябва да използвате препоръките, показани на фигура 1, А.

Трябва обаче да се има предвид, че измерването на линейното преместване и активното съпротивление е извършено с грешка поради инструменталните грешки на използваните измервателни уреди. В тази връзка дефинирането на функцията на трансформация също е направено с известна грешка (Фигура 3).

Фигура 3 - Грешки при определяне на функцията на трансформация

Тъй като чувствителността на трансдюсера С, дадена от наклона на функцията за преобразуване, се определя по формула (2), след което изчисляването на грешката при определяне на чувствителността на преобразувателя Δ С трябва да се извършва въз основа на алгоритъма за изчисляване на грешката на резултата от косвеното измерване. Като цяло формулата за изчисление за Δ Скакто следва:

Където
,

Δ г 1 И Δ г 2 – грешки при определяне на изходните стойности y 1 и y 2 ,

Δ х 1 И Δ х 2 – грешки при определяне на входните стойности x 1 и x 2 .

Допълнителни грешки на измервателния преобразувател, дължащи се на принципа на действие, несъвършенството на конструкцията и технологията на производство, се появяват при отклонение на въздействащите величини от нормалните стойности.

В допълнение към характеристиките, разгледани по-горе, измервателните преобразуватели на неелектрически величини в електрически се характеризират с: изменение на изходния сигнал, изходен импеданс, динамични характеристики. Най-важните технически характеристики включват също: размери, тегло, устойчивост на механични, топлинни, електрически и други претоварвания, надеждност, лекота на монтаж и поддръжка, взривобезопасност, производствени разходи и др. .

Измервателните преобразуватели са различни според принципа на преобразуване на сигнала.

Кога аналогов директно преобразуване (Фигура 4) измерената неелектрическа величина X се подава към входа на първичния измервателен преобразувател (PMT). Изходната електрическа стойност Y на преобразувателя се измерва от електроизмервателно устройство (EIM), което включва измервателен преобразувател и индикаторно устройство.

Фигура 4 - Блокова схема на устройството с аналогово директно преобразуване на измерената неелектрическа величина

В зависимост от вида на изходната величина и изискванията към устройството, електроизмервателното устройство може да бъде с различна степен на сложност. В единия случай това е магнитоелектрически миливолтметър, а в другия - цифрово измервателно устройство. Обикновено скалата на индикаторното устройство EIP е градуирана в единици на измерената неелектрическа величина. Измерената неелектрическа величина може многократно да се преобразува, за да съответства на границите на нейното измерване с границите на преобразуването на PIP и да се получи по-удобен тип входно действие за PIP. За да извършите такива трансформации, влезте в устройството предварителнотялопреобразуватели на неелектрически стойности в неелектрически.

При голям брой междинни преобразуватели в устройствата за директно преобразуване общата грешка се увеличава значително. За да намалите грешката, използвайте диференциал навънизмервателни преобразуватели,които имат по-ниска допълнителна грешка, по-малко функция за нелинейно преобразуване и по-висока чувствителност в сравнение с устройствата за директно преобразуване.

Фигура 5 показва блокова схема на устройство с диференциален измервателен преобразувател (DIP). Конверторът включва DZ диференциална връзка с два изхода, два канала за преобразуване (P1 и P2) и VU субтрактор. Когато входната измерена стойност x се промени от първоначалната стойност x 0 до стойността (x 0 + Δx), изходните стойности x 1 и x 2 на изхода на дистанционното наблюдение получават увеличения с различни знаци. След преобразуването им в P1 и P2, стойностите на изхода на преобразувателите y 1 и y 2 се изваждат. В резултат на това изходната стойност на DIP (y = y 1 -y 2), подадена към измервателния механизъм на MI, е пропорционална само на нарастването Δx на измереното неелектрическо количество.

Фигура 5 - Блокова схема на устройството с диференциално преобразуване на измереното неелектрическо количество

В уреди с трансформация на принципа на компенсация (балансиране)в устройството за сравняване на САЩ на конвертора се извършва сравнение измеримивеличина и хомогенна спрямо нея променливстойността, създадена от UOS възела за обратна връзка (Фигура 6) Стойностите се сравняват, докато не бъдат напълно балансирани. Като възли обратна връзкасе използват обратни преобразуватели, които преобразуват електрическо количество в неелектрическо (например лампи с нажежаема жичка, електромеханични преобразуватели и др.).

Фигура 6 - Блокова схема на устройството с компенсационен измервателен преобразувател

В сравнение с устройствата за директно преобразуване, устройствата за компенсаторно сравнение осигуряват по-висока точност, по-бърза реакция и консумират по-малко енергия от обекта на изследване.

Електрическите инструменти за измерване на неелектрически величини могат да бъдат аналогови или цифрови.

Реостатни преобразуватели

Реостатните преобразуватели се основават на промяна на електрическото съпротивление на проводник под въздействието на входна величина - линейно или ъглово преместване. Реостатният преобразувател е реостат (рамка с намотка на проводник), чийто подвижен контакт извършва линейно или ъглово движение под въздействието на измерено неелектрическо количество. Схематични изображения на някои дизайни на реостатни преобразуватели са показани на фигура 6, a-c.Размерите на преобразувателя се определят от граничните стойности на измереното изместване, съпротивлението на намотката и електрическата мощност, разсейвана в намотката. За да се получи нелинейна трансформационна функция, се използват функционални реостатни преобразуватели. Желаната форма на трансформационната функция се постига чрез профилиране на рамката на преобразувателя (Фигура 6, V).

В реостатните преобразуватели характеристиката на статичното преобразуване има стъпаловиден характер, тъй като съпротивлението се променя в скокове, равно на съпротивлението на един оборот. Това води до появата на съответната грешка, чиято максимална стойност може да бъде представена като:

, (4)

където R е максималното съпротивление на един оборот;

R е импедансът на преобразувателя.

IN реохордпреобразуватели, при които подвижният контакт се плъзга по оста на проводника, тази грешка може да бъде избегната.

Реостатните преобразуватели се включват в измервателните вериги под формата на балансирани и неравновесни мостове, делители на напрежение и др.

Фигура 7 - Реостатни измервателни преобразуватели

Основните недостатъци на реостатните преобразуватели са наличието на плъзгащ се контакт, необходимостта от относително големи движения и понякога значително усилие за движение. Предимствата включват простота на дизайна и възможността за получаване на значителни нива на изходни сигнали.

Реостатните преобразуватели се използват за измерване на относително големи линейни и ъглови премествания, както и други неелектрични величини, които могат да бъдат превърнати в преместване (сила, налягане и др.).

Индуктивни преобразуватели

Принципът на действие на индуктивните преобразуватели се основава на зависимостта на собствената или взаимната индуктивност на намотките на магнитната верига от относителното положение, геометричните размери и магнитното съпротивление на елементите на магнитната верига. От електротехниката е известно, че индуктивността Л намотка, разположена върху магнитната сърцевина (магнитна верига), се определя от израза:

, (5)

където Z M  магнитно съпротивление на магнитната верига;

w- броят на завъртанията на намотката.

Взаимна индуктивност М две намотки, разположени на една и съща магнитна верига с магнитно съпротивление З М, се определя като

, (6)

Където w 1 И w 2  брой навивки на първата и втората намотка.

Магнитното съпротивление се дава от:

, ` (7)

Където	 активен компонент на магнитното съпротивление;
l i , S i ,  i	 съответно дължината, площта на напречното сечение и относителната магнитна проницаемост на i-тата секция на магнитната верига;
	 магнитна константа;
	 дължина и площ на напречното сечение на въздушната част на магнитната верига;

	 реактивен компонент на магнитното съпротивление;
	 загуби на мощност в магнитната верига поради вихрови токове и хистерезис;
	- ъглова честота;
	- магнитен поток в магнитната верига.

Горните зависимости показват, че индуктивността и взаимната индуктивност могат да се променят чрез промяна на дължината δ или напречното сечение S на въздушната част на магнитната верига, загубата на мощност P в магнитната верига и т.н.

Фигура 8 схематично показва различни видове индуктивни преобразуватели. Промяна във взаимната индуктивност може да се постигне например чрез преместване на подвижната сърцевина (котва) 1 спрямо неподвижната сърцевина 2, чрез въвеждане на немагнитна метална плоча 3 във въздушната междина (Фигура 8 А).

Фигура 8 - Индуктивни измервателни преобразуватели

Индуктивен преобразувател с променлива дължина на въздушната междина  (Фигура 8, b) се характеризира с нелинейна зависимост Л = f ( ). Такъв преобразувател има висока чувствителност и обикновено се използва при преместване на арматурата на магнитната верига в диапазона от 0,01 до 5 mm.

Значително по-ниска чувствителност, но линейна зависимост на трансформационната функция Л = f(С) преобразувателите с променливо напречно сечение на въздушната междина се различават (Фигура 8, V). Такива преобразуватели се използват за измерване на премествания до 10-15 mm.

Индуктивните диференциални преобразуватели са широко използвани (Фигура 8, Ж), при който подвижната арматура е поставена между две неподвижни жила с намотки. При преместване на арматурата под въздействието на измерената стойност, дължините се променят едновременно и с различни знаци δ 1 И δ 2 въздушни междини на преобразувателя, докато индуктивността на едната намотка ще се увеличи, а другата ще намалее. Диференциалните преобразуватели се използват в комбинация с мостови измервателни вериги. В сравнение с недиференциалните преобразуватели, те имат по-висока чувствителност, по-малка нелинейност на функцията за преобразуване и по-малко се влияят от външни фактори.

За преобразуване на относително големи премествания (до 50 - 100 mm) се използват трансформаторни преобразуватели с отворена магнитна верига (Фигура 8, д).

Ако феромагнитната сърцевина на преобразувателя е подложена на механично въздействие чрез сила F, тогава поради промяна в магнитната пропускливост на материала на сърцевината, магнитното съпротивление на веригата ще се промени, което също ще доведе до промяна в индуктивността L и взаимна индуктивност M на намотките. Принципът на действие на магнитоеластични преобразуватели се основава на тази зависимост (Фигура 8, д).

Индуктивните преобразуватели се използват за измерване на линейни и ъглови премествания, както и на други неелектрически величини, които могат да бъдат преобразувани в изместване (сила, налягане, въртящ момент и др.). Конструкцията на преобразувателя се определя от диапазона на измерените премествания. Размерите на преобразувателя се избират въз основа на необходимата мощност на изходния сигнал.

За измерване на изходния параметър на индуктивни преобразуватели, мостови (равновесни и неравновесни) и генераторни измервателни вериги, както и вериги с използвайки резонансни вериги, които имат най-голяма чувствителност поради голямата стръмност на функцията за преобразуване.

Основните им недостатъци са: обратното въздействие върху обекта на изследване (ефектът на електромагнит върху арматурата) и влиянието на инерцията на котвата върху честотните характеристики на устройството.

Капацитивни преобразуватели

Принципът на действие на капацитивните измервателни преобразуватели се основава на зависимостта на електрическия капацитет на кондензатора от размерите, взаимното разположение на неговите плочи и диелектричната проницаемост на средата между тях.

Електрическият капацитет на плосък кондензатор с две пластини се описва с израза:

, (8)

От този израз може да се види, че капацитивен преобразувател може да бъде изграден въз основа на използването на зависимости C =f( ), C =f(С) или ° С = f( ).

Фигура 9 схематично показва дизайна на различни капацитивни преобразуватели.

Фигура 9 - Капацитивни измервателни преобразуватели

Конверторът на фигура 9, Ае кондензатор, чиято една плоча се движи под действието на измерено неелектрическо количество X спрямо неподвижна плоча. Статична характеристика на преобразувателя с помощта на зависимост C =f( ) е нелинейно. Чувствителността на трансдюсера се увеличава с намаляване на разстоянието между плочите . Такива преобразуватели се използват за измерване на малки премествания (по-малко от 1 mm).

Използват се и диференциални капацитивни преобразуватели (Фигура 9, b), които имат една подвижна и две неподвижни плочи. Под въздействието на измерената стойност X, тези преобразуватели едновременно променят капацитетите C1 и C2.

Фигура 9, Vпоказва диференциален капацитивен преобразувател с променлива активна площ на плочите, който използва зависимостта C =f(С) . Преобразувателите с този дизайн се използват за измерване на относително големи премествания. В тези преобразуватели необходимата характеристика на преобразуване може лесно да бъде получена чрез профилиране на плочите.

Трансформатори на зависимости C =f( ) използва се за измерване на нивото на течностите, влажността на веществата, дебелината на изделия от диелектрици и др. Като пример на фигура 9, Ждадено е устройството на преобразувателя на капацитивния нивомер. Капацитетът между електродите, спуснати в съда, зависи от нивото на течността.

За измерване на изходния параметър на капацитивни измервателни преобразуватели се използват мостови, генераторни измервателни стойности и вериги, използващи резонансни вериги. Последните дават възможност за създаване на устройства с висока чувствителност, способни да реагират на линейни премествания от порядъка на 10 µm. Веригите с капацитивни преобразуватели обикновено се захранват с високочестотен ток (до десетки MHz).

Надеждност при изпитване на корпуса на автомобила

Измервателен преобразувател -- технически средствас нормализирани метрологични характеристики, който служи за преобразуване на измерената величина в друга величина или измервателен сигнал, удобен за обработка, съхранение, по-нататъшни трансформации, индикация и предаване, но невъзприеман директно от оператора. Измервателният преобразувател или е част от който и да е измервателен уред(измервателна инсталация, измервателна система) или да се използва заедно с всеки измервателен уред.

По естеството на трансформацията се разграничават следните преобразуватели:

Аналогов измервателен преобразувател е измервателен преобразувател, който преобразува една аналогова стойност (аналогов измервателен сигнал) в друга аналогова стойност (измервателен сигнал);

Аналогово-цифров измервателен преобразувател е измервателен преобразувател, предназначен да преобразува аналогов измервателен сигнал в цифров код;

Цифрово-аналогов измервателен преобразувател е измервателен преобразувател, предназначен да преобразува цифров код в аналогова стойност.

Според мястото в измервателната верига се разграничават следните преобразуватели:

Първичният измервателен преобразувател е измервателен преобразувател, който се влияе пряко от измерваната физическа величина. Първичният измервателен преобразувател е първият преобразувател в измервателната верига на измервателния уред;

Сензорът е структурно изолиран първичен измервателен преобразувател;

Детекторът е сензор в областта на измерванията на йонизиращи лъчения;

Междинен измервателен преобразувател -- измервателен преобразувател, който заема място в измервателната верига след първичния преобразувател.

Предавателният измервателен преобразувател е измервателен преобразувател, предназначен за дистанционно предаване на сигнал от измервателна информация;

Скален измервателен преобразувател -- измервателен преобразувател, предназначен да променя размера на количество или измервателен сигнал с определен брой пъти.

Според принципа на действие преобразувателите се делят на генераторни и параметрични.

Генератор - това са преобразуватели, които под въздействието на входната стойност сами генерират електрическа енергия (с изходна стойност - напрежение или ток). Генераторни измервателни преобразуватели могат да бъдат включени в измервателната верига, където няма източник на енергия. Примери за генераторни измервателни преобразуватели са термоелектричните и фотоелектричните измервателни преобразуватели.

Параметрични - това са преобразуватели, които под въздействието на измерената стойност променят стойността на изходната стойност в зависимост от принципа на работа (с изходна стойност под формата на промяна на съпротивлението, капацитета и в зависимост от стойността на входната стойност), те включват термистични, капацитивни измервателни преобразуватели.

Според физическата закономерност, на която се основава работата на преобразувателя, всички измервателни преобразуватели могат да бъдат разделени на следните групи:

резистивен;

Термична;

електромагнитни;

Електростатичен;

електрохимични;

пиезоелектричен;

фотоволтаични;

Електронни;

Квантов.

Нека разгледаме по-подробно някои групи измервателни преобразуватели.

Резистивните преобразуватели в момента са най-често срещаните. Принципът на действие се основава на промяната на тяхното електрическо съпротивление при промяна на входната стойност.

Фигура 1. - Схема на резистивен измервателен преобразувател

При конструирането на резистивен измервателен преобразувател се стреми да се гарантира, че промяната на съпротивлението R става под действието на една входна стойност (по-рядко две).

Предимствата на този конвертор включват: простота на дизайна, малък размер и тегло, висока чувствителност, висока разделителна способност на ниско ниво входен сигнал, отсъствие на подвижни контакти за събиране на ток, висока скорост, възможност за получаване на необходимия закон за трансформация чрез избор на подходящи конструктивни параметри, липса на влияние на входната верига върху измервателната верига.

Електромагнитни измервателни преобразуватели - такива преобразуватели съставляват голяма група преобразуватели за измерване на различни физични величини и в зависимост от принципа на действие биват параметрични и генераторни.

Параметричните преобразуватели включват тези, при които изходното механично действие се преобразува в промяна на параметрите на магнитната верига - магнитна проницаемост, магнитно съпротивление RM, индуктивност на намотката L.

Към генератор - преобразуватели от индукционен тип, които използват закона за електромагнитната индукция за получаване на изходен сигнал. Те могат да бъдат направени на базата на трансформатори и електрически машини. Последната група е тахогенератори, селсини, ротационни трансформатори.

Стойностите на L и M могат да се променят чрез намаляване или увеличаване на празнината, промяна на позицията на котвата, промяна на напречното сечение S на магнитния поток, завъртане на котвата спрямо неподвижната част на магнитната верига, въвеждане на плоча от феромагнитен материал във въздушната междина, съответно намалявайки 0 и магнитното съпротивление на междината.

Измервателните преобразуватели, които преобразуват естествената входна стойност под формата на изместване в промяна на индуктивността, се наричат индуктивни.

Преобразувателите, които преобразуват движението в промяна на взаимната индуктивност M, обикновено се наричат трансформатор.

Фигура 2 - Схема на измервателен преобразувател, базиран на промяна на магнитното съпротивление

В трансформаторните преобразуватели промяната на взаимната индуктивност M може да се получи не само чрез промяна на магнитното съпротивление, но и чрез преместване на една от намотките по протежение или напречно на магнитната верига.

Ако върху затворената магнитна верига на преобразувателя се прилагат сили на натиск, опън или усукване, тогава под тяхно влияние магнитната пропускливост 0 на сърцевината ще се промени, което ще доведе до промяна в магнитното съпротивление на сърцевината и съответно до промяна в L или M.

Преобразувателите, базирани на промяна в магнитното съпротивление поради промяна в магнитната пропускливост на феромагнитно ядро под въздействието на механична деформация, се наричат магнитоеластични. Те се използват широко за измерване на сили, налягания, моменти.

Ако в пролуката на постоянен магнит или електромагнит, през чиято намотка преминава постоянен ток, намотката се премества, тогава според закона за електромагнитната индукция в намотката се появява ЕМП, равна на

където е скоростта на промяна на магнитния поток, свързан с намотките на намотката W.

Тъй като скоростта на промяна на магнитния поток се определя от скоростта на намотката във въздушната междина, преобразувателят има естествена входна стойност под формата на линейна или ъглова скорост на изместване и изходна стойност под формата на индуцирана ЕМП. Такива преобразуватели се наричат индуктивни.

Пиезоелектрични преобразуватели - принципът на работа на такива сензори се основава на използването на директен и обратен пиезоелектричен ефект.

Директният ефект е способността на някои материали да генерират електрически заряди върху повърхността, когато се приложи механично натоварване.

Обратният ефект - промяна в механичното напрежение или геометричните размери образува материал под въздействието на електрическо поле.

Като пиезоелектрични материали се използват естествени материали - кварц, турмалин, както и изкуствено поляризирана керамика на базата на бариев титанит, оловен титанит и оловен цирконат.

Количествено, пиезоелектричният ефект се оценява чрез пиезоелектричния модул Kd, който установява връзката между възникващия заряд Q и приложената сила F, която може да бъде изразена с формулата:

Нека разгледаме друг тип измервателни преобразуватели - термични преобразуватели.

Техният принцип на работа се основава на използването на термични процеси (отопление, охлаждане, топлообмен) и входната стойност на такива сензори е температурата.

Те обаче се използват като преобразуватели не само на температурата, но и на такива величини като топлинен поток, скорост на газовия поток, влажност, ниво на течността.

При изграждането на термични преобразуватели най-често се използват такива явления като появата на термо-ЕМП, зависимостта на съпротивлението на веществото от температурата.

Термодвойка е чувствителен елемент, състоящ се от два различни проводника или полупроводника, свързани електрически и преобразуващи контролираната температура в ЕМП.

Принципът на работа на термоелектрическия преобразувател се основава на използването на термоелектродвижеща сила, която възниква във верига от два различни проводника, чиито кръстовища (възли) се нагряват до различни температури.

Знакът и стойността на термо-ЕМП във веригата зависят от вида на материала и температурната разлика в кръстовищата.

При малка температурна разлика между кръстовищата, термо-ЕМП може да се счита за пропорционална на температурната разлика:

За измерване на температурата може да се използва термодвойка.

За термодвойки се използват различни материали. скъпоценни метали(платина, злато, иридий, родий и техните сплави), както и неблагородни метали (стомана, никел, хром, нихромови сплави).

Силициевите и селеновите термодвойки (полупроводници) се използват сравнително рядко, имат ниска механична якост, имат високо вътрешно съпротивление, въпреки че осигуряват голяма термо-ЕМП в сравнение с металите.

Термо-ЕМП възниква само в съединения на различни материали. При сравняване на различни материали, термо-ЕМП на платината се приема като основа, по отношение на която се определя термо-ЕМП на други материали.

За увеличаване на изходния ЕМП се използва последователно свързване на термодвойки, образувайки термобатарея.

Предимства на термодвойките - възможност за измерване в широк диапазон от температури; простота на устройството; експлоатационна надеждност.

Недостатъци - не висока чувствителност, голяма инерция, необходимостта от поддържане на постоянна температура на свободните кръстовища.

Термисторните преобразуватели работят въз основа на свойството на проводник или полупроводник да променя електрическото си съпротивление при промяна на температурата.

За такива сензори се използват материали с висока стабилност, висока възпроизводимост на електрическото съпротивление при дадена температура, значително съпротивление, стабилност на химичните и физичните свойства при нагряване и инертност към влиянието на изследваната среда.

Тези материали включват предимно платина, мед, никел и волфрам. Най-често срещаните са платинени и медни термистори.

Използват се платинени термистори в диапазона от 0 до 6500 C; от 0 до - 2000 С. Недостатъкът им е, че губят стабилността на характеристиките си, а крехкостта на материала се увеличава при високи температури.

Медните термистори се използват в температурния диапазон от 50 до 1800C, те са доста устойчиви на корозия, евтини.

Техните недостатъци: висока окисляемост при нагряване, в резултат на което се използват в относително тесен температурен диапазон в среда с ниска влажност и при липса на агресивни газове.

Полупроводниковите термистори се различават от металните с по-малки размери и инерция. Недостатъкът е нелинейната зависимост на съпротивлението от температурата.

Термисторите обикновено се използват за измерване на температурата. В този случай товарният ток, преминаващ през тях, трябва да бъде малък. Ако този ток е голям, тогава прегряването на термистора по отношение на околната среда може да стане значително. Зададената стойност на прегряване и съответно съпротивлението в този случай ще се определя от условията на топлопредаване от повърхността на термистора.

Фигура 3 - Обща форматермоелектрически преобразувател

Ако нагрят термистор се постави в среда с променливи термофизични характеристики, тогава става възможно да се измерват редица физически величини: скоростта на потока на течност и газове, плътността на газовете.

Чувствителността на термисторите с медна жица е постоянна, докато чувствителността на платинените се променя с температурата. При същите стойности на R 0, чувствителността на медните термистори е по-висока.

Диапазонът на измерените температури с помощта на термистори с платинени и медни чувствителни елементи е от - 200 до + 1100 0 С.

При измерване на високи температури се използват безконтактни измервателни уреди - пирометри, които измерват температурата чрез топлинно излъчване. Серийно се произвеждат пирометри, осигуряващи измерване на температурата в диапазона от 20 до 6000 0 С.

Безконтактният метод за измерване на температурата се основава на температурната зависимост на излъчването на черното тяло, т.е. тяло, способно напълно да абсорбира падащо върху него лъчение с всяка дължина на вълната.

Най-важните метрологични характеристики на преобразувателите са: номинална статична характеристика на преобразуване, чувствителност, основна грешка, допълнителни грешки или функции на влияние, изменение на изходния сигнал, изходен импеданс, динамични характеристики и др.

Най-важните неметрологични характеристики включват размери, тегло, лекота на монтаж и поддръжка, безопасност при експлозия, устойчивост на механични, термични, електрически и други претоварвания, надеждност, цена на производство и експлоатация и др.

В зависимост от вида на изходния сигнал, всички измервателни преобразуватели се разделят на параметриченИ генератор.Те също се класифицират според принципа на действие. По-долу са разгледани само предавателите, които са били използвани най-много.

13.1 Параметрични преобразуватели

Главна информация.При параметричните преобразуватели изходната стойност е параметърът на електрическата верига (R, L, M, C).При използване на параметрични преобразуватели е необходим допълнителен източник на захранване, чиято енергия се използва за формиране на изходния сигнал на преобразувателя.

Реостатни преобразуватели.Реостатните преобразуватели се основават на промяната на електрическото съпротивление на проводника под влияние на входната стойност - преместване. Реостатният преобразувател е реостат, чиято четка (подвижен контакт) се движи под въздействието на измерено неелектрическо количество. На фиг. 11-5 схематично показва някои конструкции на реостатни преобразуватели за ъглови (фиг. 11-5, а)и линейни (фиг. 11-5, b и c) движения. Преобразувателят се състои от намотка, приложена към рамката и четка. За производството на рамки се използват диелектрици и метали. Жицата за намотаване е изработена от сплави (сплав от платина с иридий, константан, нихром и фехрал). За навиване обикновено се използва изолиран проводник. След извършване на намотката, изолацията на проводника се почиства в местата на контакт с четката. Преобразувателната четка е направена или от жици, или от плоски пружиниращи ленти, като се използват както чисти метали (платина, сребро), така и сплави (платина с иридий, фосфорен бронз и др.).

Ориз. 11-5. Реостатни преобразуватели за ъглови (а), линейни б)премествания и за функционална трансформация на линейни премествания (c)

Размерите на преобразувателя се определят от стойността на измереното изместване, съпротивлението на намотката и мощността, отделена в намотката.

За да се получи нелинейна трансформационна функция, се използват функционални реостатни преобразуватели. Желаният характер на трансформацията често се постига чрез профилиране на рамката на преобразувателя (фиг. 11-5, V).

В разглежданите реостатни преобразуватели характеристиката на статичното преобразуване има стъпаловиден характер, тъй като съпротивлението се променя в скокове, равно на съпротивлението на един завой, което причинява грешка. Понякога се използват реохордни преобразуватели, при които четката се плъзга по оста на жицата. Тези преобразуватели нямат посочената грешка. Реостатните преобразуватели се включват в измервателните вериги под формата на балансирани и неравновесни мостове, делители на напрежение и др.

Чувствителни на напрежение преобразуватели (сензори).Работата на преобразувателите се основава на тензорния ефект, който се състои в промяна на активното съпротивление на проводника (полупроводника) под действието на причинените в него механични напрежения и деформации.

Ориз. 11-6. Тензометричен тел преобразувател

Ако жицата е подложена на механично напрежение, като например разтягане, тогава нейното съпротивление ще се промени. Промяната в съпротивлението на жицата при механично въздействие върху нея се обяснява с промяната в геометричните размери (дължина, диаметър) и съпротивлението на материала.

Чувствителните към напрежение преобразуватели, широко използвани понастоящем (фиг. 11-6), представляват тънък зигзаг, положен и залепен към лента от хартия (субстрат /) проводник 2 (телена решетка). Преобразувателят е свързан към веригата с помощта на заварени или запоени проводници 3. Преобразувателят се залепва към повърхността на изследваната част, така че посоката на очакваната деформация да съвпада с надлъжната ос на телената решетка.

За производството на преобразуватели се използва главно константанова тел с диаметър 0,02-0,05 mm. (S== 1,9 - 2,1). Constantan има нисък температурен коефициент на електрическо съпротивление, което е много важно, тъй като промяната в съпротивлението на преобразувателите по време на деформации, например на стоманени части, е пропорционална на промяната в съпротивлението на преобразувателя при промяна на температурата. Като субстрат се използва тънка (0,03-0,05 mm) хартия, както и слой от лак или лепило, а при високи температури - слой от цимент.

Използват се и фолийни преобразуватели, при които вместо тел се използват тензодатчици от фолио и филм, получени чрез сублимация на тензочувствителен материал с последващото му отлагане върху подложка.

Използват се лепила за залепване на проводника към субстрата и целия преобразувател към детайла (целулоиден разтвор в ацетон, BF-2, BF-4 лепило, бакелит и др.). За високи температури (над 200 °C) се използват топлоустойчиви цименти, силиконови лакове и лепила и др.

Конверторите се предлагат в различни размери в зависимост от предназначението. Най-често се използват преобразуватели с дължина на решетката (база) от 5 до 50 mm, имащи съпротивление 30-500 ома.

Промяната в температурата води до промяна в характеристиките на трансформация на тензодатчиците, което се обяснява с температурната зависимост на съпротивлението на преобразувателя и разликата в температурните коефициенти на линейно разширение на материала на тензодатчика и изследваната част . Ефектът от температурата обикновено се елиминира чрез прилагане на подходящи методи за температурна компенсация.

Залепен тензодатчик не може да бъде отстранен от една част и залепен върху друга. Следователно, за да се определят характеристиките на трансформацията (коефициент S), се прибягва до селективно калибриране на преобразувателите, което дава стойността на коефициента S с грешка от ±1%. Методите за определяне на характеристиките на тензодатчиците се регулират от стандарта. Предимствата на тези преобразуватели са линейността на статичната характеристика на преобразуване, малките размери и тегло и простотата на дизайна. Недостатъкът им е ниската им чувствителност.

Термично чувствителни преобразуватели (термистори). Принципът на действие на преобразувателите се основава на зависимостта на електрическото съпротивление на проводници или полупроводници от температурата.

По време на процеса на измерване се осъществява топлообмен между термистора и изследваната среда. Тъй като термисторът е включен в електрическата верига, с помощта на която се измерва съпротивлението му, през него протича ток, като в него се отделя топлина. Топлообменът на термистора със средата се дължи на топлопроводимостта на средата и конвекцията в нея, топлопроводимостта на самия термистор и фитингите, към които е прикрепен, и накрая поради радиацията. Интензитетът на топлообмен, а оттам и температурата на термистора, зависи от неговите геометрични размери и форма, от конструкцията на защитните фитинги, от състава, плътността, топлопроводимостта, вискозитета и други физични свойства на околната среда газ или течна среда. термистора, както и от температурата и скоростта на движение на средата.

Ориз. 11-7. Устройство(а) и външен видфитинги (b) платинен термистор

По този начин зависимостта на температурата, а оттам и съпротивлението на термистора от изброените по-горе фактори, може да се използва за измерване на различни неелектрически величини, характеризиращи газова или течна среда. При проектирането на преобразувателя целта е да се гарантира, че топлообменът на термистора със средата се определя главно от измереното неелектрическо количество.

Според режима на работа термисторите биват прегрявани и без умишлено прегряване. В преобразуватели без прегряване токът, преминаващ през термистора, практически не причинява прегряване, а температурата на последния се определя от температурата на средата; тези преобразуватели се използват за измерване на температура. При прегряващите преобразуватели електрическият ток причинява прегряване в зависимост от свойствата на средата. Преобразувателите на прегряване се използват за измерване на скорост, плътност, състав на средата и т.н. Тъй като термисторите на прегряване се влияят от температурата на средата, обикновено се използват методи на веригата за компенсиране на този ефект.

За измерване на температурата най-често срещаните термистори са изработени от платинена или медна тел.

Стандартните платинени термистори се използват за измерване на температура в диапазона от -260 до + 1100 ° C, медни - в диапазона от - 200 до + 200 ° C (GOST 6651-78). Нискотемпературните платинени термистори (GOST 12877-76) се използват за измерване на температури в диапазона от -261 до -183 °C.

На фиг. 11-7, АПоказано е устройството на платинен термистор. В каналите на керамичната тръба 2 има две (или четири) секции на спиралата 3 изработени от платинена тел, свързана последователно. Запоете проводниците към краищата на спиралата 4, използва се за включване на термистор в измервателната верига. Закрепването на изводите и уплътнението на керамичната тръба е с глазура /. Каналите на тръбата са покрити с безводен прах от алуминиев оксид, който играе ролята на изолатор и фиксатор на спиралата. Безводният алуминиев прах с висока топлопроводимост и нисък топлинен капацитет осигурява добър топлопренос и ниска инерция на термистора. За да се предпази термисторът от механични и химични влияния на външната среда, той се поставя в защитни фитинги (фиг. 11-7, b), изработени от неръждаема стомана.

Първоначалните съпротивления (при 0 ° C) на платинените стандартни термистори са 1, 5, 10, 46, 50, 100 и 500 ома, медните - 10, 50, 53 и 100 ома.

Допустимата стойност на тока, протичащ през термистора, когато е включен в измервателната верига, трябва да бъде такава, че промяната в съпротивлението на термистора по време на нагряване да не надвишава 0,1% от първоначалното съпротивление.

Статичните характеристики на преобразуване под формата на таблици (калибриране) и допустимите отклонения на тези характеристики за стандартни термистори са дадени в GOST 6651-78.

В допълнение към платината и медта, понякога никелът се използва за направата на термистори.

За измерване на температурата се използват и полупроводникови термистори (термистори) от различни видове, които се характеризират с по-голяма чувствителност (TCS термистор-

съпротивлението е отрицателно и при 20 °C е 10-15 пъти по-високо от TCR на мед и платина) и имат по-високи съпротивления (до 1 MΩ) при много малки размери. Недостатъкът на термисторите е лошата възпроизводимост и нелинейността на характеристиката на преобразуване:

Където rtИ Ро- устойчивост на термистор при температури TИ Че; Че- начална температура на работния диапазон; IN- коеф.

Термисторите се използват в температурен диапазон от -60 до + 120°C.

За измерване на температури от -80 до -f-150 ° C се използват термични диоди и термотранзистори, в които съпротивлението се променя под въздействието на температурата Р- i-възел и спад на напрежението в този кръстовище. Чувствителността на напрежението на термотранзистора е 1,5-2,0 mV/K, което значително надвишава чувствителността на стандартните термодвойки (виж Таблица 11-1). Тези преобразуватели обикновено се включват в мостови вериги и вериги под формата на делители на напрежение.

Топлинната инерция на стандартните термистори съгласно GOST 6651-78 се характеризира с индикатор за топлинна инерция v^, определен като времето, необходимо за температурната разлика между средата и всяка точка на преобразувателя, въведена в нея, да стане равна на 0,37 от тази стойност, когато преобразувателят е въведен в среда с постоянна температура , която тя е имала в момента на началото на редовен термичен режим. Индексът на термична инерция се определя от тази част от кривата на преходния топлинен процес на преобразувателя, която съответства на редовния режим, т.е. има експоненциален характер (в полулогаритмичен мащаб - права линия). Стойността на e^ за различни видове стандартни преобразуватели варира от няколко десетки секунди до няколко минути.

Когато са необходими бързосъпротивителни термистори, за производството им се използва много тънък проводник (микрожица) или се използват термистори с малък обем (перли) или термотранзистори.

Ориз. 11-8. Преобразувател на газ анализатор, базиран на принципа на измерване на топлопроводимост

рупии 11-9. Зависимост на топлопроводимостта на газа от налягането

Термисторите се използват в уреди за анализ на газови смеси. Много газови смеси се различават една от друга и от въздуха по топлопроводимост.

В устройствата за газов анализ - газовите анализатори - за измерване на топлопроводимостта се използва прегряващ платинен термистор (фиг. 11-8), поставен в камера 2 с анализирания газ. Конструкцията на термистора, фитингите и камерата, както и стойността на отоплителния ток са избрани така, че топлообменът със средата да се извършва главно поради топлопроводимостта на газообразната среда.

За да се елиминира влиянието на външната температура, в допълнение към работната температура се използва компенсационна камера с термистор, напълнен с газ с постоянен състав. И двете камери са изработени под формата на единичен блок, което осигурява еднакви температурни условия на камерите. При измерване работният и компенсационният термистори се включват в съседните рамена на моста, което води до компенсиране на влиянието на температурата.

Термисторите се използват в устройства за измерване на степента на разреждане. На фиг. 11-9 е показана зависимостта на топлопроводимостта на газа, разположен между телата АИ Б,от неговия натиск.

По този начин топлопроводимостта на газа става зависима от броя на молекулите в единица обем, т.е. от налягането (степента на разреждане). Зависимостта на топлопроводимостта на газа от налягането се използва във вакуумметри - устройства за измерване на степента на разреждане.

За измерване на топлопроводимост във вакуумметрите се използват метални (платинени) и полупроводникови термистори, поставени в стъклен или метален съд, който е свързан с контролирана среда.

Термисторите се използват в устройства за измерване на скоростта на газовия поток - анемометри с гореща жица. Стационарната температура на прегряващ термистор, поставен на пътя на газовия поток, зависи от скоростта на потока. В този случай конвекцията (принудителна) ще бъде основният начин за топлообмен между термистора и средата. Промяната в съпротивлението на термистора поради отнемането на топлина от повърхността му от движеща се среда е функционално свързана със скоростта на средата.

Дизайнът и типът на термистора, фитингите и токът на нагревателния термистор са избрани така, че всички пътища за пренос на топлина да бъдат намалени или изключени, с изключение на конвективните.

Предимствата на анемометрите с горещ проводник са висока чувствителност и скорост. Тези устройства дават възможност за измерване на скорости от 1 до 100-200 m/s с помощта на измервателна верига, с помощта на която температурата на термистора автоматично се поддържа почти непроменена.

електролитни конвертори. Електролитните преобразуватели се основават на зависимостта на електрическото съпротивление на електролитен разтвор от неговата концентрация. Те се използват главно за измерване на концентрацията на разтвори.

На фиг. 11-10, например, са показани графики на зависимостите на електропроводимостта на някои електролитни разтвори от концентрацията сразтворено вещество. От тази фигура следва, че в определен концентрационен диапазон зависимостта на електропроводимостта от концентрацията е недвусмислена и може да се използва за определяне с.

Ориз. 11-10. Зависимост на електропроводимостта на електролитните разтвори от концентрацията на разтвореното вещество

Ориз. 11-11. Лабораторен електролитен конвертор

Преобразувателят, използван в лабораторията за измерване на концентрацията, е съд с два електрода (електролитна клетка) (фиг. 11-11). За промишлени непрекъснати измервания преобразувателите са проточни и често се използват конструкции, при които стените на съда (метал) играят ролята на втори електрод.

Електрическата проводимост на разтворите зависи от температурата. По този начин, когато се използват електролитни преобразуватели, е необходимо да се елиминира влиянието на температурата. Този проблем се решава чрез стабилизиране на температурата на разтвора с помощта на хладилник (нагревател) или чрез използване на вериги за температурна компенсация с медни термистори, тъй като температурните коефициенти на проводимост на медни и електролитни разтвори имат противоположни знаци.

При преминаване постоянен токчрез преобразувателя се извършва електролиза на разтвора, което води до изкривяване на резултатите от измерването. Следователно измерванията на съпротивлението на разтвора обикновено се извършват при променлив ток (700-1000 Hz), най-често с използване на мостови вериги.

Индуктивни преобразуватели. Принципът на действие на преобразувателите се основава на зависимостта на индуктивността или взаимната индуктивност на намотките на магнитната верига от положението, геометричните размери и магнитното състояние на елементите на тяхната магнитна верига.

Ориз. 11-12. Магнитна верига с междини и две намотки

Индуктивността и взаимната индуктивност могат да се променят чрез въздействие върху дължината b, напречното сечение на въздушната част на магнитната верига s, върху загубите на мощност в магнитната верига и по други начини. Това може да се постигне например чрез преместване на подвижната сърцевина (котва) / (фиг. 11-12) спрямо неподвижната 2, въвеждането на немагнитна метална плоча 3 във въздушната междина и др.

На фиг. 11-13 показват схематично Различни видовеиндуктивни преобразуватели. Индуктивен преобразувател (фиг. 11-13, а) с променлива дължина на въздушната междина b се характеризира с нелинейна зависимост L=f(б). Такъв преобразувател обикновено се използва, когато арматурата се движи с 0,01-5 mm. Значително по-ниска чувствителност, но линейна зависимост L=f(s) преобразувателите с променлива въздушна междина се различават (фиг. 11-13, б).Тези конвертори се използват за движения до 10-15 mm.

Ориз. 11-13. Индуктивни преобразуватели с променлива дължина на междината (a), с променливо сечение на междината (б),диференциал (V),диференциален трансформатор (d), диференциален трансформатор с отворена магнитна верига д)магнитоеластичен д)

Арматура в индуктивен преобразувател изпитва (нежелана) сила на привличане от електромагнит

Където Wm- енергия магнитно поле; Л- индуктивност на преобразувателя; / - ток, преминаващ през намотката на преобразувателя.

Широко разпространени индуктивни диференциални преобразуватели (фиг. 11-13, V),в който под въздействието на измерената стойност две междини на електромагнитите се променят едновременно и освен това с различни знаци. Диференциалните преобразуватели в комбинация с подходяща измервателна верига (обикновено мост) имат по-висока чувствителност, по-малка нелинейност на характеристиката на преобразуване, по-малко се влияят от външни фактори и намалена резултатна сила върху арматурата от електромагнита, отколкото недиференциалните преобразуватели .

На фиг. 11-13, Жпоказва превключващата верига на диференциален индуктивен преобразувател, чиито изходни стойности са взаимни индуктивности. Такива преобразуватели се наричат взаимно индуктивни или трансформаторни. Когато първичната намотка се захранва от променлив ток и със симетрично положение на арматурата спрямо електромагнитите, ЕМП на изходните клеми е нула. При преместване на арматурата на изходните клеми се появява емф.

За преобразуване на относително големи премествания (до 50-100 mm) се използват трансформаторни преобразуватели с отворена магнитна верига (фиг. 11-13, О).

Приложете трансформаторни преобразуватели на ъгъла на въртене, състоящи се от неподвижен статор и подвижен ротор с намотки. Намотката на статора се захранва с променлив ток. Въртенето на ротора предизвиква промяна в стойността и фазата на ЕМП, индуцирана в неговата намотка. Такива преобразуватели се използват за измерване на големи ъглови премествания.

Индуктозините се използват за измерване на малки ъглови премествания (фиг. 11-14). Ротор/ и статор 2 inductosyn се доставя с отпечатани намотки 3, с формата на радиален растер. Принципът на действие на индуктозин е подобен на описания по-горе. Чрез нанасяне на намотките по печатен начин е възможно да се получи голям брой стъпки на полюсната намотка, което осигурява висока чувствителност на преобразувателя към промяна на ъгъла на въртене.

Ориз. 11-14. Устройство (а) и тип печатна намотка б)индуктозин

Ако феромагнитната сърцевина на преобразувателя е подложена на механично напрежение Е,след това поради промяна в магнитната пропускливост на материала на сърцевината, магнитното съпротивление на веригата ще се промени, което ще доведе до промяна в индуктивността Ли взаимна индуктивност Мнамотки. Магнитоеластични преобразуватели се основават на този принцип (фиг. 11-13, д).

Конструкцията на преобразувателя се определя от обхвата на измереното изместване. Размерите на преобразувателя се избират въз основа на необходимата мощност на изходния сигнал.

За измерване на изходния параметър на индуктивни преобразуватели най-широко се използват мостови (равновесни и неравновесни) вериги, както и компенсационна (в автоматични устройства) схема за диференциални трансформаторни преобразуватели.

Индуктивните преобразуватели се използват за преобразуване на изместване и други неелектрически величини, които могат да бъдат преобразувани в изместване (сила, налягане, момент и т.н.).

Техният недостатък е обратният ефект на преобразувателя върху обекта на изследване (ефектът на електромагнита върху арматурата) и ефектът на инерцията на котвата върху честотните характеристики на устройството.

Ориз. 11-15. Капацитивни преобразуватели с променливо разстояние между плочите (a), диференциал (b), диференциал с променлива активна площ на плочите (c) и с променяща се диелектрична проницаемост на средата между плочите (d)

Капацитивни преобразуватели.Капацитивните преобразуватели се основават на зависимостта на електрическия капацитет на кондензатора от размерите, взаимното разположение на неговите плочи и от диелектричната проницаемост на средата между тях.

На фиг. 11-15 схематично показва разположението на различни капацитивни преобразуватели. Конверторът на фиг. 11-15, Ае кондензатор, едната пластина на който се движи под действието на измерваната стойност хспрямо неподвижната плоча. Статичната характеристика на трансформацията C(b) е нелинейна. Чувствителността на преобразувателя се увеличава с намаляване на разстоянието 6. Такива преобразуватели се използват за измерване на малки премествания (по-малко от 1 mm).

В капацитивните преобразуватели има (нежелана) сила на привличане между плочите

Където W 3- енергия на електрическото поле; Uи C са съответно напрежението и капацитета между плочите.

Използват се и диференциални преобразуватели (фиг. 11-15, б), които имат една подвижна и две неподвижни плочи. При излагане на измерената стойност хтези преобразуватели едновременно променят капацитета. На фиг. 11-15, Vпоказва диференциален капацитивен преобразувател с променлива активна площ на плочите. Такъв преобразувател се използва за измерване на относително големи линейни (повече от 1 mm) и ъглови премествания. В тези преобразуватели е лесно да се получи необходимата характеристика на преобразуване чрез профилиране на плочите.

Преобразувателите (e) се използват за измерване на нивото на течностите, влажността на веществата, дебелината на диелектричните продукти и др. Например (фиг. 11-15, G)дадено е устройството на капацитивния нивомерен преобразувател. Капацитетът между електродите, спуснати в съда, зависи от нивото на течността, тъй като промяната в нивото води до промяна в средната диелектрична проницаемост на средата между електродите. Чрез промяна на конфигурацията на плочите можете да получите желания характер на зависимостта на показанията на инструмента от обема (масата) на течността.

За измерване на изходния параметър на капацитивните преобразуватели се използват мостови вериги и вериги, използващи резонансни вериги. Последните дават възможност за създаване на устройства с висока чувствителност, способни да реагират на премествания от порядъка на 10~7 mm. Веригите с капацитивни преобразуватели обикновено се захранват с ток с висока честота (до десетки мегахерца), което се дължи на желанието да се увеличи сигналът, постъпващ в измервателното устройство, и необходимостта да се намали шунтиращият ефект на изолационното съпротивление.

йонизационни преобразуватели.Конверторите се основават на явлението йонизация на газ или луминесценция на определени вещества под действието на йонизиращо лъчение.

Ако камера, съдържаща газ, се облъчи, например, с p-лъчи, тогава между електродите, включени в електрическата верига, ще тече ток (фиг. 11-16). Този ток зависи от напрежението, приложено към електродите, от плътността и състава на газовата среда, размера на камерата и електродите, свойствата и интензитета на йонизиращото лъчение и т.н. Тези зависимости се използват за измерване на различни неелектрични величини : плътността и състава на газовата среда, геометричните размери на частите и др.

Ориз. 11-16. Схема на йонизационния преобразувател

Ориз. 11-17. Волт-амперна характеристика на йонизационния преобразувател

Като йонизиращи агенти се използват a-, p- и y-лъчи на радиоактивни вещества, много по-рядко - рентгенови лъчи и неутронно лъчение.

За измерване на степента на йонизация се използват преобразуватели - йонизационни камери и йонизационни броячи, чието действие съответства на различни области волт-амперна характеристикагазова междина между два електрода. На фиг. 11-17 показва зависимостта на тока в камерата (фиг. 11-16) с постоянен газов състав от приложеното напрежение Uи интензитет на радиация. Местоположение на Ахарактеристики, токът нараства правопропорционално на напрежението, след което нарастването му се забавя и в областта бдостига насищане. Това показва, че всички йони, генерирани в камерата, достигат до електродите. Местоположение на INйонизационният ток започва да расте отново, което се причинява от вторична йонизация, когато първичните електрони и йони се сблъскат с неутрални молекули. При по-нататъшно увеличаване на напрежението (раздел G)йонизационен ток престава да зависи от първоначалната йонизация и идва

непрекъснато разреждане (раздел Д)който вече не зависи от излагането на радиоактивно лъчение.

Парцели А и Бтоково-напреженови характеристики описват действието на йонизационните камери и секции INИ G -йонизационни броячи. В допълнение към йонизационните камери и броячи като йонизационни преобразуватели се използват сцинтилационни (луминесцентни) броячи. Принципът на действие на тези броячи се основава на появата в определени вещества - луминофори (сребърно активиран цинков сулфид, кадмиев сулфид и др.) - под въздействието на радиоактивно излъчване на светлинни проблясъци (сцинтилации), които се записват в броячите чрез фотоумножители. Яркостта на тези светкавици, а оттам и токът на фотоумножителя, се определят от радиоактивното излъчване.

Изборът на типа йонизационен преобразувател зависи до голяма степен от йонизиращото лъчение.

Алфа лъчите (ядрата на хелиевия атом) имат висока йонизираща сила, но имат ниска проникваща способност. В твърдите тела a-лъчите се абсорбират в много тънки слоеве (няколко до десетки микрометра). Следователно, когато се използват a-лъчи, a-емитерът се поставя вътре в преобразувателя.

Бета лъчите са поток от електрони (позитрони); те имат много по-ниска йонизираща сила от a-лъчите, но имат по-висока проникваща способност. Дължината на пътя в твърди тела достига няколко милиметра. Следователно емитерът може да бъде разположен както вътре, така и извън преобразувателя.

Промяната в разстоянието между електродите, площта на припокриване на електродите или позицията на източника на радиоактивно лъчение спрямо йонизационните камери или броячи влияе върху стойността на йонизационния ток. Следователно тези зависимости се използват за измерване на различни механични и геометрични величини.

На фиг. 11-18 като пример е показан йонизационен мембранен манометър, където / е емитер; 2 - мембрана; 3 - неподвижен електрод, изолиран от мембраната. Между електродите 2 а 3прилага се потенциална разлика, достатъчна за постигане на ток на насищане. При промяна на налягането Рмембраната се огъва, променяйки разстоянието между електродите и стойността на йонизационния ток.

Ориз. 11-18. Йонизационен диафрагмен манометър

Ориз. 11-19. Газоразряден брояч

Гама лъчи - електромагнитни трептениямного малка дължина на вълната (10 ~ 8 -10 ~ "cm), възникваща от радиоактивни трансформации. Гама лъчите имат висока проникваща способност.

Конструкциите на йонизационните камери и броячи са разнообразни и зависят от вида на лъчението.

За регистриране на отделни частици, както и за измерване на малки у-лъчения, широко се използват така наречените газоразрядни броячи, чието действие е описано в раздели INи G токово-напреженови характеристики. Устройството на газоразрядния брояч е показано на фиг. 11-19. Броячът се състои от метален цилиндър /, вътре в който е опъната тънка волфрамова тел 2. И двата електрода се поставят в стъклен цилиндър. 3 секинертен газ. Когато газът се йонизира, в брояча се появяват токови импулси, чийто брой се отчита.

Като източници на a-, p- и y-лъчение обикновено се използват радиоактивни изотопи. Източниците на радиация, използвани в измервателната техника, трябва да имат значителен период на полуразпад и достатъчна радиационна енергия (кобалт-60, стронций-90, плутоний-239 и др.).

13.2 Генераторни преобразуватели

Главна информация.В генераторните преобразуватели изходното количество е ЕМП или заряд, функционално свързан с измереното неелектрическо количество.

Термоелектрически преобразуватели.Тези преобразуватели се основават на термоелектричния ефект, който възниква във веригата на термодвойка.

С температурна разлика от точки / и 2, свързването на два различни проводника А и Б(Фиг. 11-20, а), образувайки термодвойка, термо-ЕМП възниква във веригата на термодвойката.

За измерване на термо-ЕМП, електрически измервателен уред (миливолтметър, компенсатор) е включен във веригата на термодвойката (фиг. 11-20, б).Точката на свързване на проводниците (електродите) се нарича работен край на термодвойката, точките 2 И 2" - свободни краища.

За да може термо-ЕМП във веригата на термодвойката да се определя недвусмислено от температурата на работния край, е необходимо температурата на свободните краища на термодвойката да се поддържа същата и непроменена.

Ориз. 11-20. Термодвойка (а) и методът за включване на устройството във веригата на термодвойката б)

Калибрирането на термоелектрическите термометри - устройства, които използват термодвойки за измерване на температурата, обикновено се извършва при температура на свободните краища от 0 ° C. Таблиците за калибриране на стандартните термодвойки също се съставят при условие, че температурата на свободните краища е равна на 0 °C. При практическо приложениетермоелектрически термометри, температурата на свободните краища на термодвойката обикновено не е равна на 0 ° C и следователно трябва да се въведе корекция.

За производството на термодвойки, използвани в момента за измерване на температурата, се използват главно специални сплави.

За измерване на високи температури се използват термодвойки от типа TPP, TPR и TVR. При измервания с повишена точност се използват термодвойки от благородни метали (TPP и TPR). В други случаи се използват термодвойки от неблагородни метали (TXA, TXK).

За да се предпазят от външни влияния (налягане, агресивни газове и др.), Електродите на термодвойките се поставят в защитни фитинги, структурно подобни на термисторните фитинги (фиг. 11-7, б).

За удобство на стабилизиране на температурата на свободните краища, понякога термодвойката се удължава с помощта на така наречените удължителни проводници, направени или от съответните термоелектродни материали, или от специално подбрани материали, които са по-евтини от електродните и отговарят на условието за термоелектрическа идентичност с основната термодвойка в диапазона на възможните температури на свободните краища (обикновено от 0 до 100 °C). С други думи, удължителните проводници трябва да имат същата температурна зависимост на термо-ЕМП в определения температурен диапазон като тази на основната термодвойка.

Инерцията на термодвойките се характеризира с индикатор за топлинна инерция. Известни са конструкции на термодвойки с бърза реакция, при които индексът на термична инерция е 5-20 s. Термодвойките в конвенционалните фитинги имат термична инерция от няколко минути.

Индукционните преобразуватели се използват за измерване на скоростта на линейни и ъглови премествания. Изходният сигнал на тези преобразуватели може да бъде интегриран или диференциран във времето с помощта на електрически интегриращи или диференциращи устройства. След тези трансформации параметърът на информационния сигнал става пропорционален съответно на изместването или ускорението. Следователно индукционните преобразуватели се използват и за измерване на линейни и ъглови премествания и ускорения.

Индукционните преобразуватели се използват най-широко в уреди за измерване на ъглова скорост (тахометри) и в уреди за измерване на параметри на вибрации.

Индукционните преобразуватели за тахометри са малки (1-100 W) генератори на постоянно или променлив токобикновено се възбужда независимо от постоянен магнит, чийто ротор е механично свързан с изпитвания вал. Когато се използва генератор на постоянен ток, ъгловата скорост се определя от ЕМП на генератора, а в случай на генератор на променлив ток ъгловата скорост може да се определи от стойността на ЕМП или неговата честота.

На фиг. 11-21 показва индуктивен преобразувател за измерване на амплитуда, скорост и ускорение на възвратно-постъпателно движение. Преобразувателят е цилиндрична намотка /, движеща се в пръстеновидната междина на магнитната верига 2. Цилиндричен постоянен магнит 3 създава постоянно радиално магнитно поле в пръстеновидната междина. Намотката, когато се движи, пресича силовите линии на магнитното поле и в нея се появява емф, пропорционална на скоростта на движение.

Ориз. 11-21. Индукционен преобразувател

Грешките на индукционните преобразуватели се определят главно от промяната на магнитното поле във времето и с температурни промени, както и температурни промени в съпротивлението на намотката.

Основните предимства на индукционните преобразуватели са относителната простота на дизайна, надеждността и високата чувствителност. Недостатък е ограниченият честотен диапазон на измерваните стойности.

Пиезоелектрични преобразуватели.Такива преобразуватели се основават на използването на директен пиезоелектричен ефект, който се състои във външния вид електрически зарядивърху повърхността на някои кристали (кварц, турмалин, рошелска сол и др.) под въздействието на механични напрежения.

От кварцов кристал се изрязва плоча, чиито краища трябва да са перпендикулярни на оптичната ос Оз,механична ос OUи електрическа ос окристал (фиг. 11-22, а и б).

Fxпо електрическата ос на лицата хсе появяват такси Q x = kF x,Където к- пиезоелектричен коефициент (модул).

При излагане на сила плоча Fyпо протежение на механичната ос на същите лица хвъзникват такси Q y = kF y a/b,Където АИ b- размери на лицата на плочата.

Механичното въздействие върху плочата по оптичната ос не предизвиква появата на заряди.

Устройството на пиезоелектричен преобразувател за измерване на променливо налягане на газа е показано на фиг. 11-23. налягане Рпрез метална мембрана / се предава на сандвич между метални уплътнения 2 кварцови плочи 3.

Ориз. 11-22. Кварцов кристал (а) и плоча (б),издълбани от него

Топка 4 допринася за равномерно разпределение на налягането върху повърхността на кварцовите плочи. Средният разделител е свързан към щифт 5, минаващ през втулка от добър изолационен материал. Когато е подложен на натиск Рвъзниква потенциална разлика между пин 5 и корпуса на преобразувателя .

В пиезоелектричните преобразуватели се използва главно кварц, в който пиезоелектричните свойства се комбинират с висока механична якост и високи изолационни качества, както и с независимостта на пиезоелектричната характеристика от температурата в широк диапазон. Използват се и поляризирана керамика от бариев титанат, титанат и оловен цирконат.

Ориз. 11-23. Пиезоелектричен преобразувател на налягане

Размерите на плочите и техният брой се избират въз основа на конструктивни съображения и необходимата стойност на заряда.

Зарядът, който възниква в пиезоелектричния преобразувател, "тече" по протежение на изолацията и входната верига на измервателния уред. Следователно устройствата, които измерват потенциалната разлика на пиезоелектрични преобразуватели, трябва да имат високо входно съпротивление (10 12 -10 15 Ohm), което на практика се осигурява от използването на електронни усилватели с високо входно съпротивление.

Поради "източването" на заряда, тези преобразуватели се използват за измерване само на бързо променящи се величини (променливи сили, налягания, параметри на вибрации, ускорения и др.).

Използват се пиезоелектрични преобразуватели - пиезорезонатори, които използват както директни, така и обратни пиезоелектрични ефекти. Последното е, че ако се приложи променливо напрежение към електродите на преобразувателя, тогава в пиезочувствителната плоча ще възникнат механични трептения, чиято честота (резонансна честота) зависи от дебелината чплоча, модул на еластичност ди плътност p на неговия материал. При включване на такъв преобразувател в резонансната верига на генератора честотата на генерираните електрически трептения се определя от честотата f p . При промяна на стойностите тойили p под въздействието на механични или термични въздействия, честотата /p ще се промени и съответно честотата на генерираните трептения ще се промени. Този принцип се използва за преобразуване на налягане, сила, температура и други величини в честота.

Галванични преобразуватели. Преобразувателите се основават на зависимостта на електродвижещата сила на галваничната верига от химическата активност на електролитните йони, т.е. от концентрацията на йони и редокс процесите в електролита. Тези преобразуватели се използват за определяне на реакцията на разтвор (киселинна, неутрална, алкална), която зависи от активността на водородните йони на разтвора.

Дестилираната вода има слаба, но добре изразена електропроводимост, което се обяснява с йонизацията на водата.Химичната активност а е равна на произведението на еквивалентната концентрация и коефициента на активност (клонящ към единица при безкрайно разреждане на разтвора).

Ако във вода се разтвори киселина, която образува H + йони по време на дисоциация, тогава концентрацията на H + йони в разтвора ще стане по-голяма, отколкото в чиста вода, а концентрацията на OH ~ йони ще бъде по-ниска поради рекомбинацията на част на Н + йони с ОН йони.

По този начин химическата активност на водородните йони на разтвора е характеристика на реакцията на разтвора. Реакцията на разтвора се характеризира числено с отрицателния логаритъм на активността на водородните йони - стойността на pH.За дестилирана вода стойността на pH е 7 pH единици.

Диапазонът на промените в pH на водните разтвори при t = 22 °Се 0-14 pH единици.

За измерване на pH се използва метод, базиран на измерване на електродния (граничен) потенциал.

Ако метален електрод се потопи в разтвор, съдържащ неговите йони със същото име, тогава електродът придобива потенциал. Водородният електрод се държи по подобен начин.

За да се получи електродният потенциал между водорода и разтвора, е необходимо да има така наречения водороден електрод. Водороден електрод може да бъде създаден, като се възползва от свойството на адсорбция на водорода върху повърхността на платина, иридий и паладий. Обикновено водородният електрод е платинен електрод с покритие от черно платина, към който непрекъснато се подава водороден газ. Потенциалът на такъв електрод зависи от концентрацията на водородни йони в разтвора.

На практика е невъзможно да се измери абсолютната стойност на граничния потенциал. Следователно галваничният преобразувател винаги се състои от две електрически свързани помежду си полуклетки: работна (измервателна) полуклетка, която е тестов разтвор с електрод, и сравнителна (спомагателна) полуклетка с постоянен граничен потенциал , състоящ се от електрод и разтвор с постоянна концентрация. Като еталонна половин клетка се използва водороден електрод с нормална постоянна концентрация на водородни йони. За промишлени измервания се използва по-удобен референтен каломелов електрод.

Ориз. 11-24. Галваничен преобразувател

На фиг. 11-24 показва преобразувател за измерване на концентрацията на водородни йони. Каломелов електрод служи като сравнителен полуелемент. Това е стъклен съд 4, на дъното на който е поставено малко количество живак, а отгоре е паста от каломел (Hg2Cb). Върху пастата се излива разтвор на калиев хлорид (КС1). Потенциалът възниква на границата каломел-живак. За контакт с живак в дъното на съда е запоен платинен електрод 5. Потенциалът на каломелния електрод зависи от концентрацията на живак в каломела, а концентрацията на живачни йони от своя страна зависи от концентрацията на хлорид йони в разтвор на калиев хлорид.

Водороден електрод се потапя в тестовия разтвор. И двете полуклетки са свързани с електролитен ключ, който е тръба 2, обикновено се пълни с наситен разтвор на KC1 и се затваря с полупропускливи тапи 3. ЕМП на такъв преобразувател е функция на pH.

В устройствата от промишлен тип вместо работещи водородни електроди се използват по-удобни електроди от антимон или хинхидрон. Широко приложение намират и така наречените стъклени електроди.

За измерване на ЕМП на галванични преобразуватели се използват главно компенсационни устройства. За стъклените електроди измервателната верига трябва да има високо входно съпротивление, тъй като вътрешното съпротивление на стъклените електроди достига 100-200 MΩ. При измерване на pH с галванични преобразуватели трябва да се направят корекции за температурни ефекти.