Οι μορφοτροπείς μέτρησης μη ηλεκτρικών μεγεθών χωρίζονται σε παραμετρικούς και γεννήτριες. Στους παραμετρικούς μετατροπείς, η τιμή εξόδου είναι η αύξηση της παραμέτρου του ηλεκτρικού κυκλώματος ( R, L, M, S), επομένως απαιτείται πρόσθετη παροχή ρεύματος κατά τη χρήση τους.

Στους μετατροπείς γεννήτριας, η ποσότητα εξόδου είναι το EMF, το ρεύμα ή το φορτίο του οποίου σχετίζεται λειτουργικά με το μετρούμενο μη ηλεκτρικό μέγεθος.

Όταν δημιουργούν μορφοτροπείς μέτρησης μη ηλεκτρικών μεγεθών, προσπαθούν να αποκτήσουν μια γραμμική συνάρτηση μετατροπής. Η διαφορά μεταξύ του πραγματικού χαρακτηριστικού βαθμονόμησης και της ονομαστικής γραμμικής συνάρτησης μετατροπής προκαλεί το σφάλμα μη γραμμικότητας, το οποίο είναι ένα από τα κύρια συστατικά του προκύπτοντος σφάλματος στη μέτρηση μη ηλεκτρικών μεγεθών. Ένας από τους τρόπους μείωσης του σφάλματος μη γραμμικότητας είναι να επιλέξετε τέτοιες τιμές όπως οι τιμές εισόδου και εξόδου του μετατροπέα, η σχέση των οποίων είναι πιο κοντά σε μια γραμμική συνάρτηση. Έτσι, για παράδειγμα, κατά τη μέτρηση γραμμικών μετατοπίσεων χρησιμοποιώντας έναν χωρητικό μετατροπέα, μπορεί να αλλάξει είτε το κενό μεταξύ των πλακών είτε η περιοχή της επικάλυψης τους. Σε αυτή την περίπτωση, οι συναρτήσεις μετασχηματισμού αποδεικνύονται διαφορετικές. Όταν το διάκενο αλλάζει, η εξάρτηση της χωρητικότητας από τη μετατόπιση της κινητής πλάκας είναι ουσιαστικά μη γραμμική· περιγράφεται από μια υπερβολική συνάρτηση. Ωστόσο, εάν ως τιμή εξόδου του μετατροπέα χρησιμοποιήσουμε όχι τη χωρητικότητά του, αλλά την αντίσταση σε μια συγκεκριμένη συχνότητα, τότε η μετρούμενη μετατόπιση και η καθορισμένη χωρητικότητα αποδεικνύονται ότι σχετίζονται γραμμική εξάρτηση.

Ένας άλλος αποτελεσματικός τρόπος μείωσης του σφάλματος μη γραμμικότητας των παραμετρικών μετατροπέων είναι η διαφορική κατασκευή τους. Οποιοσδήποτε διαφορικός μορφοτροπέας μέτρησης είναι στην πραγματικότητα δύο παρόμοιοι μορφοτροπείς μέτρησης, οι τιμές εξόδου των οποίων αφαιρούνται και η τιμή εισόδου ενεργεί σε αυτούς τους μορφοτροπείς με τον αντίθετο τρόπο.

Δομικό σχήμαόργανο με διαφορικό μορφοτροπέα μέτρησης φαίνεται στο σχήμα 16.1.

Μετρημένη τιμή Χδρα σε δύο παρόμοιους μορφοτροπείς μέτρησης IP1Και IP2, και τις αντίστοιχες προσαυξήσεις των τιμών των ποσοτήτων παραγωγής 1Και στις 2έχουν αντίθετα σημάδια. Επιπλέον, υπάρχει κάποια σταθερή αρχική τιμή x0ποσότητες

στις εισόδους αυτών των μετατροπέων, κάτι που συνήθως καθορίζεται από τις παραμέτρους σχεδιασμού των μετατροπέων. Ποσότητες παραγωγής 1Και στις 2αφαιρούνται και η διαφορά τους 3μετράται με ηλεκτρική συσκευή μέτρησης EIU (αναλογική ή ψηφιακή).

Ας υποθέσουμε ότι οι μετατροπείς IP1Και IP2είναι πανομοιότυπες και οι συναρτήσεις μετασχηματισμού τους περιγράφονται με μεγάλη ακρίβεια από ένα αλγεβρικό πολυώνυμο δεύτερης τάξης. Σε αυτή την περίπτωση, οι τιμές 1Και στις 2στις εξόδους των μετατροπέων μπορεί να γραφτεί ως (16.1) /14/

Μετά την αφαίρεση παίρνουμε (16.2) /14/

Εικόνα 16.1 - Δομικό διάγραμμα του διαφορικού

παιδαγωγός

Αυτό δείχνει ότι η συνάρτηση μετασχηματισμού που προκύπτει y 3 \u003d f (x)αποδείχθηκε γραμμικό. Επειδή 3δεν εξαρτάται από ένα 0, τότε αντισταθμίζονται τα συστηματικά προσθετικά σφάλματα των μορφοτροπέων μέτρησης. Επιπλέον, σε σύγκριση με έναν μόνο μορφοτροπέα, η ευαισθησία σχεδόν διπλασιάζεται. Όλα αυτά καθορίζουν την ευρεία χρήση των μετατροπέων διαφορικής μέτρησης στην πράξη.

Ας εξετάσουμε εν συντομία τους κύριους τύπους χρησιμοποιούμενων παραμετρικών μετατροπέων μη ηλεκτρικών μεγεθών.

Στους παραμετρικούς μετατροπείς, η τιμή εξόδου είναι η παράμετρος του ηλεκτρικού κυκλώματος (R, L, M, C). Όταν χρησιμοποιείτε παραμετρικούς μετατροπείς, απαιτείται μια πρόσθετη πηγή ισχύος, η ενέργεια της οποίας χρησιμοποιείται για να σχηματίσει το σήμα εξόδου του μορφοτροπέα.

Μετατροπείς ρεοστάτη. Οι ρεοστατικοί μετατροπείς βασίζονται στην αλλαγή ηλεκτρική αντίστασηαγωγός υπό την επίδραση της τιμής εισόδου - μετατόπισης. Ένας μορφοτροπέας ρεοστάτη είναι ένας ρεοστάτης του οποίου η βούρτσα (κινούμενη επαφή) κινείται υπό την επίδραση μιας μετρούμενης μη ηλεκτρικής ποσότητας.

Τα πλεονεκτήματα των μετατροπέων περιλαμβάνουν τη δυνατότητα απόκτησης υψηλής ακρίβειας μετατροπής, σημαντικά σήματα εξόδου και σχετική απλότητα σχεδιασμού. Μειονεκτήματα - η παρουσία συρόμενης επαφής, η ανάγκη για σχετικά μεγάλες κινήσεις και μερικές φορές σημαντική προσπάθεια μετακίνησης.

Οι ρεοστατικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή σχετικά μεγάλων μετατοπίσεων και άλλων μη ηλεκτρικών μεγεθών (δυνάμεις, πιέσεις κ.λπ.) που μπορούν να μετατραπούν σε μετατόπιση.

Μετατροπείς μετρητή τάσης(Αισθητήρες). Η λειτουργία των μετατροπέων βασίζεται στο φαινόμενο του τανυστήρα, το οποίο συνίσταται στην αλλαγή της ενεργού αντίστασης του αγωγού (ημιαγωγού) υπό την επίδραση της μηχανικής καταπόνησης και της παραμόρφωσης που προκαλείται σε αυτόν.

Ρύζι. 11-6. Μετατροπέας σύρματος μετρητή τάσης

Εάν το σύρμα υποβληθεί σε μηχανική καταπόνηση, όπως τέντωμα, τότε η αντίστασή του θα αλλάξει. Σχετική αλλαγή στην αντίσταση του σύρματος , όπου S είναι ο συντελεστής ευαισθησίας παραμόρφωσης· είναι η σχετική παραμόρφωση του σύρματος.

Η αλλαγή στην αντίσταση του σύρματος υπό μηχανική δράση πάνω του εξηγείται από μια αλλαγή στις γεωμετρικές διαστάσεις (μήκος, διάμετρος) και στην ειδική αντίσταση του υλικού.

Σε εκείνες τις περιπτώσεις όπου απαιτείται υψηλή ευαισθησία, χρησιμοποιούνται ευαίσθητοι στην καταπόνηση μορφοτροπείς κατασκευασμένοι με τη μορφή λωρίδων από υλικό ημιαγωγού. Ο συντελεστής S για τέτοιους μετατροπείς φτάνει αρκετές εκατοντάδες. Ωστόσο, η αναπαραγωγιμότητα των χαρακτηριστικών των μετατροπέων ημιαγωγών είναι φτωχή. Επί του παρόντος, τα ολοκληρωμένα μετρητές καταπόνησης ημιαγωγών παράγονται μαζικά, σχηματίζοντας μια γέφυρα ή μισή γέφυρα με στοιχεία θερμικής αντιστάθμισης.

Οι γέφυρες ισορροπίας και μη ισορροπίας χρησιμοποιούνται ως κυκλώματα μέτρησης για μετρητές καταπόνησης. Οι μετρητές καταπόνησης χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση παραμορφώσεων και άλλων μη ηλεκτρικών μεγεθών: δυνάμεις, πιέσεις, ροπές.

Μετατροπείς ευαίσθητοι στη θερμοκρασία(θερμίστορ). Η αρχή της λειτουργίας των μετατροπέων βασίζεται στην εξάρτηση της ηλεκτρικής αντίστασης των αγωγών ή των ημιαγωγών από τη θερμοκρασία.

Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας, τα πιο συνηθισμένα θερμίστορ είναι κατασκευασμένα από πλατίνα ή σύρμα χαλκού. Τα τυπικά θερμίστορ πλατίνας χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση θερμοκρασιών στην περιοχή από -260 έως +1100 ° C, χαλκός - στην περιοχή από -200 έως +200 «C.

Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται επίσης θερμίστορ ημιαγωγών (θερμίστορ) διαφόρων τύπων, τα οποία χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερη ευαισθησία (το θερμίστορ TCR είναι αρνητικό και στους 20 ° C είναι 10-15 φορές υψηλότερο από το TCR χαλκού και πλατίνας) και έχουν υψηλότερες αντιστάσεις (έως 1 MΩ) σε πολύ μικρό Το μειονέκτημα των θερμίστορ είναι η κακή αναπαραγωγιμότητα και η μη γραμμικότητα του χαρακτηριστικού μετατροπής:

όπου R T και Ro είναι οι αντιστάσεις του θερμίστορ σε θερμοκρασίες T και To, To είναι η αρχική θερμοκρασία του εύρους λειτουργίας. Β - συντελεστής.

Τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται στο εύρος θερμοκρασίας από -60 έως +120°C.

Για τη μέτρηση θερμοκρασιών από -80 έως +150 ° C, χρησιμοποιούνται θερμικές δίοδοι και θερμοτρανζίστορ, στα οποία, υπό την επίδραση της θερμοκρασίας, αντίσταση p-nδιασταύρωση και την πτώση τάσης σε αυτή τη διασταύρωση. Αυτοί οι μετατροπείς περιλαμβάνονται συνήθως σε κυκλώματα γεφυρών και κυκλώματα με τη μορφή διαιρετών τάσης.

Τα πλεονεκτήματα των θερμικών διόδων και των θερμικών τρανζίστορ είναι η υψηλή ευαισθησία, το μικρό μέγεθος και η χαμηλή αδράνεια, η υψηλή αξιοπιστία και το χαμηλό κόστος. μειονεκτήματα - στενό εύρος θερμοκρασίας και κακή αναπαραγωγιμότητα των χαρακτηριστικών στατικής μετατροπής.

Ηλεκτρολυτικοί μετατροπείς. Οι ηλεκτρολυτικοί μετατροπείς βασίζονται στην εξάρτηση της ηλεκτρικής αντίστασης ενός διαλύματος ηλεκτρολύτη από τη συγκέντρωσή του. Χρησιμοποιούνται κυρίως για τη μέτρηση της συγκέντρωσης των διαλυμάτων.

Επαγωγικοί μετατροπείς. Η αρχή λειτουργίας των μετατροπέων βασίζεται στην εξάρτηση της επαγωγής ή της αμοιβαίας επαγωγής των περιελίξεων στο μαγνητικό κύκλωμα από τη θέση, τις γεωμετρικές διαστάσεις και τη μαγνητική κατάσταση των στοιχείων του μαγνητικού τους κυκλώματος.

Εικόνα 11-12 Μαγνητικό κύκλωμα με κενά και δύο περιελίξεις

Η αυτεπαγωγή της περιέλιξης που βρίσκεται στο μαγνητικό κύκλωμα, όπου Zm είναι η μαγνητική αντίσταση του μαγνητικού κυκλώματος· είναι ο αριθμός των στροφών της περιέλιξης.

Αμοιβαία επαγωγή δύο περιελίξεων που βρίσκονται στο ίδιο μαγνητικό κύκλωμα, , όπου και - ο αριθμός των στροφών της πρώτης και της δεύτερης περιέλιξης. Η μαγνητική αντίσταση δίνεται από

Οπου - το ενεργό συστατικό της μαγνητικής αντίστασης (παραμελούμε τη σκέδαση της μαγνητικής ροής). - αντίστοιχα, το μήκος, το εμβαδόν διατομής και τη σχετική μαγνητική διαπερατότητα του τμήματος i του μαγνητικού κυκλώματος. mo - μαγνητική σταθερά. d είναι το μήκος του διακένου αέρα. s - περιοχή διατομής του τμήματος αέρα του μαγνητικού κυκλώματος, - αντιδραστικό συστατικό μαγνητικής αντίστασης. P - απώλειες ισχύος στο μαγνητικό κύκλωμα λόγω δινορευμάτων και υστέρησης w - γωνιακή συχνότητα. Ф - μαγνητική ροή στο μαγνητικό κύκλωμα.

Οι παραπάνω σχέσεις δείχνουν ότι η αυτεπαγωγή και η αμοιβαία επαγωγή μπορούν να αλλάξουν επηρεάζοντας το μήκος d, τη διατομή του τμήματος αέρα του μαγνητικού κυκλώματος s, τις απώλειες ισχύος στο μαγνητικό κύκλωμα και με άλλους τρόπους.

Σε σύγκριση με άλλους μετατροπείς μετατόπισης, οι επαγωγικοί μορφοτροπείς διακρίνονται από σήματα υψηλής ισχύος εξόδου, απλότητα και αξιοπιστία στη λειτουργία.

Το μειονέκτημά τους είναι η αντίστροφη επίδραση του μορφοτροπέα στο υπό μελέτη αντικείμενο (η επίδραση ενός ηλεκτρομαγνήτη στον οπλισμό) και η επίδραση της αδράνειας του οπλισμού στον χαρακτηριστικά συχνότηταςσυσκευή.

Χωρητικοί μετατροπείς. Οι χωρητικοί μετατροπείς βασίζονται στην εξάρτηση της ηλεκτρικής χωρητικότητας του πυκνωτή από τις διαστάσεις, τη σχετική θέση των πλακών του και από τη διαπερατότητα του μέσου μεταξύ τους.

Για έναν επίπεδο πυκνωτή δύο πλακών, ηλεκτρική χωρητικότητα , πού είναι η ηλεκτρική σταθερά; - σχετική διαπερατότητα του μέσου μεταξύ των πλακών. s είναι η ενεργή περιοχή των πλακών. d είναι η απόσταση μεταξύ των πλακών. Η ευαισθησία του μορφοτροπέα αυξάνεται με τη μείωση της απόστασης d. Τέτοιοι μορφοτροπείς χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση μικρών μετατοπίσεων (λιγότερο από 1 mm).

Μια μικρή κίνηση εργασίας των πλακών οδηγεί σε σφάλμα αλλαγής της απόστασης μεταξύ των πλακών με διακυμάνσεις θερμοκρασίας. Επιλέγοντας τις διαστάσεις των εξαρτημάτων και των υλικών του μορφοτροπέα, αυτό το σφάλμα μειώνεται.

Οι μορφοτροπείς χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της στάθμης των υγρών, της υγρασίας των ουσιών, του πάχους των προϊόντων από διηλεκτρικά.

Ρύζι. 11-16. Σχέδιο του μετατροπέα ιονισμού

Μετατροπείς ιονισμού. Οι μετατροπείς βασίζονται στο φαινόμενο του ιονισμού αερίου ή της φωταύγειας ορισμένων ουσιών υπό τη δράση της ιονίζουσας ακτινοβολίας.

Εάν ένας θάλαμος που περιέχει ένα αέριο ακτινοβοληθεί, για παράδειγμα, με ακτίνες β, τότε μεταξύ των ηλεκτροδίων που περιλαμβάνονται στο ηλεκτρικό κύκλωμα(Εικ. 11-16), θα ρέει ρεύμα. Αυτό το ρεύμα εξαρτάται από την τάση που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια, από την πυκνότητα και τη σύσταση του αερίου μέσου, το μέγεθος του θαλάμου και των ηλεκτροδίων και τις ιδιότητες και την ένταση της ιονίζουσας ακτινοβολίας. Αυτές οι εξαρτήσεις χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση διαφόρων μη ηλεκτρικών μεγεθών: την πυκνότητα και τη σύνθεση του αερίου μέσου, τις γεωμετρικές διαστάσεις των μερών.

Ως παράγοντες ιονισμού, χρησιμοποιούνται ακτίνες α-, β- και g ραδιενεργών ουσιών, πολύ λιγότερο συχνά - ακτίνες Χ και ακτινοβολία νετρονίων.

Το κύριο πλεονέκτημα των συσκευών που χρησιμοποιούν ιονίζουσα ακτινοβολία είναι η δυνατότητα μετρήσεων χωρίς επαφή, η οποία έχει μεγάλη σημασία, για παράδειγμα, κατά τη μέτρηση σε επιθετικά ή εκρηκτικά περιβάλλοντα, καθώς και σε περιβάλλοντα υπό υψηλή πίεση ή υψηλές θερμοκρασίες. Το κύριο μειονέκτημα αυτών των συσκευών είναι η ανάγκη χρήσης βιολογικής προστασίας σε υψηλή δραστηριότητα της πηγής ακτινοβολίας.

Υπουργείο Παιδείας της Δημοκρατίας της Λευκορωσίας

εκπαιδευτικό ίδρυμα

«Κρατικό Πανεπιστήμιο της Λευκορωσίας

πληροφορική και ραδιοηλεκτρονική»

Τμήμα Μετρολογίας και Τυποποίησης

Παραμετρική μορφοτροπείς μέτρησης

Οδηγίες για εργαστηριακές εργασίες Ε.5Β

για φοιτητές της ειδικότητας 54 01 01 ‑ 02

«Μετρολογία, τυποποίηση και πιστοποίηση»

όλες οι μορφές εκπαίδευσης

UDC 621.317.7 + 006.91 (075.8)

BBC 30.1073

Συντάχθηκε από τον V.T. Revin, L.E. Bataille

Οι οδηγίες περιλαμβάνουν τον σκοπό της εργασίας, σύντομες πληροφορίες από τη θεωρία, περιγραφή της εργαστηριακής εγκατάστασης, εργαστηριακή εργασία και τη διαδικασία εκτέλεσης της εργασίας, καθώς και οδηγίες για τη μορφοποίηση της έκθεσης και Ερωτήσεις ελέγχουγια να ελέγξουν τις γνώσεις των μαθητών. Εξετάζονται οι κύριοι τύποι παραμετρικών μορφοτροπέων μέτρησης (ρεοστατικοί, επαγωγικοί και χωρητικοί), τα κύρια χαρακτηριστικά τους και τα σχήματα ένταξης στο κύκλωμα μέτρησης. Η εκτέλεση εργαστηριακών εργασιών περιλαμβάνει τον προσδιορισμό των κύριων μετρολογικών χαρακτηριστικών (συνάρτηση μετατροπής, ευαισθησία, βασικό σφάλμα, σφάλμα προσδιορισμού ευαισθησίας) των εξεταζόμενων μορφοτροπέων μέτρησης, καθώς και γνώση της τεχνικής μέτρησης μη ηλεκτρικών μεγεθών με χρήση μορφοτροπέων μέτρησης και εύρεση σφαλμάτων στον προσδιορισμό των τιμών μη ηλεκτρικών μεγεθών.

UDC 621.317.7 + 006.91 (075.8)

BBC 30.10 π.μ. 73

1 Σκοπός εργασίας

1.1 Μελέτη της αρχής λειτουργίας, του σχεδιασμού και των κύριων χαρακτηριστικών των ρεοστατικών, χωρητικών και επαγωγικών μορφοτροπέων μέτρησης μη ηλεκτρικών μεγεθών σε ηλεκτρικούς.

1.2 Μελέτη μεθόδων μέτρησης μη ηλεκτρικών μεγεθών με χρήση ρεοστατικών, χωρητικών και επαγωγικών μορφοτροπέων μέτρησης.

1.3 Πρακτικός ορισμός των κύριων χαρακτηριστικών των μορφοτροπέων μέτρησης και μέτρηση γραμμικών και γωνιακών μετατοπίσεων με τη βοήθειά τους.

2 Σύντομες πληροφορίες από τη θεωρία

Ένα χαρακτηριστικό των σύγχρονων μετρήσεων είναι η ανάγκη προσδιορισμού των τιμών πολλών φυσικών μεγεθών, μεταξύ των οποίων η πλειοψηφία είναι μη ηλεκτρικά μεγέθη. Για τη μέτρηση μη ηλεκτρικών μεγεθών, χρησιμοποιούνται ευρέως ηλεκτρικά όργανα μέτρησης, λόγω ορισμένων σημαντικών πλεονεκτημάτων τους. Αυτά περιλαμβάνουν υψηλή ακρίβεια μέτρησης, υψηλή ευαισθησία και ταχύτητα οργάνων μέτρησης, δυνατότητα μετρήσεων από απόσταση, αυτόματη μετατροπή πληροφοριών μέτρησης, αυτόματο έλεγχο της διαδικασίας μέτρησης κ.λπ. Ένα χαρακτηριστικό των ηλεκτρικών οργάνων μέτρησης που έχουν σχεδιαστεί για τη μέτρηση μη ηλεκτρικών μεγεθών είναι η υποχρεωτική παρουσία ενός πρωτεύοντος μετατροπέα μέτρησης μιας μη ηλεκτρικής ποσότητας σε ηλεκτρική.

Ο κύριος μορφοτροπέας μέτρησης δημιουργεί μια σαφή λειτουργική σχέση μεταξύ της ηλεκτρικής ποσότητας εξόδου Y και της μη ηλεκτρικής ποσότητας εισόδου X: Υ= φά(Χ).

Ανάλογα με τον τύπο του σήματος εξόδου, οι κύριοι μορφοτροπείς μέτρησης χωρίζονται σε παραμετρική και γεννήτρια.

ΣΕ παραμετρικήΣτη μέτρηση των μορφοτροπέων, η ποσότητα εξόδου είναι μια παράμετρος ηλεκτρικού κυκλώματος: αντίσταση R, επαγωγή L, αμοιβαία επαγωγή M ή χωρητικότητα C. Όταν χρησιμοποιείτε παραμετρικούς μετατροπείς, απαιτείται πάντα μια πρόσθετη πηγή ισχύος, η ενέργεια της οποίας χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του σήματος εξόδου του μετατροπέα.

ΣΕ δημιουργώνταςΟι ποσότητες εξόδου των μορφοτροπέων μέτρησης είναι EMF, ρεύμα, τάση ή φορτίο. Όταν χρησιμοποιείτε μετατροπείς γεννήτριας, τα βοηθητικά τροφοδοτικά χρησιμοποιούνται μόνο για την ενίσχυση του λαμβανόμενου σήματος.

Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας, οι παραμετρικοί μορφοτροπείς μέτρησης χωρίζονται σε ρεοστατικούς, ευαίσθητους στην τάση (αντιστάσεις καταπόνησης), θερμικά ευαίσθητους (θερμίστορ, θερμίστορ), χωρητικούς, επαγωγικούς, ιονισμού.

Η εξάρτηση της τιμής εξόδου του μορφοτροπέα μέτρησης Y από την τιμή εισόδου X, που περιγράφεται από την έκφραση Υ = φά (Χ), που ονομάζεται συνάρτηση μετατροπής.Συχνά η τιμή εξόδου του μετατροπέα Υεξαρτάται όχι μόνο από τη μετρούμενη τιμή εισόδου Χ, αλλά και σε κάποιον εξωτερικό παράγοντα Ζ. Επομένως, σε γενικούς όρους, η συνάρτηση μετασχηματισμού μπορεί να αναπαρασταθεί από μια λειτουργική εξάρτηση: Υ = φά (Χ, Ζ).

Όταν αναπτύσσουν μετατροπείς μέτρησης μη ηλεκτρικών μεγεθών, προσπαθούν να αποκτήσουν μια γραμμική συνάρτηση μετατροπής. Για να περιγράψουμε μια συνάρτηση γραμμικού μετασχηματισμού, αρκεί να καθορίσουμε δύο παραμέτρους: την αρχική τιμή της τιμής εξόδου Y 0 (μηδενικό επίπεδο), που αντιστοιχεί στο μηδέν ή άλλη αρχική τιμή της τιμής εισόδου X και την παράμετρο S, που χαρακτηρίζει την κλίση της συνάρτησης μετασχηματισμού.

Σε αυτήν την περίπτωση, η συνάρτηση μετασχηματισμού μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:

Η παράμετρος S, που χαρακτηρίζει την κλίση της συνάρτησης μετασχηματισμού, ονομάζεται ευαισθησία του μετατροπέα. Ευαισθησία μορφοτροπέαείναι ο λόγος της μεταβολής της τιμής εξόδου του μορφοτροπέα μέτρησης ΔY προς τη μεταβολή της τιμής εισόδου ΔX που την προκάλεσε:

. (2)

Η ευαισθησία του μορφοτροπέα είναι μια ποσότητα που έχει μια διάσταση και η διάσταση εξαρτάται από τη φύση των ποσοτήτων εισόδου και εξόδου. Για έναν μορφοτροπέα ρεοστάτη, για παράδειγμα, η ευαισθησία έχει τη διάσταση Ohm/mm, για έναν θερμοηλεκτρικό μορφοτροπέα - mV/K, για ένα φωτοκύτταρο - μA/lm, για έναν κινητήρα - στροφές/(sV) ή Hz/V , για ένα γαλβανόμετρο - mm/μA κ.λπ.

Το πιο σημαντικό πρόβλημα στο σχεδιασμό και τη χρήση ενός μορφοτροπέα μέτρησης είναι η διασφάλιση της σταθερότητας της ευαισθησίας του. Η ευαισθησία πρέπει να εξαρτάται όσο το δυνατόν λιγότερο από τις τιμές της μεταβλητής εισόδου X (στην περίπτωση αυτή, η συνάρτηση μετασχηματισμού είναι γραμμική), ο ρυθμός μεταβολής του X, ο χρόνος λειτουργίας του μετατροπέα, καθώς και η επίδραση άλλων φυσικών μεγεθών που χαρακτηρίζουν όχι το ίδιο το αντικείμενο, αλλά το περιβάλλον του (αυτές οι ποσότητες ονομάζονται επηρεάζοντας). Με μια συνάρτηση μη γραμμικού μετασχηματισμού, η ευαισθησία εξαρτάται από τις τιμές της μεταβλητής εισόδου: μικρό = μικρό(Χ) .

Το εύρος τιμών των μη ηλεκτρικών μεγεθών που μετατρέπονται με τη χρήση ενός μορφοτροπέα μέτρησης περιορίζεται, αφενός, από το όριο μετατροπής και, αφετέρου, από το όριο ευαισθησίας.

Όριο μετατροπήςμετατροπέας είναι η μέγιστη τιμή της ποσότητας εισόδου που μπορεί να γίνει αποδεκτή από τον μετατροπέα χωρίς να τον καταστραφεί ή να παραμορφωθεί η λειτουργία μετατροπής.

Όριο ευαισθησίας- αυτή είναι η ελάχιστη αλλαγή στην τιμή της μεταβλητής εισόδου που μπορεί να προκαλέσει αισθητή αλλαγή στην τιμή εξόδου του μετατροπέα.

Αναλογία Υ = φά(Χ)εκφράζει σε μια γενική θεωρητική μορφή τους φυσικούς νόμους που διέπουν το έργο των μετατροπέων. Στην πράξη, η συνάρτηση μετατροπής προσδιορίζεται πειραματικά σε αριθμητική μορφή ως αποτέλεσμα της βαθμονόμησης του μετατροπέα. Σε αυτήν την περίπτωση, για μια σειρά από ακριβώς γνωστές τιμές του X, μετρώνται οι αντίστοιχες τιμές του Y. , που σας επιτρέπει να δημιουργήσετε μια καμπύλη βαθμονόμησης (Εικόνα 1, ΕΝΑ). Χρησιμοποιώντας την κατασκευασμένη καμπύλη βαθμονόμησης, σύμφωνα με τις τιμές της ηλεκτρικής ποσότητας Υ που προέκυψε ως αποτέλεσμα της μέτρησης, είναι δυνατό να βρεθούν οι αντίστοιχες τιμές της επιθυμητής μη ηλεκτρικής ποσότητας X (Εικόνα 1, σι).

ΕΝΑ– κατασκευή καμπύλης βαθμονόμησης σύμφωνα με τις μετρούμενες τιμές των X και Y.

σι χρήση καμπύλης βαθμονόμησης για τον προσδιορισμό της τιμής εισόδου X

Εικόνα 1 - Χαρακτηριστικό βαθμονόμησης του μορφοτροπέα μέτρησης

Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό κάθε μορφοτροπέα μέτρησης είναι βασικό λάθος, η οποία οφείλεται στην αρχή της λειτουργίας, στην ατέλεια του σχεδιασμού του μετατροπέα ή στην τεχνολογία κατασκευής του και εκδηλώνεται σε κανονικές τιμές των μεγεθών που επηρεάζουν ή όταν βρίσκονται εντός του εύρους των κανονικών τιμών.

Το βασικό σφάλμα του μορφοτροπέα μέτρησης μπορεί να έχει πολλά στοιχεία, λόγω:

Η ανακρίβεια των υποδειγματικών οργάνων μέτρησης, με τη βοήθεια των οποίων προσδιορίστηκε η συνάρτηση μετασχηματισμού.

Η διαφορά μεταξύ του πραγματικού χαρακτηριστικού βαθμονόμησης και της ονομαστικής συνάρτησης μετατροπής. κατά προσέγγιση (πίνακας, γραφική, αναλυτική) έκφραση της συνάρτησης μετασχηματισμού.

Ατελής σύμπτωση της συνάρτησης μετατροπής με αυξανόμενα και μειούμενα μετρούμενα μη ηλεκτρικά μεγέθη (υστέρηση της συνάρτησης μετατροπής).

Ελλιπής αναπαραγωγιμότητα των χαρακτηριστικών του μορφοτροπέα μέτρησης (τις περισσότερες φορές ευαισθησία).

Κατά τη βαθμονόμηση μιας σειράς μετατροπέων του ίδιου τύπου, αποδεικνύεται ότι τα χαρακτηριστικά τους είναι κάπως διαφορετικά μεταξύ τους, καταλαμβάνοντας μια συγκεκριμένη ζώνη. Επομένως, στο διαβατήριο του μορφοτροπέα μέτρησης, δίνεται κάποιο μέσο χαρακτηριστικό, που ονομάζεται ονομαστικός. Οι διαφορές μεταξύ των ονομαστικών (διαβατηρίου) και των πραγματικών χαρακτηριστικών του μετατροπέα θεωρούνται ως λάθη του.

Η βαθμονόμηση του μορφοτροπέα μέτρησης (προσδιορισμός της πραγματικής συνάρτησης μετατροπής) πραγματοποιείται με τη χρήση οργάνων μέτρησης για μη ηλεκτρικά και ηλεκτρικά μεγέθη. Για παράδειγμα, το Σχήμα 2 δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα μιας διάταξης για τη βαθμονόμηση ενός μορφοτροπέα ρεοστάτη. Ένας χάρακας χρησιμοποιείται ως μέσο μέτρησης γραμμικής μετατόπισης (μη ηλεκτρική ποσότητα) και ένας ψηφιακός μετρητής L, C, R E7-8 χρησιμοποιείται ως μέσο μέτρησης ηλεκτρικής ποσότητας - ενεργής αντίστασης.

Εικόνα 2 - Δομικό διάγραμμα της εγκατάστασης για τη βαθμονόμηση μετατροπέα ρεοστάτη

Η διαδικασία βαθμονόμησης του μορφοτροπέα έχει ως εξής. Με τη βοήθεια του μηχανισμού κίνησης, η κινητή επαφή (κινητήρας) του ρεοστατικού μετατροπέα ρυθμίζεται διαδοχικά στα ψηφιοποιημένα σημάδια της κλίμακας του χάρακα και σε κάθε σημάδι μετράται η ενεργή αντίσταση του μετατροπέα χρησιμοποιώντας τη συσκευή E7-8 . Οι μετρούμενες τιμές της γραμμικής μετατόπισης και της ενεργού αντίστασης καταχωρούνται στον πίνακα βαθμονόμησης 1.

Τραπέζι 1

Σε αυτή την περίπτωση, λαμβάνουμε τη συνάρτηση μετατροπής του μορφοτροπέα μέτρησης, που δίνεται σε μορφή πίνακα. Για να αποκτήσετε μια γραφική αναπαράσταση της συνάρτησης μετασχηματισμού, πρέπει να χρησιμοποιήσετε τις συστάσεις που φαίνονται στο σχήμα 1, ΕΝΑ.

Ωστόσο, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η μέτρηση της γραμμικής μετατόπισης και της ενεργού αντίστασης πραγματοποιήθηκε με σφάλμα λόγω των σφαλμάτων οργάνων των οργάνων μέτρησης που χρησιμοποιήθηκαν. Από αυτή την άποψη, ο ορισμός της συνάρτησης μετασχηματισμού έγινε επίσης με κάποιο σφάλμα (Εικόνα 3).

Σχήμα 3 - Σφάλματα στον προσδιορισμό της συνάρτησης μετασχηματισμού

Από την ευαισθησία του μορφοτροπέα μικρό, που δίνεται από την κλίση της συνάρτησης μετατροπής, προσδιορίζεται από τον τύπο (2), στη συνέχεια ο υπολογισμός του σφάλματος στον προσδιορισμό της ευαισθησίας του μετατροπέα Δ μικρό θα πρέπει να πραγματοποιείται με βάση τον αλγόριθμο για τον υπολογισμό του σφάλματος του αποτελέσματος της έμμεσης μέτρησης. Γενικά, ο τύπος υπολογισμού για Δ μικρόως εξής:

Οπου
,

Δ y 1 Και Δ y 2 – σφάλματα στον προσδιορισμό των τιμών εξόδου y 1 και y 2,

Δ Χ 1 Και Δ Χ 2 – σφάλματα στον προσδιορισμό των τιμών εισόδου x 1 και x 2 .

Πρόσθετα σφάλματα του μορφοτροπέα μέτρησης, λόγω της αρχής λειτουργίας του, της ατέλειας του σχεδιασμού και της τεχνολογίας κατασκευής, εμφανίζονται όταν οι επηρεαζόμενες ποσότητες αποκλίνουν από τις κανονικές τιμές.

Εκτός από τα χαρακτηριστικά που συζητήθηκαν παραπάνω, οι μετατροπείς μέτρησης μη ηλεκτρικών μεγεθών σε ηλεκτρικές χαρακτηρίζονται από: διακύμανση σήματος εξόδου, σύνθετη αντίσταση εξόδου, δυναμικά χαρακτηριστικά. Τα πιο σημαντικά τεχνικά χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν επίσης: διαστάσεις, βάρος, αντοχή σε μηχανικές, θερμικές, ηλεκτρικές και άλλες υπερφορτώσεις, αξιοπιστία, ευκολία εγκατάστασης και συντήρησης, ασφάλεια από εκρήξεις, κόστος κατασκευής κ.λπ. .

Οι μορφοτροπείς μέτρησης ποικίλλουν σύμφωνα με την αρχή της μετατροπής σήματος.

Οταν αναλογικό άμεση μετατροπή (Εικόνα 4) η μετρούμενη μη ηλεκτρική ποσότητα X τροφοδοτείται στην είσοδο του κύριου μορφοτροπέα μέτρησης (PMT). Η ηλεκτρική τιμή εξόδου Y του μορφοτροπέα μετράται από μια ηλεκτρική συσκευή μέτρησης (EIM), η οποία περιλαμβάνει έναν μορφοτροπέα μέτρησης και μια συσκευή ένδειξης.

Σχήμα 4 - Μπλοκ διάγραμμα της συσκευής με αναλογική άμεση μετατροπή της μετρούμενης μη ηλεκτρικής ποσότητας

Ανάλογα με τον τύπο της ποσότητας εξόδου και τις απαιτήσεις για τη συσκευή, μια ηλεκτρική συσκευή μέτρησης μπορεί να είναι ποικίλου βαθμού πολυπλοκότητας. Στη μία περίπτωση, πρόκειται για ένα μαγνητοηλεκτρικό χιλιοστοβολτόμετρο και στην άλλη, για μια ψηφιακή συσκευή μέτρησης. Συνήθως, η κλίμακα της συσκευής δείκτη EIP βαθμολογείται σε μονάδες της μετρούμενης μη ηλεκτρικής ποσότητας. Η μετρούμενη μη ηλεκτρική ποσότητα μπορεί να μετατραπεί επανειλημμένα για να ταιριάζει με τα όρια μέτρησής της με τα όρια της μετατροπής PIP και να αποκτήσει έναν πιο βολικό τύπο ενέργειας εισόδου για το PIP. Για να εκτελέσετε τέτοιους μετασχηματισμούς, μπείτε στη συσκευή προκαταρκτικώςσώμαμετατροπείς μη ηλεκτρικών τιμών σε μη ηλεκτρικές.

Με μεγάλο αριθμό ενδιάμεσων μετατροπέων σε συσκευές άμεσης μετατροπής, το συνολικό σφάλμα αυξάνεται σημαντικά. Για να μειώσετε το σφάλμα, χρησιμοποιήστε διαφορικό έξωμορφοτροπείς μέτρησης,που έχουν μικρότερο προσθετικό σφάλμα, μικρότερη συνάρτηση μη γραμμικής μετατροπής και υψηλότερη ευαισθησία σε σύγκριση με συσκευές άμεσης μετατροπής.

Το σχήμα 5 δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα μιας συσκευής με διαφορικό μορφοτροπέα μέτρησης (DIP). Ο μετατροπέας περιλαμβάνει μια διαφορική ζεύξη DZ με δύο εξόδους, δύο κανάλια μετατροπής (P1 και P2) και έναν αφαιρετήρα VU. Όταν η μετρούμενη τιμή εισόδου x αλλάζει από την αρχική τιμή x 0 στην τιμή (x 0 + Δx), οι τιμές εξόδου x 1 και x 2 στην έξοδο της τηλεπισκόπησης λαμβάνουν αυξήσεις με διαφορετικά πρόσημα. Μετά τη μετατροπή τους σε P1 και P2, αφαιρούνται οι τιμές στην έξοδο των μετατροπέων y 1 και y 2. Ως αποτέλεσμα, η τιμή εξόδου του DIP (y = y 1 -y 2) που παρέχεται στον μηχανισμό μέτρησης του MI είναι ανάλογη μόνο με την αύξηση Δx της μετρούμενης μη ηλεκτρικής ποσότητας.

Σχήμα 5 - Μπλοκ διάγραμμα της συσκευής με διαφορική μετατροπή της μετρούμενης μη ηλεκτρικής ποσότητας

Σε συσκευές με μετασχηματισμό που βασίζεται στην αρχή της αντιστάθμισης (εξισορρόπηση)στη συσκευή σύγκρισης των ΗΠΑ του μετατροπέα, γίνεται σύγκριση μετρητόςμέγεθος και ομοιογενές σε αυτό μεταβλητόςτην τιμή που δημιουργείται από τον κόμβο ανάδρασης UOS (Εικόνα 6) Οι τιμές συγκρίνονται μέχρι να εξισορροπηθούν πλήρως. Ως κόμβοι ανατροφοδότησηΧρησιμοποιούνται αντίστροφοι μετατροπείς που μετατρέπουν μια ηλεκτρική ποσότητα σε μη ηλεκτρική (για παράδειγμα, λαμπτήρες πυρακτώσεως, ηλεκτρομηχανικοί μετατροπείς κ.λπ.).

Εικόνα 6 - Μπλοκ διάγραμμα της συσκευής με μορφοτροπέα μέτρησης αντιστάθμισης

Σε σύγκριση με τις συσκευές άμεσης μετατροπής, οι συσκευές αντισταθμιστικής σύγκρισης παρέχουν υψηλότερη ακρίβεια, ταχύτερη απόκριση και καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια από το αντικείμενο μελέτης.

Τα ηλεκτρικά όργανα για τη μέτρηση μη ηλεκτρικών μεγεθών μπορεί να είναι είτε αναλογικά είτε ψηφιακά.

Μετατροπείς ρεοστάτη

Οι ρεοστατικοί μετατροπείς βασίζονται σε μια αλλαγή στην ηλεκτρική αντίσταση ενός αγωγού υπό την επίδραση μιας τιμής εισόδου - γραμμικής ή γωνιακής μετατόπισης. Ένας μορφοτροπέας ρεοστάτη είναι ένας ρεοστάτης (ένα πλαίσιο με μια περιέλιξη σύρματος που εφαρμόζεται σε αυτό), η κινητή επαφή του οποίου εκτελεί γραμμική ή γωνιακή κίνηση υπό την επίδραση μιας μετρούμενης μη ηλεκτρικής ποσότητας. Σχηματικές αναπαραστάσεις ορισμένων σχεδίων ρεοστατικών μετατροπέων φαίνονται στο Σχήμα 6, μετα Χριστον.Οι διαστάσεις του μορφοτροπέα καθορίζονται από τις οριακές τιμές της μετρούμενης μετατόπισης, την αντίσταση της περιέλιξης και την ηλεκτρική ισχύ που διαχέεται στην περιέλιξη. Για να ληφθεί μια συνάρτηση μη γραμμικού μετασχηματισμού, χρησιμοποιούνται λειτουργικοί μετατροπείς ρεοστάτη. Η επιθυμητή μορφή της συνάρτησης μετασχηματισμού επιτυγχάνεται με το προφίλ του πλαισίου του μετατροπέα (Εικόνα 6, V).

Στους ρεοστατικούς μετατροπείς, το χαρακτηριστικό στατικής μετατροπής έχει κλιμακωτό χαρακτήρα, αφού η αντίσταση αλλάζει σε άλματα ίσα με την αντίσταση μιας στροφής. Αυτό προκαλεί την εμφάνιση του αντίστοιχου σφάλματος, η μέγιστη τιμή του οποίου μπορεί να αναπαρασταθεί ως:

, (4)

όπου R είναι η μέγιστη αντίσταση μιας στροφής.

R είναι η σύνθετη αντίσταση του μορφοτροπέα.

ΣΕ ρεόχορδομετατροπείς στους οποίους η κινούμενη επαφή ολισθαίνει κατά μήκος του άξονα του σύρματος, αυτό το σφάλμα μπορεί να αποφευχθεί.

Οι ρεοστατικοί μετατροπείς περιλαμβάνονται στα κυκλώματα μέτρησης με τη μορφή γεφυρών ισορροπίας και μη ισορροπίας, διαιρέτες τάσης κ.λπ.

Εικόνα 7 - Ρεοστατικοί μορφοτροπείς μέτρησης

Τα κύρια μειονεκτήματα των ρεοστατικών μορφοτροπέων είναι η παρουσία ολισθαίνουσας επαφής, η ανάγκη για σχετικά μεγάλες κινήσεις και μερικές φορές σημαντική προσπάθεια κίνησης. Τα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν την απλότητα του σχεδιασμού και τη δυνατότητα λήψης σημαντικών επιπέδων σημάτων εξόδου.

Οι ρεοστατικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση σχετικά μεγάλων γραμμικών και γωνιακών μετατοπίσεων, καθώς και άλλων μη ηλεκτρικών μεγεθών που μπορούν να μετατραπούν σε μετατόπιση (δύναμη, πίεση κ.λπ.).

Επαγωγικοί μετατροπείς

Η αρχή λειτουργίας των επαγωγικών μετατροπέων βασίζεται στην εξάρτηση της εγγενούς ή αμοιβαίας επαγωγής των περιελίξεων στο μαγνητικό κύκλωμα από τη σχετική θέση, τις γεωμετρικές διαστάσεις και τη μαγνητική αντίσταση των στοιχείων του μαγνητικού κυκλώματος. Από την ηλεκτρολογία είναι γνωστό ότι η αυτεπαγωγή μεγάλο Η περιέλιξη που βρίσκεται στον μαγνητικό πυρήνα (μαγνητικό κύκλωμα) καθορίζεται από την έκφραση:

, (5)

όπου Z M  μαγνητική αντίσταση του μαγνητικού κυκλώματος.

w- ο αριθμός των στροφών της περιέλιξης.

Αμοιβαία επαγωγή Μ δύο περιελίξεις που βρίσκονται στο ίδιο μαγνητικό κύκλωμα με μαγνητική αντίσταση Ζ Μ, ορίζεται ως

, (6)

Οπου w 1 Και w 2  αριθμός στροφών της πρώτης και της δεύτερης περιέλιξης.

Η μαγνητική αντίσταση δίνεται από:

, ` (7)

Οπου	 ενεργό συστατικό μαγνητικής αντίστασης.
l i , S i ,  i	 αντίστοιχα, το μήκος, το εμβαδόν της διατομής και τη σχετική μαγνητική διαπερατότητα του i-ου τμήματος του μαγνητικού κυκλώματος.
	 μαγνητική σταθερά.
	 μήκος και περιοχή διατομής του τμήματος αέρα του μαγνητικού κυκλώματος.
	 αντιδραστικό συστατικό μαγνητικής αντίστασης.
	 απώλειες ισχύος στο μαγνητικό κύκλωμα λόγω δινορευμάτων και υστέρησης.
	- γωνιακή συχνότητα.
	- μαγνητική ροή στο μαγνητικό κύκλωμα.

Οι παραπάνω σχέσεις δείχνουν ότι η αυτεπαγωγή και η αμοιβαία επαγωγή μπορούν να αλλάξουν αλλάζοντας το μήκος δ ή τη διατομή S του τμήματος αέρα του μαγνητικού κυκλώματος, την απώλεια ισχύος P στο μαγνητικό κύκλωμα κ.λπ.

Το Σχήμα 8 δείχνει σχηματικά διαφορετικούς τύπους επαγωγικών μορφοτροπέων. Μια αλλαγή στην αμοιβαία επαγωγή μπορεί να επιτευχθεί, για παράδειγμα, μετακινώντας τον κινητό πυρήνα (οπλισμός) 1 σε σχέση με τον σταθερό πυρήνα 2, εισάγοντας μια μη μαγνητική μεταλλική πλάκα 3 στο διάκενο αέρα (Εικόνα 8 ΕΝΑ).

Εικόνα 8 - Επαγωγικοί μορφοτροπείς μέτρησης

Επαγωγικός μετατροπέας με μεταβλητό μήκος διακένου αέρα  (Εικόνα 8, σι) χαρακτηρίζεται από μη γραμμική εξάρτηση μεγάλο = φά ( ). Ένας τέτοιος μετατροπέας έχει υψηλή ευαισθησία και χρησιμοποιείται συνήθως κατά τη μετακίνηση του οπλισμού του μαγνητικού κυκλώματος στην περιοχή από 0,01 έως 5 mm.

Σημαντικά χαμηλότερη ευαισθησία, αλλά γραμμική εξάρτηση της συνάρτησης μετασχηματισμού μεγάλο = φά(μικρό) Οι μετατροπείς με μεταβλητή διατομή διακένου αέρα διαφέρουν (Εικόνα 8, V). Τέτοιοι μορφοτροπείς χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση μετατοπίσεων έως 10-15 mm.

Οι επαγωγικοί διαφορικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται ευρέως (Εικόνα 8, σολ), στον οποίο ο κινητός οπλισμός τοποθετείται ανάμεσα σε δύο σταθερούς πυρήνες με περιελίξεις. Όταν ο οπλισμός μετακινείται υπό την επίδραση της μετρούμενης τιμής, τα μήκη αλλάζουν ταυτόχρονα και με διαφορετικά σημάδια δ 1 Και δ 2 κενά αέρα του μετατροπέα, ενώ η αυτεπαγωγή μιας περιέλιξης θα αυξηθεί και η άλλη θα μειωθεί. Οι διαφορικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με κυκλώματα μέτρησης γεφυρών. Σε σύγκριση με τους μη διαφορικούς μετατροπείς, έχουν υψηλότερη ευαισθησία, μικρότερη μη γραμμικότητα της συνάρτησης μετατροπής και επηρεάζονται λιγότερο από εξωτερικούς παράγοντες.

Για τη μετατροπή σχετικά μεγάλων μετατοπίσεων (μέχρι 50 - 100 mm), χρησιμοποιούνται μετατροπείς μετασχηματιστών με ανοιχτό μαγνητικό κύκλωμα (Εικόνα 8, ρε).

Εάν ο σιδηρομαγνητικός πυρήνας του μετατροπέα υποβληθεί σε μηχανική δράση με τη δύναμη F, τότε λόγω αλλαγής της μαγνητικής διαπερατότητας του υλικού του πυρήνα, η μαγνητική αντίσταση του κυκλώματος θα αλλάξει, η οποία θα επιφέρει επίσης αλλαγή στην επαγωγή L και αμοιβαία αυτεπαγωγή Μ των περιελίξεων. Η αρχή λειτουργίας των μαγνητοελαστικών μετατροπέων βασίζεται σε αυτή την εξάρτηση (Εικόνα 8, μι).

Οι επαγωγικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση γραμμικών και γωνιακών μετατοπίσεων, καθώς και άλλων μη ηλεκτρικών μεγεθών που μπορούν να μετατραπούν σε μετατόπιση (δύναμη, πίεση, ροπή κ.λπ.). Ο σχεδιασμός του μορφοτροπέα καθορίζεται από το εύρος των μετρούμενων μετατοπίσεων. Οι διαστάσεις του μετατροπέα επιλέγονται με βάση την απαιτούμενη ισχύ σήματος εξόδου.

Για τη μέτρηση της παραμέτρου εξόδου επαγωγικών μετατροπέων, κυκλωμάτων μέτρησης γέφυρας (ισορροπίας και μη ισορροπίας) και γεννήτριας, καθώς και κυκλωμάτων με χρησιμοποιώντας κυκλώματα συντονισμού, τα οποία έχουν τη μεγαλύτερη ευαισθησία λόγω της μεγάλης κλίσης της συνάρτησης μετατροπής.

Σε σύγκριση με άλλους μετατροπείς μετατόπισης, οι επαγωγικοί μορφοτροπείς διακρίνονται από σήματα υψηλής ισχύος εξόδου, απλότητα και αξιοπιστία στη λειτουργία.

Τα κύρια μειονεκτήματά τους είναι: η αντίστροφη επίδραση στο αντικείμενο υπό μελέτη (η επίδραση ενός ηλεκτρομαγνήτη στον οπλισμό) και η επίδραση της αδράνειας του οπλισμού στα χαρακτηριστικά συχνότητας της συσκευής.

Χωρητικοί μετατροπείς

Η αρχή λειτουργίας των χωρητικών μορφοτροπέων μέτρησης βασίζεται στην εξάρτηση της ηλεκτρικής χωρητικότητας του πυκνωτή από τις διαστάσεις, τη σχετική θέση των πλακών του και τη διαπερατότητα του μέσου μεταξύ τους.

Η ηλεκτρική χωρητικότητα ενός επίπεδου πυκνωτή με δύο πλάκες περιγράφεται με την έκφραση:

, (8)

Μπορεί να φανεί από αυτή την έκφραση ότι ένας χωρητικός μετατροπέας μπορεί να κατασκευαστεί με βάση τη χρήση εξαρτήσεων C =φά( ), C =φά(μικρό) ή ντο = φά( ).

Το Σχήμα 9 δείχνει σχηματικά τον σχεδιασμό διαφόρων χωρητικών μετατροπέων.

Εικόνα 9 - Χωρητικοί μετατροπείς μέτρησης

Ο μετατροπέας στο σχήμα 9, ΕΝΑείναι ένας πυκνωτής, η μία πλάκα του οποίου κινείται υπό τη δράση ενός μετρούμενου μη ηλεκτρικού μεγέθους Χ σε σχέση με μια σταθερή πλάκα. Στατικό χαρακτηριστικό του μετατροπέα που χρησιμοποιεί εξάρτηση C =φά( ) είναι μη γραμμικό. Η ευαισθησία του μορφοτροπέα αυξάνεται με τη μείωση της απόστασης μεταξύ των πλακών . Τέτοιοι μορφοτροπείς χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση μικρών μετατοπίσεων (λιγότερο από 1 mm).

Χρησιμοποιούνται επίσης διαφορικοί χωρητικοί μετατροπείς (Εικόνα 9, σι), τα οποία έχουν μία κινητή και δύο σταθερές πλάκες. Υπό την επίδραση της μετρούμενης τιμής X, αυτοί οι μετατροπείς αλλάζουν ταυτόχρονα τις χωρητικότητες C1 και C2.

Εικόνα 9, Vδείχνει έναν διαφορικό χωρητικό μετατροπέα με μεταβλητή ενεργή περιοχή των πλακών, ο οποίος χρησιμοποιεί την εξάρτηση C =φά(μικρό) . Οι μετατροπείς με αυτό το σχέδιο χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση σχετικά μεγάλων μετατοπίσεων. Σε αυτούς τους μορφοτροπείς, το απαιτούμενο χαρακτηριστικό μετατροπής μπορεί εύκολα να ληφθεί με το προφίλ των πλακών.

Μετασχηματιστές εξάρτησης C =φά( ) χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της στάθμης των υγρών, της υγρασίας των ουσιών, του πάχους των προϊόντων από διηλεκτρικά κ.λπ. Ως παράδειγμα στο σχήμα 9, σολδίνεται η συσκευή του μετατροπέα του χωρητικού μετρητή στάθμης. Η χωρητικότητα μεταξύ των ηλεκτροδίων που κατεβαίνουν στο δοχείο εξαρτάται από τη στάθμη του υγρού.

Για τη μέτρηση της παραμέτρου εξόδου των χωρητικών μετατροπέων μέτρησης, χρησιμοποιούνται γέφυρες, τιμές μέτρησης γεννήτριας και κυκλώματα που χρησιμοποιούν κυκλώματα συντονισμού. Τα τελευταία καθιστούν δυνατή τη δημιουργία συσκευών με υψηλή ευαισθησία που είναι ικανές να ανταποκρίνονται σε γραμμικές μετατοπίσεις της τάξης των 10 μm. Τα κυκλώματα με χωρητικούς μετατροπείς συνήθως τροφοδοτούνται με ρεύμα υψηλής συχνότητας (έως δεκάδες MHz).

αξιοπιστία δοκιμής αμαξώματος αυτοκινήτου

Μετατροπέας μέτρησης -- τεχνικά μέσαμε κανονικοποιημένα μετρολογικά χαρακτηριστικά, που χρησιμεύει για τη μετατροπή της μετρούμενης τιμής σε άλλη τιμή ή σήμα μέτρησης, κατάλληλο για επεξεργασία, αποθήκευση, περαιτέρω μετασχηματισμούς, ένδειξη και μετάδοση, αλλά δεν γίνεται άμεσα αντιληπτό από τον χειριστή. Ο μορφοτροπέας μέτρησης ή είναι μέρος οποιουδήποτε εργαλείο μέτρησης(εγκατάσταση μέτρησης, σύστημα μέτρησης) ή χρησιμοποιείται μαζί με οποιοδήποτε όργανο μέτρησης.

Από τη φύση του μετασχηματισμού, διακρίνονται οι ακόλουθοι μετατροπείς:

Ένας αναλογικός μορφοτροπέας μέτρησης είναι ένας μορφοτροπέας μέτρησης που μετατρέπει μια αναλογική τιμή (αναλογικό σήμα μέτρησης) σε μια άλλη αναλογική τιμή (σήμα μέτρησης).

Ένας μετατροπέας μέτρησης αναλογικού σε ψηφιακό είναι ένας μορφοτροπέας μέτρησης που έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει ένα αναλογικό σήμα μέτρησης σε αριθμητικό κωδικό.

Ένας μετατροπέας μέτρησης ψηφιακού σε αναλογικό είναι ένας μορφοτροπέας μέτρησης που έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει έναν αριθμητικό κώδικα σε αναλογική τιμή.

Ανάλογα με τη θέση στο κύκλωμα μέτρησης, διακρίνονται οι ακόλουθοι μετατροπείς:

Ο κύριος μορφοτροπέας μέτρησης είναι ένας μορφοτροπέας μέτρησης, ο οποίος επηρεάζεται άμεσα από τη μετρούμενη φυσική ποσότητα. Ο πρωτεύων μορφοτροπέας μέτρησης είναι ο πρώτος μορφοτροπέας στο κύκλωμα μέτρησης του οργάνου μέτρησης.

Ο αισθητήρας είναι ένας δομικά απομονωμένος πρωτεύων μορφοτροπέας μέτρησης.

Ο ανιχνευτής είναι ένας αισθητήρας στον τομέα των μετρήσεων της ιονίζουσας ακτινοβολίας.

Ενδιάμεσος μορφοτροπέας μέτρησης -- ένας μορφοτροπέας μέτρησης που καταλαμβάνει μια θέση στο κύκλωμα μέτρησης μετά τον κύριο μορφοτροπέα.

Ο μορφοτροπέας μέτρησης εκπομπής είναι ένας μορφοτροπέας μέτρησης που έχει σχεδιαστεί για απομακρυσμένη μετάδοση ενός σήματος πληροφοριών μέτρησης.

Μετατροπέας μέτρησης κλίμακας -- ένας μορφοτροπέας μέτρησης που έχει σχεδιαστεί για να αλλάζει το μέγεθος μιας ποσότητας ή ενός σήματος μέτρησης κατά έναν δεδομένο αριθμό φορές.

Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας, οι μετατροπείς χωρίζονται σε γεννήτρια και παραμετρικούς.

Γεννήτρια - αυτοί είναι μετατροπείς που, υπό την επίδραση της τιμής εισόδου, παράγουν οι ίδιοι ηλεκτρική ενέργεια (με τιμή εξόδου - τάση ή ρεύμα). Οι μορφοτροπείς μέτρησης της γεννήτριας μπορούν να συμπεριληφθούν στο κύκλωμα μέτρησης, όπου δεν υπάρχει πηγή ενέργειας. Παραδείγματα μορφοτροπέων μέτρησης γεννητριών είναι θερμοηλεκτρικοί και φωτοηλεκτρικοί μορφοτροπείς μέτρησης.

Παραμετρικοί - αυτοί είναι μετατροπείς που, υπό την επίδραση της μετρούμενης τιμής, αλλάζουν την τιμή της τιμής εξόδου ανάλογα με την αρχή λειτουργίας (με τιμή εξόδου με τη μορφή αλλαγής αντίστασης, χωρητικότητας και ανάλογα με την τιμή του την τιμή εισόδου), αυτές περιλαμβάνουν θερμικούς, χωρητικούς μορφοτροπείς μέτρησης.

Σύμφωνα με τη φυσική κανονικότητα στην οποία βασίζεται η λειτουργία του μορφοτροπέα, όλοι οι μορφοτροπείς μέτρησης μπορούν να χωριστούν στις ακόλουθες ομάδες:

αντίσταση?

Θερμικός;

ηλεκτρομαγνητικός;

Ηλεκτροστατική;

Ηλεκτροχημική;

Πιεζοηλεκτρική;

φωτοβολταϊκά?

Ηλεκτρονικός;

Ποσοστό.

Ας εξετάσουμε μερικές ομάδες μορφοτροπέων μέτρησης με περισσότερες λεπτομέρειες.

Οι αντισταστικοί μετατροπείς είναι σήμερα οι πιο συνηθισμένοι. Η αρχή λειτουργίας βασίζεται στην αλλαγή της ηλεκτρικής τους αντίστασης όταν αλλάζει η τιμή εισόδου.

Εικόνα 1. - Διάγραμμα ενός μορφοτροπέα μέτρησης με αντίσταση

Κατά την κατασκευή ενός μορφοτροπέα μέτρησης με αντίσταση, κάποιος προσπαθεί να διασφαλίσει ότι η αλλαγή στην αντίσταση R συμβαίνει υπό τη δράση μιας τιμής εισόδου (λιγότερο συχνά δύο).

Τα πλεονεκτήματα αυτού του μετατροπέα περιλαμβάνουν: απλότητα σχεδιασμού, μικρό μέγεθος και βάρος, υψηλή ευαισθησία, υψηλή ανάλυση σε χαμηλό επίπεδο σήμα εισόδου, απουσία κινητών επαφών συλλογής ρεύματος, υψηλή ταχύτητα, δυνατότητα λήψης του απαραίτητου νόμου μετασχηματισμού με επιλογή των κατάλληλων παραμέτρων σχεδιασμού, καμία επίδραση του κυκλώματος εισόδου στο κύκλωμα μέτρησης.

Ηλεκτρομαγνητικοί μορφοτροπείς μέτρησης - τέτοιοι μετατροπείς αποτελούν μια μεγάλη ομάδα μορφοτροπέων για τη μέτρηση διαφόρων φυσικών μεγεθών και, ανάλογα με την αρχή λειτουργίας, είναι παραμετρικοί και γεννήτριες.

Οι παραμετρικοί μετατροπείς περιλαμβάνουν εκείνους στους οποίους η μηχανική δράση εξόδου μετατρέπεται σε αλλαγή των παραμέτρων του μαγνητικού κυκλώματος - μαγνητική διαπερατότητα, μαγνητική αντίσταση RM, επαγωγή περιέλιξης L.

Προς γεννήτρια - μετατροπείς επαγωγικού τύπου που χρησιμοποιούν το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής για να λάβουν ένα σήμα εξόδου. Μπορούν να κατασκευαστούν με βάση μετασχηματιστές και ηλεκτρικές μηχανές. Η τελευταία ομάδα είναι ταχογεννήτριες, selsyn, περιστροφικοί μετασχηματιστές.

Οι τιμές των L και M μπορούν να αλλάξουν μειώνοντας ή αυξάνοντας το διάκενο, αλλάζοντας τη θέση του οπλισμού, αλλάζοντας τη διατομή S της μαγνητικής ροής, περιστρέφοντας τον οπλισμό σε σχέση με το ακίνητο τμήμα του μαγνητικού κυκλώματος, εισάγοντας ένα πλάκα σιδηρομαγνητικού υλικού στο διάκενο αέρα, μειώνοντας αντίστοιχα το 0 και τη μαγνητική αντίσταση του διακένου.

Οι μορφοτροπείς μέτρησης που μετατρέπουν τη φυσική τιμή εισόδου με τη μορφή μετατόπισης σε μεταβολή της επαγωγής ονομάζονται επαγωγικοί.

Οι μετατροπείς που μετατρέπουν την κίνηση σε μια αλλαγή στην αμοιβαία επαγωγή M ονομάζονται συνήθως μετασχηματιστές.

Σχήμα 2 - Σχέδιο ενός μορφοτροπέα μέτρησης που βασίζεται σε μια αλλαγή στη μαγνητική αντίσταση

Στους μετατροπείς μετασχηματιστών, μια αλλαγή στην αμοιβαία επαγωγή M μπορεί να επιτευχθεί όχι μόνο αλλάζοντας τη μαγνητική αντίσταση, αλλά και μετακινώντας μία από τις περιελίξεις κατά μήκος ή κατά μήκος του μαγνητικού κυκλώματος.

Εάν ασκηθούν δυνάμεις συμπίεσης, εφελκυσμού ή συστροφής στο κλειστό μαγνητικό κύκλωμα του μετατροπέα, τότε υπό την επιρροή τους η μαγνητική διαπερατότητα 0 του πυρήνα θα αλλάξει, γεγονός που θα οδηγήσει σε αλλαγή στη μαγνητική αντίσταση του πυρήνα και, κατά συνέπεια, σε μια αλλαγή στο L ή M.

Οι μετατροπείς που βασίζονται σε μια αλλαγή στη μαγνητική αντίσταση λόγω μιας αλλαγής στη μαγνητική διαπερατότητα ενός σιδηρομαγνητικού πυρήνα υπό την επίδραση μηχανικής παραμόρφωσης ονομάζονται μαγνητοελαστικοί. Χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μέτρηση δυνάμεων, πιέσεων, ροπών.

Εάν στο διάκενο ενός μόνιμου μαγνήτη ή ενός ηλεκτρομαγνήτη, μέσω της περιέλιξης του οποίου διέρχεται συνεχές ρεύμα, η περιέλιξη μετακινηθεί, τότε, σύμφωνα με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, εμφανίζεται ένα EMF στην περιέλιξη ίσο με

πού είναι ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής που συμπλέκεται με τις στροφές της περιέλιξης W.

Δεδομένου ότι ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής καθορίζεται από την ταχύτητα της περιέλιξης στο διάκενο αέρα, ο μετατροπέας έχει μια φυσική τιμή εισόδου με τη μορφή γραμμικού ή γωνιακού ρυθμού μετατόπισης και μια τιμή εξόδου με τη μορφή επαγόμενης EMF. Τέτοιοι μετατροπείς ονομάζονται επαγωγικοί.

Πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς - η αρχή λειτουργίας τέτοιων αισθητήρων βασίζεται στη χρήση άμεσου και αντίστροφου πιεζοηλεκτρικού φαινομένου.

Το άμεσο αποτέλεσμα είναι η ικανότητα ορισμένων υλικών να δημιουργούν ηλεκτρικά φορτία σε μια επιφάνεια όταν εφαρμόζεται μηχανικό φορτίο.

Το αντίθετο αποτέλεσμα - μια αλλαγή στη μηχανική τάση ή τις γεωμετρικές διαστάσεις σχηματίζει ένα υλικό υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου.

Ως πιεζοηλεκτρικά υλικά, χρησιμοποιούνται φυσικά υλικά - χαλαζίας, τουρμαλίνη, καθώς και τεχνητά πολωμένα κεραμικά με βάση τιτανίτη βάριο, τιτανίτη μολύβδου και ζιρκονικό μόλυβδο.

Ποσοτικά, το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο εκτιμάται από το πιεζοηλεκτρικό μέτρο Kd, το οποίο καθορίζει τη σχέση μεταξύ του αναδυόμενου φορτίου Q και της ασκούμενης δύναμης F, η οποία μπορεί να εκφραστεί με τον τύπο:

Ας εξετάσουμε έναν άλλο τύπο μορφοτροπέα μέτρησης - θερμικούς μετατροπείς.

Η αρχή λειτουργίας τους βασίζεται στη χρήση θερμικών διεργασιών (θέρμανση, ψύξη, ανταλλαγή θερμότητας) και η τιμή εισόδου τέτοιων αισθητήρων είναι η θερμοκρασία.

Ωστόσο, χρησιμοποιούνται ως μετατροπείς όχι μόνο θερμοκρασίας, αλλά και ποσοτήτων όπως ροή θερμότητας, ρυθμός ροής αερίου, υγρασία, στάθμη υγρού.

Κατά την κατασκευή θερμικών μετατροπέων, χρησιμοποιούνται συχνότερα φαινόμενα όπως η εμφάνιση θερμο-EMF, η εξάρτηση της αντίστασης μιας ουσίας από τη θερμοκρασία.

Ένα θερμοστοιχείο είναι ένα αισθητήριο στοιχείο που αποτελείται από δύο διαφορετικούς αγωγούς ή ημιαγωγούς που συνδέονται ηλεκτρικά και μετατρέπουν την ελεγχόμενη θερμοκρασία σε EMF.

Η αρχή της λειτουργίας ενός θερμοηλεκτρικού μετατροπέα βασίζεται στη χρήση μιας θερμοηλεκτρικής δύναμης που προκύπτει σε ένα κύκλωμα δύο ανόμοιων αγωγών, οι ενώσεις (ενώσεις) των οποίων θερμαίνονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες.

Το πρόσημο και η τιμή του thermo-EMF στο κύκλωμα εξαρτώνται από τον τύπο του υλικού και τη διαφορά θερμοκρασίας στις διασταυρώσεις.

Με μια μικρή διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των συνδέσμων, το thermo-EMF μπορεί να θεωρηθεί ανάλογο της διαφοράς θερμοκρασίας:

Ένα θερμοστοιχείο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της θερμοκρασίας.

Για τα θερμοστοιχεία χρησιμοποιούνται διάφορα υλικά. πολύτιμα μέταλλα(πλατίνα, χρυσός, ιρίδιο, ρόδιο και τα κράματά τους), καθώς και βασικά μέταλλα (χάλυβας, νικέλιο, χρώμιο, κράματα νικελίου).

Τα θερμοστοιχεία πυριτίου και σεληνίου (ημιαγωγοί) χρησιμοποιούνται σχετικά σπάνια, έχουν χαμηλή μηχανική αντοχή, έχουν υψηλή εσωτερική αντίσταση, αν και παρέχουν μεγάλο θερμο-EMF σε σύγκριση με τα μέταλλα.

Το Thermo-EMF εμφανίζεται μόνο σε ενώσεις ανόμοιων υλικών. Κατά τη σύγκριση διαφορετικών υλικών, λαμβάνεται ως βάση το thermo-EMF της πλατίνας, σε σχέση με το οποίο προσδιορίζεται το thermo-EMF άλλων υλικών.

Για να αυξηθεί το EMF εξόδου, χρησιμοποιείται μια σειρά σύνδεσης θερμοστοιχείων, σχηματίζοντας ένα θερμοστοιχείο.

Πλεονεκτήματα των θερμοστοιχείων - δυνατότητα μετρήσεων σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. απλότητα της συσκευής? λειτουργική αξιοπιστία.

Μειονεκτήματα - όχι υψηλή ευαισθησία, μεγάλη αδράνεια, ανάγκη διατήρησης σταθερής θερμοκρασίας ελεύθερων διασταυρώσεων.

Οι μετατροπείς θερμίστορ λειτουργούν με βάση την ιδιότητα ενός αγωγού ή ημιαγωγού να αλλάζει την ηλεκτρική του αντίσταση με αλλαγή της θερμοκρασίας.

Για τέτοιους αισθητήρες, χρησιμοποιούνται υλικά που έχουν υψηλή σταθερότητα, υψηλή αναπαραγωγιμότητα ηλεκτρικής αντίστασης σε δεδομένη θερμοκρασία, σημαντική ειδική αντίσταση, σταθερότητα χημικών και φυσικών ιδιοτήτων όταν θερμαίνονται και αδράνεια στην επίδραση του υπό μελέτη μέσου.

Αυτά τα υλικά περιλαμβάνουν κυρίως πλατίνα, χαλκό, νικέλιο και βολφράμιο. Τα πιο συνηθισμένα είναι τα θερμίστορ πλατίνας και χαλκού.

Τα θερμίστορ πλατίνας χρησιμοποιούνται στην περιοχή από 0 έως 6500 C. από 0 έως - 2000 C. Το μειονέκτημά τους είναι ότι χάνουν τη σταθερότητα των χαρακτηριστικών τους και η ευθραυστότητα του υλικού αυξάνεται σε υψηλές θερμοκρασίες.

Τα θερμίστορ χαλκού χρησιμοποιούνται στην περιοχή θερμοκρασίας από 50 έως 1800C, είναι αρκετά ανθεκτικά στη διάβρωση, φθηνά.

Τα μειονεκτήματά τους: υψηλή οξειδωτικότητα όταν θερμαίνονται, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιούνται σε σχετικά στενό εύρος θερμοκρασιών σε περιβάλλοντα με χαμηλή υγρασία και απουσία επιθετικών αερίων.

Τα θερμίστορ ημιαγωγών διαφέρουν από τα μεταλλικά στο μικρότερο μέγεθος και την αδράνειά τους. Το μειονέκτημα είναι η μη γραμμική εξάρτηση της αντίστασης από τη θερμοκρασία.

Τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα φορτίου που διέρχεται από αυτά θα πρέπει να είναι μικρό. Εάν αυτό το ρεύμα είναι μεγάλο, τότε η υπερθέρμανση του θερμίστορ σε σχέση με το περιβάλλον μπορεί να γίνει σημαντική. Η καθορισμένη τιμή της υπερθέρμανσης και, κατά συνέπεια, η αντίσταση σε αυτή την περίπτωση θα καθοριστεί από τις συνθήκες μεταφοράς θερμότητας από την επιφάνεια του θερμίστορ.

Εικόνα 3 - Γενική μορφήθερμοηλεκτρικός μετατροπέας

Εάν ένα θερμαινόμενο θερμίστορ τοποθετηθεί σε ένα μέσο με μεταβλητά θερμοφυσικά χαρακτηριστικά, τότε καθίσταται δυνατή η μέτρηση ορισμένων φυσικών μεγεθών: ο ρυθμός ροής υγρού και αερίων, η πυκνότητα των αερίων.

Η ευαισθησία των θερμίστορ χάλκινου σύρματος είναι σταθερή, ενώ η ευαισθησία των πλατινένιων μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία. Με τις ίδιες τιμές R 0, η ευαισθησία των θερμίστορ χαλκού είναι υψηλότερη.

Το εύρος των μετρούμενων θερμοκρασιών με χρήση θερμίστορ με ευαίσθητα στοιχεία από πλατίνα και χαλκό είναι από - 200 έως + 1100 0 C.

Κατά τη μέτρηση υψηλών θερμοκρασιών, χρησιμοποιούνται όργανα μέτρησης χωρίς επαφή - πυρόμετρα, τα οποία μετρούν τη θερμοκρασία με θερμική ακτινοβολία. Τα πυρόμετρα παράγονται σειριακά, παρέχοντας μέτρηση θερμοκρασίας στην περιοχή από 20 έως 6000 0 C.

Η μέθοδος μέτρησης θερμοκρασίας χωρίς επαφή βασίζεται στην εξάρτηση από τη θερμοκρασία της ακτινοβολίας του μαύρου σώματος, δηλ. ένα σώμα ικανό να απορροφά πλήρως την ακτινοβολία οποιουδήποτε μήκους κύματος προσπίπτει σε αυτό.

Τα πιο σημαντικά μετρολογικά χαρακτηριστικά των μετατροπέων είναι: ονομαστικό χαρακτηριστικό στατικής μετατροπής, ευαισθησία, βασικό σφάλμα, πρόσθετα σφάλματα ή συναρτήσεις επιρροής, διακύμανση σήματος εξόδου, σύνθετη αντίσταση εξόδου, δυναμικά χαρακτηριστικά κ.λπ.

Τα πιο σημαντικά μη μετρολογικά χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν διαστάσεις, βάρος, ευκολία εγκατάστασης και συντήρησης, ασφάλεια από έκρηξη, αντοχή σε μηχανικές, θερμικές, ηλεκτρικές και άλλες υπερφορτώσεις, αξιοπιστία, κόστος κατασκευής και λειτουργίας κ.λπ.

Ανάλογα με τον τύπο του σήματος εξόδου, όλοι οι μορφοτροπείς μέτρησης χωρίζονται σε παραμετρικήΚαι γεννήτρια.Ταξινομούνται επίσης σύμφωνα με την αρχή της δράσης. Μόνο οι πομποί που έχουν λάβει τη μεγαλύτερη χρήση συζητούνται παρακάτω.

13.1 Παραμετρικοί μετατροπείς

Γενικές πληροφορίες.Στους παραμετρικούς μετατροπείς, η τιμή εξόδου είναι η παράμετρος του ηλεκτρικού κυκλώματος (R, L, M, C).Όταν χρησιμοποιείτε παραμετρικούς μετατροπείς, απαιτείται μια πρόσθετη πηγή ισχύος, η ενέργεια της οποίας χρησιμοποιείται για να σχηματίσει το σήμα εξόδου του μορφοτροπέα.

Μετατροπείς ρεοστάτη.Οι ρεοστατικοί μετατροπείς βασίζονται στην αλλαγή της ηλεκτρικής αντίστασης του αγωγού υπό την επίδραση της τιμής εισόδου - μετατόπισης. Ένας μορφοτροπέας ρεοστάτη είναι ένας ρεοστάτης του οποίου η βούρτσα (κινούμενη επαφή) κινείται υπό την επίδραση μιας μετρούμενης μη ηλεκτρικής ποσότητας. Στο σχ. Το 11-5 δείχνει σχηματικά ορισμένα σχέδια μετατροπέων ρεοστάτη για γωνιακούς (Εικ. 11-5, ΕΝΑ)και γραμμικές (Εικ. 11-5, β και γ) κινήσεις. Ο μετατροπέας αποτελείται από μια περιέλιξη που εφαρμόζεται στο πλαίσιο και μια βούρτσα. Για την κατασκευή κουφωμάτων χρησιμοποιούνται διηλεκτρικά και μέταλλα. Το σύρμα περιέλιξης είναι κατασκευασμένο από κράματα (κράμα πλατίνας με ιρίδιο, κονταντάνη, νικρώμιο και φεχράλη). Για την περιέλιξη, χρησιμοποιείται συνήθως μονωμένο σύρμα. Αφού γίνει η περιέλιξη, η μόνωση του σύρματος καθαρίζεται στα σημεία επαφής με τη βούρτσα. Η βούρτσα μετατροπέα είναι κατασκευασμένη είτε από σύρματα είτε από επίπεδες ελαστικές λωρίδες και χρησιμοποιούνται τόσο καθαρά μέταλλα (πλατίνα, ασήμι) όσο και κράματα (πλατίνα με ιρίδιο, φώσφορος μπρούτζος κ.λπ.).

Ρύζι. 11-5. Μορφοτροπείς ρεοστάτη για γωνιακό (α), γραμμικό (σι)μετατοπίσεις και για το λειτουργικό μετασχηματισμό γραμμικών μετατοπίσεων (γ)

Οι διαστάσεις του μετατροπέα καθορίζονται από την τιμή της μετρούμενης μετατόπισης, την αντίσταση της περιέλιξης και την ισχύ που απελευθερώνεται στην περιέλιξη.

Για να ληφθεί μια συνάρτηση μη γραμμικού μετασχηματισμού, χρησιμοποιούνται λειτουργικοί μετατροπείς ρεοστάτη. Ο επιθυμητός χαρακτήρας του μετασχηματισμού επιτυγχάνεται συχνά με το προφίλ του πλαισίου του μετατροπέα (Εικ. 11-5, V).

Στους ρεοστατικούς μετατροπείς που εξετάζουμε, το χαρακτηριστικό στατικής μετατροπής έχει κλιμακωτό χαρακτήρα, αφού η αντίσταση αλλάζει σε άλματα ίσα με την αντίσταση μιας στροφής, γεγονός που προκαλεί σφάλμα. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται μετατροπείς ρεόχορδου, στους οποίους η βούρτσα ολισθαίνει κατά μήκος του άξονα του σύρματος. Αυτοί οι μετατροπείς δεν έχουν το καθορισμένο σφάλμα. Οι ρεοστατικοί μετατροπείς περιλαμβάνονται στα κυκλώματα μέτρησης με τη μορφή γεφυρών ισορροπίας και μη ισορροπίας, διαιρέτες τάσης κ.λπ.

Τα πλεονεκτήματα των μετατροπέων περιλαμβάνουν τη δυνατότητα απόκτησης υψηλής ακρίβειας μετατροπής, σημαντικά σήματα εξόδου και σχετική απλότητα σχεδιασμού. Μειονεκτήματα - η παρουσία συρόμενης επαφής, η ανάγκη για σχετικά μεγάλες κινήσεις και μερικές φορές σημαντική προσπάθεια μετακίνησης.

Οι ρεοστατικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή σχετικά μεγάλων μετατοπίσεων και άλλων μη ηλεκτρικών μεγεθών (δυνάμεις, πιέσεις κ.λπ.) που μπορούν να μετατραπούν σε μετατόπιση.

Μορφοτροπείς (αισθητήρες) ευαίσθητοι στην καταπόνηση.Η λειτουργία των μετατροπέων βασίζεται στο φαινόμενο του τανυστήρα, το οποίο συνίσταται στην αλλαγή της ενεργού αντίστασης του αγωγού (ημιαγωγού) υπό την επίδραση της μηχανικής καταπόνησης και της παραμόρφωσης που προκαλείται σε αυτόν.

Ρύζι. 11-6. Μετατροπέας σύρματος μετρητή τάσης

Εάν το σύρμα υποβληθεί σε μηχανική καταπόνηση, όπως τέντωμα, τότε η αντίστασή του θα αλλάξει. Η αλλαγή στην αντίσταση του σύρματος υπό μηχανική δράση πάνω του εξηγείται από μια αλλαγή στις γεωμετρικές διαστάσεις (μήκος, διάμετρος) και στην ειδική αντίσταση του υλικού.

Οι ευαίσθητοι στην καταπόνηση μορφοτροπείς, που χρησιμοποιούνται ευρέως σήμερα (Εικ. 11-6), είναι ένα λεπτό ζιγκ-ζαγκ τοποθετημένο και κολλημένο σε μια λωρίδα χαρτιού (υπόστρωμα /) σύρμα 2 (συρμάτινη σχάρα). Ο μετατροπέας συνδέεται στο κύκλωμα χρησιμοποιώντας συγκολλημένα ή συγκολλημένα καλώδια 3. Ο μορφοτροπέας είναι κολλημένος στην επιφάνεια του υπό μελέτη τμήματος έτσι ώστε η κατεύθυνση της αναμενόμενης παραμόρφωσης να συμπίπτει με τον διαμήκη άξονα του συρμάτινου πλέγματος.

Για την κατασκευή μορφοτροπέων χρησιμοποιείται κυρίως σύρμα σταθεράς διαμέτρου 0,02-0,05 mm. (S== 1,9 - 2,1). Το Constantan έχει χαμηλό συντελεστή ηλεκτρικής αντίστασης θερμοκρασίας, το οποίο είναι πολύ σημαντικό, καθώς η αλλαγή στην αντίσταση των μορφοτροπέων κατά τη διάρκεια παραμορφώσεων, για παράδειγμα, χαλύβδινων εξαρτημάτων είναι ανάλογη με την αλλαγή στην αντίσταση του μορφοτροπέα με αλλαγή θερμοκρασίας. Ως υπόστρωμα, χρησιμοποιείται λεπτό χαρτί (0,03-0,05 mm), καθώς και μια μεμβράνη από βερνίκι ή κόλλα και σε υψηλές θερμοκρασίες, μια στρώση τσιμέντου.

Χρησιμοποιούνται επίσης μετατροπείς αλουμινίου, στους οποίους χρησιμοποιούνται μετρητές τάσης φύλλου και φιλμ αντί για σύρμα, που λαμβάνονται με εξάχνωση ενός ευαίσθητου στην παραμόρφωση υλικού με την επακόλουθη απόθεσή του σε ένα υπόστρωμα.

Χρησιμοποιούνται κόλλες για τη συγκόλληση του σύρματος στο υπόστρωμα και ολόκληρου του μορφοτροπέα στο εξάρτημα (διάλυμα κυτταρίνης σε ακετόνη, BF-2, κόλλα BF-4, βακελίτης κ.λπ.). Για υψηλές θερμοκρασίες (πάνω από 200 °C), χρησιμοποιούνται θερμοανθεκτικά τσιμέντα, βερνίκια σιλικόνης και κόλλες κ.λπ.

Οι μετατροπείς διατίθενται σε διαφορετικά μεγέθη ανάλογα με τον σκοπό. Τις περισσότερες φορές, χρησιμοποιούνται μετατροπείς με μήκος σχάρας (βάση) από 5 έως 50 mm, με αντίσταση 30-500 ohms.

Μια αλλαγή στη θερμοκρασία προκαλεί μια αλλαγή στα χαρακτηριστικά μετασχηματισμού των μετρητών καταπόνησης, η οποία εξηγείται από την εξάρτηση από τη θερμοκρασία της αντίστασης του μορφοτροπέα και τη διαφορά στους συντελεστές θερμοκρασίας γραμμικής διαστολής του υλικού του μετρητή τάσης και του υπό μελέτη τμήματος . Η επίδραση της θερμοκρασίας συνήθως εξαλείφεται με την εφαρμογή κατάλληλων μεθόδων αντιστάθμισης θερμοκρασίας.

Ένας επικολλημένος μορφοτροπέας μετρητή τάσης δεν μπορεί να αφαιρεθεί από το ένα μέρος και να επικολληθεί σε άλλο. Επομένως, για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών του μετασχηματισμού (συντελεστής S), καταφεύγει κανείς σε επιλεκτική βαθμονόμηση των μετατροπέων, η οποία δίνει την τιμή του συντελεστή S με σφάλμα ±1%. Οι μέθοδοι για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών των μετρητών καταπόνησης ρυθμίζονται από το πρότυπο. Τα πλεονεκτήματα αυτών των μετατροπέων είναι η γραμμικότητα του χαρακτηριστικού στατικής μετατροπής, οι μικρές διαστάσεις και το βάρος και η απλότητα του σχεδιασμού. Το μειονέκτημά τους είναι η χαμηλή ευαισθησία τους.

Σε εκείνες τις περιπτώσεις όπου απαιτείται υψηλή ευαισθησία, χρησιμοποιούνται ευαίσθητοι στην καταπόνηση μορφοτροπείς κατασκευασμένοι με τη μορφή λωρίδων από υλικό ημιαγωγού. Ο συντελεστής S για τέτοιους μετατροπείς φτάνει αρκετές εκατοντάδες. Ωστόσο, η αναπαραγωγιμότητα των χαρακτηριστικών των μετατροπέων ημιαγωγών είναι φτωχή. Επί του παρόντος, τα ολοκληρωμένα μετρητές καταπόνησης ημιαγωγών παράγονται μαζικά, σχηματίζοντας μια γέφυρα ή μισή γέφυρα με στοιχεία θερμικής αντιστάθμισης.

Οι γέφυρες ισορροπίας και μη ισορροπίας χρησιμοποιούνται ως κυκλώματα μέτρησης για μετρητές καταπόνησης. Οι μετρητές καταπόνησης χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση παραμορφώσεων και άλλων μη ηλεκτρικών μεγεθών: δυνάμεις, πιέσεις, ροπές κ.λπ.

Θερμικά ευαίσθητοι μετατροπείς (θερμίστορ). Η αρχή λειτουργίας των μετατροπέων βασίζεται στην εξάρτηση της ηλεκτρικής αντίστασης αγωγών ή ημιαγωγών από τη θερμοκρασία.

Η ανταλλαγή θερμότητας λαμβάνει χώρα μεταξύ του θερμίστορ και του υπό έρευνα μέσου κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μέτρησης. Δεδομένου ότι το θερμίστορ περιλαμβάνεται στο ηλεκτρικό κύκλωμα, με τη βοήθεια του οποίου μετράται η αντίστασή του, ένα ρεύμα ρέει μέσα από αυτό, απελευθερώνοντας θερμότητα σε αυτό. Η ανταλλαγή θερμότητας του θερμίστορ με το μέσο συμβαίνει λόγω της θερμικής αγωγιμότητας του μέσου και της μεταφοράς σε αυτό, της θερμικής αγωγιμότητας του ίδιου του θερμίστορ και των εξαρτημάτων στα οποία είναι προσαρτημένο και, τέλος, λόγω της ακτινοβολίας. Η ένταση της μεταφοράς θερμότητας, και επομένως η θερμοκρασία του θερμίστορ, εξαρτάται από τις γεωμετρικές του διαστάσεις και το σχήμα του, από το σχεδιασμό των προστατευτικών εξαρτημάτων, από τη σύνθεση, την πυκνότητα, τη θερμική αγωγιμότητα, το ιξώδες και άλλες φυσικές ιδιότητες του αερίου ή υγρού μέσου που περιβάλλει το θερμίστορ, καθώς και για τη θερμοκρασία και την ταχύτητα κίνησης του μέσου .

Ρύζι. 11-7. Συσκευή(ες) και εμφάνισηεξαρτήματα (β) θερμίστορ πλατίνας

Έτσι, η εξάρτηση της θερμοκρασίας, και συνεπώς η αντίσταση του θερμίστορ στους παράγοντες που αναφέρονται παραπάνω, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση διαφόρων μη ηλεκτρικών μεγεθών που χαρακτηρίζουν ένα αέριο ή υγρό μέσο. Κατά το σχεδιασμό του μορφοτροπέα, ο στόχος είναι να διασφαλιστεί ότι η ανταλλαγή θερμότητας του θερμίστορ με το μέσο καθορίζεται κυρίως από τη μετρούμενη μη ηλεκτρική ποσότητα.

Σύμφωνα με τον τρόπο λειτουργίας, τα θερμίστορ υπερθερμαίνονται και χωρίς σκόπιμη υπερθέρμανση. Σε μετατροπείς χωρίς υπερθέρμανση, το ρεύμα που διέρχεται από το θερμίστορ πρακτικά δεν προκαλεί υπερθέρμανση και η θερμοκρασία του τελευταίου καθορίζεται από τη θερμοκρασία του μέσου. Αυτοί οι μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Στους μετατροπείς υπερθέρμανσης, το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί υπερθέρμανση, ανάλογα με τις ιδιότητες του μέσου. Οι μετατροπείς υπερθέρμανσης χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της ταχύτητας, της πυκνότητας, της σύνθεσης του μέσου, κ.λπ. Επειδή τα θερμίστορ υπερθέρμανσης επηρεάζονται από τη θερμοκρασία του μέσου, χρησιμοποιούνται συνήθως μέθοδοι κυκλώματος για την αντιστάθμιση αυτού του φαινομένου.

Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας, τα πιο συνηθισμένα θερμίστορ είναι κατασκευασμένα από πλατίνα ή σύρμα χαλκού.

Τα τυπικά θερμίστορ πλατίνας χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας στην περιοχή από -260 έως + 1100 ° C, χαλκού - στην περιοχή από - 200 έως + 200 ° C (GOST 6651-78). Τα θερμίστορ πλατίνας χαμηλής θερμοκρασίας (GOST 12877-76) χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση θερμοκρασιών στην περιοχή από -261 έως -183 °C.

Στο σχ. 11-7, ΕΝΑΕμφανίζεται η συσκευή ενός θερμίστορ πλατίνας. Στα κανάλια του κεραμικού σωλήνα 2 υπάρχουν δύο (ή τέσσερα) τμήματα της έλικας 3 κατασκευασμένο από σύρμα πλατίνας συνδεδεμένο σε σειρά. Συγκολλήστε τα καλώδια στα άκρα της σπείρας 4, χρησιμοποιείται για να συμπεριλάβει ένα θερμίστορ στο κύκλωμα μέτρησης. Η στερέωση των καλωδίων και η σφράγιση του κεραμικού σωλήνα γίνονται με γλάσο /. Τα κανάλια του σωλήνα καλύπτονται με άνυδρη σκόνη οξειδίου του αλουμινίου, η οποία λειτουργεί ως μονωτήρας και συγκράτηση της σπείρας. Η άνυδρη σκόνη αλουμίνας, με υψηλή θερμική αγωγιμότητα και χαμηλή θερμοχωρητικότητα, παρέχει καλή μεταφορά θερμότητας και χαμηλή αδράνεια του θερμίστορ. Για την προστασία του θερμίστορ από μηχανικές και χημικές επιδράσεις του εξωτερικού περιβάλλοντος, τοποθετείται σε προστατευτικά εξαρτήματα (Εικ. 11-7, β) από ανοξείδωτο χάλυβα.

Οι αρχικές αντιστάσεις (στους 0 ° C) των τυπικών θερμίστορ πλατίνας είναι 1, 5, 10, 46, 50, 100 και 500 Ohms, χαλκός - 10, 50, 53 και 100 Ohm.

Η επιτρεπόμενη τιμή του ρεύματος που διαρρέει το θερμίστορ όταν περιλαμβάνεται στο κύκλωμα μέτρησης πρέπει να είναι τέτοια ώστε η μεταβολή της αντίστασης του θερμίστορ κατά τη θέρμανση να μην υπερβαίνει το 0,1% της αρχικής αντίστασης.

Τα χαρακτηριστικά στατικής μετατροπής με τη μορφή πινάκων (βαθμονόμηση) και οι επιτρεπόμενες αποκλίσεις αυτών των χαρακτηριστικών για τυπικά θερμίστορ δίνονται στο GOST 6651-78.

Εκτός από την πλατίνα και τον χαλκό, μερικές φορές χρησιμοποιείται νικέλιο για την κατασκευή θερμίστορ.

Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται επίσης θερμίστορ ημιαγωγών (θερμίστορ) διαφόρων τύπων, τα οποία χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερη ευαισθησία (TCS thermistor-

η αντίσταση είναι αρνητική και στους 20 °C είναι 10-15 φορές υψηλότερη από το TCR του χαλκού και της πλατίνας) και έχουν υψηλότερες αντιστάσεις (έως 1 MΩ) σε πολύ μικρά μεγέθη. Το μειονέκτημα των θερμίστορ είναι η κακή αναπαραγωγιμότητα και η μη γραμμικότητα του χαρακτηριστικού μετατροπής:

Οπου rtΚαι Ro- αντίσταση θερμίστορ σε θερμοκρασίες ΤΚαι Οτι; Οτι- αρχική θερμοκρασία του εύρους λειτουργίας. ΣΕ- συντελεστής.

Τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται στο εύρος θερμοκρασίας από -60 έως + 120°C.

Για τη μέτρηση θερμοκρασιών από -80 έως -f-150 ° C, χρησιμοποιούνται θερμικές δίοδοι και θερμοτρανζίστορ, στα οποία η αντίσταση αλλάζει υπό την επίδραση της θερμοκρασίας R- i-junction και πτώση τάσης σε αυτή τη διασταύρωση. Η ευαισθησία τάσης του θερμοτρανζίστορ είναι 1,5-2,0 mV/K, η οποία υπερβαίνει σημαντικά την ευαισθησία των τυπικών θερμοστοιχείων (βλ. Πίνακα 11-1). Αυτοί οι μετατροπείς περιλαμβάνονται συνήθως σε κυκλώματα γεφυρών και κυκλώματα με τη μορφή διαιρετών τάσης.

Τα πλεονεκτήματα των θερμικών διόδων και των θερμικών τρανζίστορ είναι η υψηλή ευαισθησία, το μικρό μέγεθος και η χαμηλή αδράνεια, η υψηλή αξιοπιστία και το χαμηλό κόστος. μειονεκτήματα - στενό εύρος θερμοκρασίας και κακή αναπαραγωγιμότητα των χαρακτηριστικών στατικής μετατροπής. Η επίδραση του τελευταίου μειονεκτήματος μειώνεται με τη χρήση ειδικών κυκλωμάτων.

Η θερμική αδράνεια των τυπικών θερμίστορ σύμφωνα με το GOST 6651-78 χαρακτηρίζεται από έναν δείκτη θερμικής αδράνειας v^, ο οποίος ορίζεται ως ο χρόνος που απαιτείται ώστε η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του μέσου και οποιουδήποτε σημείου του μετατροπέα που εισάγεται σε αυτό να γίνει ίση με 0,37 του αυτή την τιμή όταν ο μετατροπέας εισάγεται σε περιβάλλον με σταθερή θερμοκρασία, την οποία είχε τη στιγμή της έναρξης ενός κανονικού θερμικού καθεστώτος. Ο δείκτης θερμικής αδράνειας προσδιορίζεται από εκείνο το τμήμα της καμπύλης μεταβατικής θερμικής διεργασίας του μετατροπέα, το οποίο αντιστοιχεί στον κανονικό τρόπο λειτουργίας, δηλ. έχει εκθετικό χαρακτήρα (σε ημιλογαριθμική κλίμακα - ευθεία γραμμή). Η τιμή του e^ για διάφορους τύπους τυπικών μετατροπέων κυμαίνεται από αρκετές δεκάδες δευτερόλεπτα έως αρκετά λεπτά.

Όταν χρειάζονται θερμίστορ ταχείας αντίστασης, χρησιμοποιείται πολύ λεπτό σύρμα (μικροσύρμα) για την κατασκευή τους ή χρησιμοποιούνται θερμίστορ μικρού όγκου (σφαιρίδια) ή θερμοτρανζίστορ.

Ρύζι. 11-8. Μετατροπέας αναλυτών αερίων με βάση την αρχή της μέτρησης της θερμικής αγωγιμότητας

Rs. 11-9. Εξάρτηση της θερμικής αγωγιμότητας αερίου από την πίεση

Τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται σε όργανα για την ανάλυση μιγμάτων αερίων. Πολλά μείγματα αερίων διαφέρουν μεταξύ τους και από τον αέρα ως προς τη θερμική αγωγιμότητα.

Σε συσκευές ανάλυσης αερίων - αναλυτές αερίων - χρησιμοποιείται ένα θερμίστορ υπερθέρμανσης πλατίνας (Εικ. 11-8) τοποθετημένο σε θάλαμο για τη μέτρηση της θερμικής αγωγιμότητας 2 με το αναλυόμενο αέριο. Ο σχεδιασμός του θερμίστορ, των εξαρτημάτων και του θαλάμου, καθώς και η τιμή του ρεύματος θέρμανσης, επιλέγονται έτσι ώστε η ανταλλαγή θερμότητας με το μέσο να πραγματοποιείται κυρίως λόγω της θερμικής αγωγιμότητας του αερίου μέσου.

Για την εξάλειψη της επίδρασης της εξωτερικής θερμοκρασίας, εκτός από τη θερμοκρασία λειτουργίας, χρησιμοποιείται ένας θάλαμος αντιστάθμισης με θερμίστορ γεμάτο με αέριο σταθερής σύνθεσης. Και οι δύο θάλαμοι κατασκευάζονται με τη μορφή ενός ενιαίου μπλοκ, το οποίο παρέχει στους θαλάμους τις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας. Κατά τη διάρκεια των μετρήσεων, τα θερμίστορ εργασίας και αντιστάθμισης περιλαμβάνονται στους παρακείμενους βραχίονες της γέφυρας, γεγονός που οδηγεί σε αντιστάθμιση της επίδρασης της θερμοκρασίας.

Τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται σε συσκευές για τη μέτρηση του βαθμού αραίωσης. Στο σχ. 11-9 δείχνει την εξάρτηση της θερμικής αγωγιμότητας του αερίου που βρίσκεται μεταξύ των σωμάτων ΕΝΑΚαι ΣΙ,από την πίεση του.

Έτσι, η θερμική αγωγιμότητα ενός αερίου εξαρτάται από τον αριθμό των μορίων ανά μονάδα όγκου, δηλαδή από την πίεση (βαθμός αραίωσης). Η εξάρτηση της θερμικής αγωγιμότητας ενός αερίου από την πίεση χρησιμοποιείται σε μετρητές κενού - συσκευές για τη μέτρηση του βαθμού αραίωσης.

Για τη μέτρηση της θερμικής αγωγιμότητας σε μετρητές κενού, χρησιμοποιούνται θερμίστορ μετάλλου (πλατίνα) και ημιαγωγών, τοποθετημένα σε γυάλινο ή μεταλλικό δοχείο, το οποίο συνδέεται με ελεγχόμενο περιβάλλον.

Τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται σε συσκευές για τη μέτρηση της ταχύτητας ροής αερίου - ανεμόμετρα θερμού σύρματος. Η θερμοκρασία σταθερής κατάστασης ενός θερμίστορ υπερθέρμανσης που τοποθετείται στη διαδρομή της ροής του αερίου εξαρτάται από τον ρυθμό ροής. Σε αυτή την περίπτωση, η συναγωγή (αναγκαστική) θα είναι ο κύριος τρόπος ανταλλαγής θερμότητας μεταξύ του θερμίστορ και του μέσου. Η μεταβολή της αντίστασης του θερμίστορ λόγω της απομάκρυνσης της θερμότητας από την επιφάνειά του από ένα κινούμενο μέσο σχετίζεται λειτουργικά με την ταχύτητα του μέσου.

Ο σχεδιασμός και ο τύπος του θερμίστορ, των εξαρτημάτων και του ρεύματος θερμίστορ θέρμανσης επιλέγονται έτσι ώστε όλες οι διαδρομές μεταφοράς θερμότητας να μειώνονται ή να αποκλείονται, εκτός από τις συναγωγικές.

Τα πλεονεκτήματα των ανεμόμετρων θερμού καλωδίου είναι η υψηλή ευαισθησία και η ταχύτητα. Αυτές οι συσκευές καθιστούν δυνατή τη μέτρηση ταχυτήτων από 1 έως 100-200 m/s χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα μέτρησης, με τη βοήθεια του οποίου η θερμοκρασία του θερμίστορ διατηρείται αυτόματα σχεδόν αμετάβλητη.

ηλεκτρολυτικοί μετατροπείς. Οι ηλεκτρολυτικοί μετατροπείς βασίζονται στην εξάρτηση της ηλεκτρικής αντίστασης ενός διαλύματος ηλεκτρολύτη από τη συγκέντρωσή του. Χρησιμοποιούνται κυρίως για τη μέτρηση της συγκέντρωσης των διαλυμάτων.

Στο σχ. 11-10, για παράδειγμα, φαίνονται γραφήματα των εξαρτήσεων της ηλεκτρικής αγωγιμότητας ορισμένων διαλυμάτων ηλεκτρολυτών από τη συγκέντρωση Μεδιαλυτό. Από αυτό το σχήμα προκύπτει ότι, σε ένα ορισμένο εύρος συγκέντρωσης, η εξάρτηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας από τη συγκέντρωση είναι σαφής και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό Με.

Ρύζι. 11-10. Εξάρτηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των διαλυμάτων ηλεκτρολυτών από τη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας

Ρύζι. 11-11. Εργαστηριακός ηλεκτρολυτικός μετατροπέας

Ο μορφοτροπέας που χρησιμοποιείται στο εργαστήριο για τη μέτρηση της συγκέντρωσης είναι ένα δοχείο με δύο ηλεκτρόδια (ηλεκτρολυτικό στοιχείο) (Εικ. 11-11). Για βιομηχανικές συνεχείς μετρήσεις, οι μορφοτροπείς είναι διαπερατοί και συχνά χρησιμοποιούνται κατασκευές στις οποίες τα τοιχώματα του δοχείου (μέταλλο) παίζουν το ρόλο του δεύτερου ηλεκτροδίου.

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των διαλυμάτων εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Έτσι, όταν χρησιμοποιείτε ηλεκτρολυτικούς μετατροπείς, είναι απαραίτητο να εξαλειφθεί η επίδραση της θερμοκρασίας. Αυτό το πρόβλημα επιλύεται με τη σταθεροποίηση της θερμοκρασίας του διαλύματος με χρήση ψυγείου (θερμαντήρα) ή με τη χρήση κυκλωμάτων αντιστάθμισης θερμοκρασίας με χάλκινα θερμίστορ, καθώς οι συντελεστές θερμοκρασίας αγωγιμότητας των διαλυμάτων χαλκού και ηλεκτρολυτών έχουν αντίθετα σημάδια.

Κατά το πέρασμα συνεχές ρεύμαΗ ηλεκτρόλυση του διαλύματος γίνεται μέσω του μετατροπέα, γεγονός που οδηγεί σε παραμόρφωση των αποτελεσμάτων της μέτρησης. Επομένως, οι μετρήσεις αντίστασης διαλύματος πραγματοποιούνται συνήθως με εναλλασσόμενο ρεύμα (700-1000 Hz), τις περισσότερες φορές χρησιμοποιώντας κυκλώματα γεφυρών.

Επαγωγικοί μετατροπείς. Η αρχή λειτουργίας των μετατροπέων βασίζεται στην εξάρτηση της επαγωγής ή της αμοιβαίας επαγωγής των περιελίξεων στο μαγνητικό κύκλωμα από τη θέση, τις γεωμετρικές διαστάσεις και τη μαγνητική κατάσταση των στοιχείων του μαγνητικού τους κυκλώματος.

Ρύζι. 11-12. Μαγνητικό κύκλωμα με κενά και δύο περιελίξεις

Η αυτεπαγωγή και η αμοιβαία αυτεπαγωγή μπορούν να αλλάξουν επιδρώντας στο μήκος b, στη διατομή του τμήματος αέρα του μαγνητικού κυκλώματος s, στις απώλειες ισχύος στο μαγνητικό κύκλωμα και με άλλους τρόπους. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί, για παράδειγμα, μετακινώντας τον κινητό πυρήνα (οπλισμός) / (Εικ. 11-12) σε σχέση με το σταθερό 2, την εισαγωγή μιας μη μαγνητικής μεταλλικής πλάκας 3 στο διάκενο αέρα κ.λπ.

Στο σχ. 11-13 δείχνουν σχηματικά Διάφοροι τύποιεπαγωγικοί μετατροπείς. Ένας επαγωγικός μορφοτροπέας (Εικ. 11-13, α) με μεταβλητό μήκος του διακένου αέρα b χαρακτηρίζεται από μια μη γραμμική εξάρτηση L=f(σι). Ένας τέτοιος μετατροπέας χρησιμοποιείται συνήθως όταν ο οπλισμός μετακινείται κατά 0,01-5 mm. Σημαντικά χαμηλότερη ευαισθησία, αλλά γραμμική εξάρτηση L=f(s) οι μετατροπείς μεταβλητού διακένου αέρα διαφέρουν (Εικ. 11-13, σι).Αυτοί οι μετατροπείς χρησιμοποιούνται για κινήσεις έως 10-15 mm.

Ρύζι. 11-13. Επαγωγικοί μορφοτροπείς με μεταβλητό μήκος διακένου (a), με μεταβλητό τμήμα διακένου (σι),διαφορικός (V),διαφορικός μετασχηματιστής (δ), διαφορικός μετασχηματιστής με ανοιχτό μαγνητικό κύκλωμα (μι)μαγνητοελαστικό (μι)

Ένας οπλισμός σε έναν επαγωγικό μορφοτροπέα υφίσταται μια (ανεπιθύμητη) δύναμη έλξης από έναν ηλεκτρομαγνήτη

Οπου Wm- ενέργεια μαγνητικό πεδίο; μεγάλο- επαγωγή μετατροπέα. / - ρεύμα που διέρχεται από την περιέλιξη του μετατροπέα.

Ευρέως διαδεδομένοι επαγωγικοί διαφορικοί μετατροπείς (Εικ. 11-13, V),στο οποίο υπό την επίδραση της μετρούμενης τιμής αλλάζουν ταυτόχρονα δύο κενά ηλεκτρομαγνητών και επιπλέον με διαφορετικά πρόσημα. Οι διαφορικοί μετατροπείς σε συνδυασμό με ένα κατάλληλο κύκλωμα μέτρησης (συνήθως μια γέφυρα) έχουν υψηλότερη ευαισθησία, μικρότερη μη γραμμικότητα του χαρακτηριστικού μετατροπής, επηρεάζονται λιγότερο από εξωτερικούς παράγοντες και μειωμένη προκύπτουσα δύναμη στον οπλισμό από τον ηλεκτρομαγνήτη από τους μη διαφορικούς μετατροπείς .

Στο σχ. 11-13, σολδείχνει το κύκλωμα μεταγωγής ενός διαφορικού επαγωγικού μετατροπέα, του οποίου οι τιμές εξόδου είναι αμοιβαίες επαγωγές. Τέτοιοι μετατροπείς ονομάζονται αμοιβαία επαγωγικοί ή μετασχηματιστές. Όταν το πρωτεύον τύλιγμα τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα και με συμμετρική θέση του οπλισμού σε σχέση με τους ηλεκτρομαγνήτες, το EMF στους ακροδέκτες εξόδου είναι μηδέν. Όταν μετακινείται ο οπλισμός, εμφανίζεται ένα emf στους ακροδέκτες εξόδου.

Για τη μετατροπή σχετικά μεγάλων μετατοπίσεων (μέχρι 50-100 mm), χρησιμοποιούνται μετατροπείς μετασχηματιστών με ανοιχτό μαγνητικό κύκλωμα (Εικ. 11-13, Ο).

Εφαρμόστε μετασχηματιστές γωνίας περιστροφής, που αποτελούνται από σταθερό στάτορα και κινητό ρότορα με περιελίξεις. Η περιέλιξη του στάτορα τροφοδοτείται με εναλλασσόμενο ρεύμα. Η περιστροφή του ρότορα προκαλεί αλλαγή στην τιμή και τη φάση του EMF που προκαλείται στην περιέλιξή του. Τέτοιοι μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση μεγάλων γωνιακών μετατοπίσεων.

Οι ινδουκτοσίνες χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση μικρών γωνιακών μετατοπίσεων (Εικ. 11-14). Ρότορας / και στάτορας 2 Το inductosyn παρέχεται με τυπωμένες περιελίξεις 3, που έχει τη μορφή ακτινωτής ράστερ. Η αρχή της δράσης της ινδουκτοσίνης είναι παρόμοια με αυτή που περιγράφηκε παραπάνω. Εφαρμόζοντας τις περιελίξεις με τυπωμένο τρόπο, είναι δυνατό να ληφθεί ένας μεγάλος αριθμός βημάτων περιέλιξης πόλων, γεγονός που εξασφαλίζει υψηλή ευαισθησία του μετατροπέα σε μια αλλαγή στη γωνία περιστροφής.

Ρύζι. 11-14. Συσκευή (α) και τύπος τυπωμένης περιέλιξης (σι) inductosyn

Εάν ο σιδηρομαγνητικός πυρήνας του μετατροπέα υποβληθεί σε μηχανική καταπόνηση ΦΑ,τότε λόγω αλλαγής της μαγνητικής διαπερατότητας του υλικού του πυρήνα, η μαγνητική αντίσταση του κυκλώματος θα αλλάξει, κάτι που θα επιφέρει αλλαγή στην επαγωγή μεγάλοκαι αμοιβαία επαγωγή Μπεριελίξεις. Οι μαγνητοελαστικοί μετατροπείς βασίζονται σε αυτήν την αρχή (Εικ. 11-13, μι).

Ο σχεδιασμός του μορφοτροπέα καθορίζεται από το εύρος της μετρούμενης μετατόπισης. Οι διαστάσεις του μετατροπέα επιλέγονται με βάση την απαιτούμενη ισχύ σήματος εξόδου.

Για τη μέτρηση της παραμέτρου εξόδου των επαγωγικών μετατροπέων, χρησιμοποιούνται ευρέως τα κυκλώματα γέφυρας (ισορροπίας και μη ισορροπίας), καθώς και ένα κύκλωμα αντιστάθμισης (σε αυτόματες συσκευές) για μετατροπείς διαφορικού μετασχηματιστή.

Οι επαγωγικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή μετατόπισης και άλλων μη ηλεκτρικών μεγεθών που μπορούν να μετατραπούν σε μετατόπιση (δύναμη, πίεση, ροπή κ.λπ.).

Σε σύγκριση με άλλους μετατροπείς μετατόπισης, οι επαγωγικοί μορφοτροπείς διακρίνονται από σήματα υψηλής ισχύος εξόδου, απλότητα και αξιοπιστία στη λειτουργία.

Το μειονέκτημά τους είναι η αντίστροφη επίδραση του μορφοτροπέα στο υπό μελέτη αντικείμενο (η επίδραση ενός ηλεκτρομαγνήτη στον οπλισμό) και η επίδραση της αδράνειας του οπλισμού στα χαρακτηριστικά συχνότητας της συσκευής.

Ρύζι. 11-15. Χωρητικοί μετατροπείς με μεταβλητή απόσταση μεταξύ των πλακών (a), διαφορικό (b), διαφορικό με μεταβλητή ενεργή περιοχή των πλακών (c) και με μεταβαλλόμενη διαπερατότητα του μέσου μεταξύ των πλακών (d)

Χωρητικοί μετατροπείς.Οι χωρητικοί μετατροπείς βασίζονται στην εξάρτηση της ηλεκτρικής χωρητικότητας του πυκνωτή από τις διαστάσεις, τη σχετική θέση των πλακών του και από τη διαπερατότητα του μέσου μεταξύ τους.

Στο σχ. Το σχήμα 11-15 δείχνει σχηματικά τη διάταξη διαφόρων χωρητικών μετατροπέων. Ο μετατροπέας στο σχ. 11-15, ΕΝΑείναι ένας πυκνωτής, η μία πλάκα του οποίου κινείται υπό την επίδραση της μετρούμενης τιμής Χσε σχέση με τη σταθερή πλάκα. Το στατικό χαρακτηριστικό του μετασχηματισμού C(b) είναι μη γραμμικό. Η ευαισθησία του μορφοτροπέα αυξάνεται με τη μείωση της απόστασης 6. Τέτοιοι μορφοτροπείς χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση μικρών μετατοπίσεων (λιγότερο από 1 mm).

Μια μικρή κίνηση εργασίας των πλακών οδηγεί σε σφάλμα αλλαγής της απόστασης μεταξύ των πλακών με διακυμάνσεις θερμοκρασίας. Επιλέγοντας τις διαστάσεις των εξαρτημάτων και των υλικών του μορφοτροπέα, αυτό το σφάλμα μειώνεται.

Στους χωρητικούς μετατροπείς, υπάρχει μια (ανεπιθύμητη) δύναμη έλξης μεταξύ των πλακών

Οπου W 3- ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου. Uκαι C είναι η τάση και η χωρητικότητα μεταξύ των πλακών, αντίστοιχα.

Χρησιμοποιούνται επίσης διαφορικοί μετατροπείς (Εικ. 11-15, β), οι οποίοι έχουν μία κινητή και δύο σταθερές πλάκες. Όταν εκτίθεται στη μετρούμενη τιμή ΧΑυτοί οι μετατροπείς αλλάζουν ταυτόχρονα χωρητικότητες. Στο σχ. 11-15, Vδείχνει έναν διαφορικό χωρητικό μορφοτροπέα με μεταβλητή ενεργή περιοχή των πλακών. Ένας τέτοιος μορφοτροπέας χρησιμοποιείται για τη μέτρηση σχετικά μεγάλων γραμμικών (πάνω από 1 mm) και γωνιακών μετατοπίσεων. Σε αυτούς τους μορφοτροπείς, είναι εύκολο να ληφθεί το απαιτούμενο χαρακτηριστικό μετατροπής με το προφίλ των πλακών.

Οι μετατροπείς (ε) χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της στάθμης των υγρών, της υγρασίας των ουσιών, του πάχους των διηλεκτρικών προϊόντων κ.λπ. Για παράδειγμα (Εικ. 11-15, ΣΟΛ)δίνεται η συσκευή του μετατροπέα χωρητικού μετρητή στάθμης. Η χωρητικότητα μεταξύ των ηλεκτροδίων που κατεβαίνουν στο δοχείο εξαρτάται από τη στάθμη του υγρού, καθώς μια αλλαγή στη στάθμη οδηγεί σε αλλαγή της μέσης διαπερατότητας του μέσου μεταξύ των ηλεκτροδίων. Με την αλλαγή της διαμόρφωσης των πλακών, μπορεί κανείς να αποκτήσει τον επιθυμητό χαρακτήρα της εξάρτησης των ενδείξεων του οργάνου από τον όγκο (μάζα) του υγρού.

Για τη μέτρηση της παραμέτρου εξόδου των χωρητικών μετατροπέων, χρησιμοποιούνται κυκλώματα γεφύρωσης και κυκλώματα που χρησιμοποιούν κυκλώματα συντονισμού. Τα τελευταία καθιστούν δυνατή τη δημιουργία συσκευών με υψηλή ευαισθησία, ικανές να ανταποκρίνονται σε μετατοπίσεις της τάξης των 10~7 mm. Τα κυκλώματα με χωρητικούς μετατροπείς τροφοδοτούνται συνήθως με ρεύμα υψηλής συχνότητας (μέχρι δεκάδες megahertz), το οποίο προκαλείται από την επιθυμία να αυξηθεί το σήμα που εισέρχεται στη συσκευή μέτρησης και από την ανάγκη να μειωθεί η επίδραση διακλάδωσης της αντίστασης μόνωσης.

μετατροπείς ιονισμού.Οι μετατροπείς βασίζονται στο φαινόμενο του ιονισμού αερίου ή της φωταύγειας ορισμένων ουσιών υπό τη δράση της ιονίζουσας ακτινοβολίας.

Εάν ένας θάλαμος που περιέχει ένα αέριο ακτινοβοληθεί, για παράδειγμα, με ακτίνες p, τότε ένα ρεύμα θα ρέει μεταξύ των ηλεκτροδίων που περιλαμβάνονται στο ηλεκτρικό κύκλωμα (Εικ. 11-16). Αυτό το ρεύμα εξαρτάται από την τάση που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια, από την πυκνότητα και τη σύνθεση του αερίου μέσου, το μέγεθος του θαλάμου και των ηλεκτροδίων, τις ιδιότητες και την ένταση της ιονίζουσας ακτινοβολίας κ.λπ. Αυτές οι εξαρτήσεις χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση διαφόρων μη ηλεκτρικών μεγεθών : η πυκνότητα και η σύσταση του αερίου μέσου, οι γεωμετρικές διαστάσεις των μερών κ.λπ.

Ρύζι. 11-16. Σχέδιο του μετατροπέα ιονισμού

Ρύζι. 11-17. Χαρακτηριστικό Volt-ampere του μορφοτροπέα ιονισμού

Ως παράγοντες ιονισμού, χρησιμοποιούνται ακτίνες a-, p- και y ραδιενεργών ουσιών, πολύ λιγότερο συχνά - ακτίνες Χ και ακτινοβολία νετρονίων.

Για τη μέτρηση του βαθμού ιονισμού, χρησιμοποιούνται μετατροπείς - θάλαμοι ιονισμού και μετρητές ιονισμού, η δράση των οποίων αντιστοιχεί σε διαφορετικές περιοχές χαρακτηριστικό βολτ-αμπέρδιάκενο αερίου μεταξύ δύο ηλεκτροδίων. Στο σχ. 11-17 δείχνει την εξάρτηση του ρεύματος στον θάλαμο (Εικ. 11-16) με σταθερή σύνθεση αερίου από την εφαρμοζόμενη τάση Uκαι την ένταση της ακτινοβολίας. Τοποθεσία ενεργοποιημένη ΕΝΑχαρακτηριστικά, το ρεύμα αυξάνεται σε ευθεία αναλογία με την τάση, τότε η ανάπτυξή του επιβραδύνεται και στην περιοχή σιφτάνει σε κορεσμό. Αυτό δείχνει ότι όλα τα ιόντα που παράγονται στον θάλαμο φτάνουν στα ηλεκτρόδια. Τοποθεσία ενεργοποιημένη ΣΕτο ρεύμα ιονισμού αρχίζει να αυξάνεται ξανά, το οποίο προκαλείται από δευτερογενή ιονισμό όταν τα πρωτεύοντα ηλεκτρόνια και ιόντα συγκρούονται με ουδέτερα μόρια. Με περαιτέρω αύξηση της τάσης (τμήμα ΣΟΛ)το ρεύμα ιονισμού παύει να εξαρτάται από τον αρχικό ιονισμό και έρχεται

συνεχής εκκένωση (τμήμα ΡΕ)που δεν εξαρτάται πλέον από την έκθεση σε ραδιενεργή ακτινοβολία.

Οικόπεδα Α και ΒΤα χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης περιγράφουν τη δράση των θαλάμων ιονισμού και των τμημάτων ΣΕΚαι G -μετρητές ιονισμού. Εκτός από τους θαλάμους και τους μετρητές ιονισμού, μετρητές σπινθηρισμού (φωταύγειας) χρησιμοποιούνται ως μετατροπείς ιονισμού. Η αρχή λειτουργίας αυτών των μετρητών βασίζεται στην εμφάνιση ορισμένων ουσιών - φωσφόρων (θειούχος ψευδάργυρος ενεργοποιημένος με άργυρο, θειούχο κάδμιο κ.λπ.) - υπό την επίδραση ραδιενεργού ακτινοβολίας φωτεινών λάμψεων (σπινθηρισμών), που καταγράφονται στους μετρητές με φωτοπολλαπλασιαστές. Η φωτεινότητα αυτών των αναλαμπές, και επομένως το ρεύμα του φωτοπολλαπλασιαστή, προσδιορίζονται από τη ραδιενεργή ακτινοβολία.

Η επιλογή του τύπου του μορφοτροπέα ιονισμού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ιονίζουσα ακτινοβολία.

Οι ακτίνες άλφα (οι πυρήνες του ατόμου ηλίου) έχουν υψηλή ιονιστική ισχύ, αλλά έχουν χαμηλή διεισδυτική ισχύ. Στα στερεά, οι ακτίνες α απορροφώνται σε πολύ λεπτά στρώματα (μερικές έως δεκάδες μικρόμετρα). Επομένως, όταν χρησιμοποιείτε δέσμες α, ο πομπός α τοποθετείται μέσα στον μορφοτροπέα.

Οι ακτίνες βήτα είναι ένα ρεύμα ηλεκτρονίων (ποζιτρόνια). έχουν πολύ μικρότερη ιοντιστική ισχύ από τις ακτίνες α, αλλά έχουν μεγαλύτερη διεισδυτική ισχύ. Το μήκος διαδρομής στα στερεά φτάνει αρκετά χιλιοστά. Επομένως, ο πομπός μπορεί να βρίσκεται τόσο εντός όσο και εκτός του μετατροπέα.

Μια αλλαγή στην απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων, στην περιοχή επικάλυψης των ηλεκτροδίων ή στη θέση της πηγής ραδιενεργής ακτινοβολίας σε σχέση με τους θαλάμους ή τους μετρητές ιονισμού επηρεάζει την τιμή του ρεύματος ιονισμού. Επομένως, αυτές οι εξαρτήσεις χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση διαφόρων μηχανικών και γεωμετρικών μεγεθών.

Στο σχ. 11-18 ως παράδειγμα, φαίνεται ένα μανόμετρο μεμβράνης ιονισμού, όπου / είναι ένας πομπός. 2 - μεμβράνη; 3 - σταθερό ηλεκτρόδιο απομονωμένο από τη μεμβράνη. Μεταξύ ηλεκτροδίων 2 και 3εφαρμόζεται μια διαφορά δυναμικού επαρκής για την επίτευξη ρεύματος κορεσμού. Όταν αλλάζει η πίεση Rη μεμβράνη κάμπτεται, αλλάζοντας την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων και την τιμή του ρεύματος ιονισμού.

Ρύζι. 11-18. Μανόμετρο διαφράγματος ιονισμού

Ρύζι. 11-19. Μετρητής εκκένωσης αερίου

Ακτίνες γάμμα - ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσειςπολύ μικρό μήκος κύματος (10 ~ 8 -10 ~ "cm), που προκύπτει από ραδιενεργούς μετασχηματισμούς Οι ακτίνες γάμμα έχουν υψηλή διεισδυτική ισχύ.

Τα σχέδια των θαλάμων ιονισμού και των μετρητών ποικίλλουν και εξαρτώνται από τον τύπο της ακτινοβολίας.

Για την καταγραφή μεμονωμένων σωματιδίων, καθώς και για τη μέτρηση μικρών ακτινοβολιών y, χρησιμοποιούνται ευρέως οι λεγόμενοι μετρητές εκκένωσης αερίου, η δράση των οποίων περιγράφεται σε ενότητες ΣΕκαι G χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης. Η συσκευή του μετρητή εκκένωσης αερίου φαίνεται στο σχ. 11-19. Ο πάγκος αποτελείται από έναν μεταλλικό κύλινδρο /, μέσα στον οποίο τεντώνεται ένα λεπτό σύρμα βολφραμίου 2. Και τα δύο αυτά ηλεκτρόδια τοποθετούνται σε έναν γυάλινο κύλινδρο. 3 δευταδρανές αέριο. Όταν το αέριο ιονίζεται, εμφανίζονται παλμοί ρεύματος στο κύκλωμα μετρητή, ο αριθμός των οποίων μετράται.

Ως πηγές ακτινοβολίας a-, p- και y, χρησιμοποιούνται συνήθως ραδιενεργά ισότοπα. Οι πηγές ακτινοβολίας που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία μέτρησης πρέπει να έχουν σημαντικό χρόνο ημιζωής και επαρκή ενέργεια ακτινοβολίας (κοβάλτιο-60, στρόντιο-90, πλουτώνιο-239, κ.λπ.).

Το κύριο πλεονέκτημα των συσκευών που χρησιμοποιούν ιονίζουσα ακτινοβολία είναι η δυνατότητα μετρήσεων χωρίς επαφή, η οποία έχει μεγάλη σημασία, για παράδειγμα, κατά τη μέτρηση σε επιθετικά ή εκρηκτικά περιβάλλοντα, καθώς και σε περιβάλλοντα υπό υψηλή πίεση ή υψηλές θερμοκρασίες. Το κύριο μειονέκτημα αυτών των συσκευών είναι η ανάγκη χρήσης βιολογικής προστασίας σε υψηλή δραστηριότητα της πηγής ακτινοβολίας.

13.2 Μετατροπείς γεννήτριας

Γενικές πληροφορίες.Στους μετατροπείς γεννήτριας, η ποσότητα εξόδου είναι το EMF ή φορτίο, λειτουργικά που σχετίζεται με τη μετρούμενη μη ηλεκτρική ποσότητα.

Θερμοηλεκτρικοί μετατροπείς.Αυτοί οι μετατροπείς βασίζονται στο θερμοηλεκτρικό φαινόμενο που εμφανίζεται σε ένα κύκλωμα θερμοστοιχείου.

Με διαφορά θερμοκρασίας σημείων / και 2, η σύνδεση δύο ανόμοιων αγωγών Α και Β(Εικ. 11-20, α), σχηματίζοντας ένα θερμοστοιχείο, το θερμο-EMF προκύπτει στο κύκλωμα του θερμοστοιχείου.

Για τη μέτρηση του θερμοηλεκτρικού ηλεκτρικού ρεύματος, μια ηλεκτρική συσκευή μέτρησης (millivoltmeter, αντισταθμιστής) περιλαμβάνεται στο κύκλωμα θερμοστοιχείου (Εικ. 11-20, σι).Το σημείο σύνδεσης των αγωγών (ηλεκτρόδια) ονομάζεται άκρο εργασίας του θερμοστοιχείου, τα σημεία 2 Και 2" - ελεύθερα άκρα.

Προκειμένου το thermo-EMF στο κύκλωμα θερμοστοιχείου να καθοριστεί με σαφήνεια από τη θερμοκρασία του άκρου εργασίας, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί η θερμοκρασία των ελεύθερων άκρων του θερμοστοιχείου ίδια και αμετάβλητη.

Ρύζι. 11-20. Θερμοστοιχείο (α) και η μέθοδος συμπερίληψης της συσκευής στο κύκλωμα θερμοστοιχείου (σι)

Η βαθμονόμηση των θερμοηλεκτρικών θερμομέτρων - συσκευών που χρησιμοποιούν θερμοστοιχεία για τη μέτρηση της θερμοκρασίας, πραγματοποιείται συνήθως σε θερμοκρασία των ελεύθερων άκρων 0 ° C. Οι πίνακες βαθμονόμησης για τυπικά θερμοστοιχεία καταρτίζονται επίσης υπό την προϋπόθεση ότι η θερμοκρασία των ελεύθερων άκρων είναι ίση με 0 °C. Στο Πρακτική εφαρμογηθερμοηλεκτρικά θερμόμετρα, η θερμοκρασία των ελεύθερων άκρων του θερμοστοιχείου συνήθως δεν είναι ίση με 0 ° C και επομένως πρέπει να γίνει διόρθωση.

Για την κατασκευή θερμοστοιχείων που χρησιμοποιούνται σήμερα για μέτρηση θερμοκρασίας, χρησιμοποιούνται κυρίως ειδικά κράματα.

Για τη μέτρηση των υψηλών θερμοκρασιών, χρησιμοποιούνται θερμοστοιχεία των τύπων TPP, TPR και TVR. Θερμοστοιχεία από ευγενή μέταλλα (TPP και TPR) χρησιμοποιούνται σε μετρήσεις με αυξημένη ακρίβεια. Σε άλλες περιπτώσεις, χρησιμοποιούνται θερμοστοιχεία μη πολύτιμων μετάλλων (TXA, TXK).

Για προστασία από εξωτερικές επιδράσεις (πίεση, επιθετικά αέρια κ.λπ.), τα ηλεκτρόδια θερμοστοιχείου τοποθετούνται σε προστατευτικά εξαρτήματα, δομικά παρόμοια με τα εξαρτήματα θερμίστορ (Εικ. 11-7, σι).

Για τη διευκόλυνση της σταθεροποίησης της θερμοκρασίας των ελεύθερων άκρων, μερικές φορές το θερμοστοιχείο επεκτείνεται χρησιμοποιώντας τα λεγόμενα καλώδια επέκτασης κατασκευασμένα είτε από τα αντίστοιχα θερμοηλεκτροδιακά υλικά είτε από ειδικά επιλεγμένα υλικά που είναι φθηνότερα από τα ηλεκτρόδια και ικανοποιούν την προϋπόθεση της θερμοηλεκτρικής ταυτότητας με το κύριο θερμοστοιχείο στο εύρος των πιθανών θερμοκρασιών των ελεύθερων άκρων (συνήθως από 0 έως 100 °C). Με άλλα λόγια, τα καλώδια επέκτασης πρέπει να έχουν την ίδια εξάρτηση από τη θερμοκρασία του thermo-EMF στο καθορισμένο εύρος θερμοκρασίας με αυτό του κύριου θερμοστοιχείου.

Η αδράνεια των θερμοστοιχείων χαρακτηρίζεται από έναν δείκτη θερμικής αδράνειας. Είναι γνωστά σχέδια θερμοστοιχείων ταχείας απόκρισης, στα οποία ο δείκτης θερμικής αδράνειας είναι 5-20 s. Τα θερμοστοιχεία σε συμβατικά εξαρτήματα έχουν θερμική αδράνεια αρκετών λεπτών.

Οι επαγωγικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της ταχύτητας των γραμμικών και γωνιακών μετατοπίσεων. Το σήμα εξόδου αυτών των μετατροπέων μπορεί να ενσωματωθεί ή να διαφοροποιηθεί χρονικά χρησιμοποιώντας ηλεκτρικές συσκευές ολοκλήρωσης ή διαφοροποίησης. Μετά από αυτούς τους μετασχηματισμούς, η παράμετρος του πληροφοριακού σήματος γίνεται ανάλογη της μετατόπισης ή της επιτάχυνσης, αντίστοιχα. Επομένως, μορφοτροπείς επαγωγής χρησιμοποιούνται επίσης για τη μέτρηση γραμμικών και γωνιακών μετατοπίσεων και επιταχύνσεων.

Οι επαγωγικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται ευρέως σε όργανα για τη μέτρηση της γωνιακής ταχύτητας (στροφόμετρα) και σε όργανα για τη μέτρηση των παραμέτρων δόνησης.

Οι επαγωγικοί μετατροπείς για στροφόμετρα είναι μικρές (1-100 W) γεννήτριες σταθερών ή εναλλασσόμενο ρεύμασυνήθως διεγείρεται ανεξάρτητα από έναν μόνιμο μαγνήτη, ο ρότορας του οποίου συνδέεται μηχανικά με τον υπό δοκιμή άξονα. Όταν χρησιμοποιείτε μια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος, η γωνιακή ταχύτητα κρίνεται από το EMF της γεννήτριας και στην περίπτωση μιας γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος, η γωνιακή ταχύτητα μπορεί να προσδιοριστεί από την τιμή του EMF ή τη συχνότητά του.

Στο σχ. 11-21 δείχνει έναν επαγωγικό μορφοτροπέα για τη μέτρηση του πλάτους, της ταχύτητας και της επιτάχυνσης της παλινδρομικής κίνησης. Ο μετατροπέας είναι ένα κυλινδρικό πηνίο /, που κινείται στο δακτυλιοειδές διάκενο του μαγνητικού κυκλώματος 2. Κυλινδρικός μόνιμος μαγνήτης 3 δημιουργεί ένα σταθερό ακτινικό μαγνητικό πεδίο στο δακτυλιοειδές διάκενο. Το πηνίο, όταν κινείται, διασχίζει τις γραμμές δύναμης του μαγνητικού πεδίου και εμφανίζεται σε αυτό ένα emf, ανάλογο με την ταχύτητα κίνησης.

Ρύζι. 11-21. Μετατροπέας επαγωγής

Τα σφάλματα των μορφοτροπέων επαγωγής καθορίζονται κυρίως από την αλλαγή του μαγνητικού πεδίου με την πάροδο του χρόνου και με τις αλλαγές θερμοκρασίας, καθώς και τις αλλαγές θερμοκρασίας στην αντίσταση της περιέλιξης.

Τα κύρια πλεονεκτήματα των μορφοτροπέων επαγωγής είναι η σχετική απλότητα του σχεδιασμού, η αξιοπιστία και η υψηλή ευαισθησία. Το μειονέκτημα είναι το περιορισμένο εύρος συχνοτήτων των μετρούμενων τιμών.

Πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς.Τέτοιοι μετατροπείς βασίζονται στη χρήση του άμεσου πιεζοηλεκτρικού φαινομένου, το οποίο συνίσταται στην εμφάνιση ηλεκτρικά φορτίαστην επιφάνεια κάποιων κρυστάλλων (χαλαζίας, τουρμαλίνη, άλας Rochelle κ.λπ.) υπό την επίδραση μηχανικών τάσεων.

Μια πλάκα κόβεται από έναν κρύσταλλο χαλαζία, οι άκρες του οποίου πρέπει να είναι κάθετες στον οπτικό άξονα Οζ,μηχανικός άξονας OUκαι ηλεκτρικό άξονα Ωκρύσταλλο (Εικ. 11-22, α και β).

Fxκατά μήκος του ηλεκτρικού άξονα στα πρόσωπα Χεμφανίζονται χρεώσεις Q x = kF x,Οπου κ- πιεζοηλεκτρικός συντελεστής (μονάδα).

Όταν εκτίθεται στην πλάκα δύναμης Fyκατά μήκος του μηχανικού άξονα στις ίδιες όψεις Χπροκύπτουν χρεώσεις Q y = kF y a/b,Οπου ΕΝΑΚαι σι- διαστάσεις των όψεων της πλάκας.

Η μηχανική δράση στην πλάκα κατά μήκος του οπτικού άξονα δεν προκαλεί την εμφάνιση φορτίων.

Η συσκευή ενός πιεζοηλεκτρικού μορφοτροπέα για τη μέτρηση της μεταβλητής πίεσης αερίου φαίνεται στο σχ. 11-23. Πίεση Rμέσω μιας μεταλλικής μεμβράνης / μεταδίδεται σε σάντουιτς μεταξύ μεταλλικών παρεμβυσμάτων 2 πλάκες χαλαζία 3.

Ρύζι. 11-22. Κρύσταλλος χαλαζία (α) και πλάκα (σι),σκαλισμένο από αυτό

Μπάλα 4 συμβάλλει στην ομοιόμορφη κατανομή της πίεσης στην επιφάνεια των πλακών χαλαζία. Ο μεσαίος διαχωριστής συνδέεται με τον πείρο 5 περνώντας μέσα από ένα δακτύλιο από καλό μονωτικό υλικό. Όταν υποβάλλεται σε πίεση Rεμφανίζεται μια διαφορά δυναμικού μεταξύ του ακροδέκτη 5 και του περιβλήματος του μετατροπέα .

Στους πιεζοηλεκτρικούς μετατροπείς χρησιμοποιείται κυρίως ο χαλαζίας, στον οποίο οι πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες συνδυάζονται με υψηλή μηχανική αντοχή και υψηλές μονωτικές ιδιότητες, καθώς και με την ανεξαρτησία του πιεζοηλεκτρικού χαρακτηριστικού από τη θερμοκρασία σε ένα ευρύ φάσμα. Χρησιμοποιούνται επίσης πολωμένα κεραμικά από τιτανικό βάριο, τιτανικό και ζιρκονικό μόλυβδο.

Ρύζι. 11-23. Πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας πίεσης

Οι διαστάσεις των πλακών και ο αριθμός τους επιλέγονται με βάση σχεδιαστικά κριτήρια και την απαιτούμενη τιμή φόρτισης.

Το φορτίο που εμφανίζεται στον πιεζοηλεκτρικό μορφοτροπέα «ρέει» κατά μήκος της μόνωσης και του κυκλώματος εισόδου της συσκευής μέτρησης. Επομένως, οι συσκευές που μετρούν τη διαφορά δυναμικού σε πιεζοηλεκτρικούς μετατροπείς πρέπει να έχουν υψηλή αντίσταση εισόδου (10 12 -10 15 Ohm), η οποία πρακτικά εξασφαλίζεται με τη χρήση ηλεκτρονικών ενισχυτών με υψηλή αντίσταση εισόδου.

Λόγω της «αποστράγγισης» της φόρτισης, αυτοί οι μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση μόνο ταχέως μεταβαλλόμενων μεγεθών (μεταβλητές δυνάμεις, πιέσεις, παράμετροι κραδασμών, επιταχύνσεις κ.λπ.).

Χρησιμοποιούνται πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς - πιεζοηλεκτρικοί συντονιστές, οι οποίοι χρησιμοποιούν τόσο άμεσα όσο και αντίστροφα πιεζοηλεκτρικά αποτελέσματα. Το τελευταίο είναι ότι εάν εφαρμοστεί εναλλασσόμενη τάση στα ηλεκτρόδια του μορφοτροπέα, τότε θα συμβούν μηχανικές ταλαντώσεις στην πιεζοευαίσθητη πλάκα, η συχνότητα των οποίων (συχνότητα συντονισμού) εξαρτάται από το πάχος ηπλάκα, μέτρο ελαστικότητας μικαι πυκνότητα p του υλικού του. Όταν ένας τέτοιος μετατροπέας περιλαμβάνεται στο κύκλωμα συντονισμού της γεννήτριας, η συχνότητα των παραγόμενων ηλεκτρικών ταλαντώσεων καθορίζεται από τη συχνότητα f p . Κατά την αλλαγή τιμών αυτόςή p υπό την επίδραση μηχανικών ή θερμικών επιδράσεων, η συχνότητα /p θα αλλάξει και, κατά συνέπεια, θα αλλάξει η συχνότητα των παραγόμενων ταλαντώσεων. Αυτή η αρχή χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της πίεσης, της δύναμης, της θερμοκρασίας και άλλων μεγεθών σε συχνότητα.

Γαλβανικοί μετατροπείς. Οι μετατροπείς βασίζονται στην εξάρτηση της ηλεκτροκινητικής δύναμης ενός γαλβανικού κυκλώματος από τη χημική δραστηριότητα των ιόντων ηλεκτρολύτη, δηλαδή από τη συγκέντρωση των ιόντων και τις διεργασίες οξειδοαναγωγής στον ηλεκτρολύτη. Αυτοί οι μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της αντίδρασης ενός διαλύματος (όξινο, ουδέτερο, αλκαλικό), το οποίο εξαρτάται από τη δραστηριότητα των ιόντων υδρογόνου του διαλύματος.

Το απεσταγμένο νερό έχει μια ασθενή αλλά σαφώς καθορισμένη ηλεκτρική αγωγιμότητα, η οποία εξηγείται από τον ιονισμό του νερού.Η χημική δραστηριότητα a είναι ίση με το γινόμενο της ισοδύναμης συγκέντρωσης και του συντελεστή δραστηριότητας (τείνει προς τη μονάδα με άπειρη αραίωση του διαλύματος).

Εάν ένα οξύ διαλυθεί στο νερό, το οποίο σχηματίζει ιόντα Η + κατά τη διάσπαση, τότε η συγκέντρωση των ιόντων Η + στο διάλυμα θα γίνει μεγαλύτερη από ό,τι στο καθαρό νερό και η συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ ~ θα είναι χαμηλότερη λόγω του ανασυνδυασμού μέρους των ιόντων Η + με ιόντα ΟΗ.

Έτσι, η χημική δραστηριότητα των ιόντων υδρογόνου ενός διαλύματος είναι χαρακτηριστικό της αντίδρασης του διαλύματος. Η αντίδραση διαλύματος χαρακτηρίζεται αριθμητικά από τον αρνητικό λογάριθμο της δραστηριότητας των ιόντων υδρογόνου - την τιμή του pH. Για το απεσταγμένο νερό, η τιμή του pH είναι 7 μονάδες pH.

Το εύρος μεταβολών του pH των υδατικών διαλυμάτων σε t = 22 °Сείναι 0-14 μονάδες pH.

Για τη μέτρηση του pH, χρησιμοποιείται μια μέθοδος που βασίζεται στη μέτρηση του δυναμικού του ηλεκτροδίου (οριακό).

Εάν ένα μεταλλικό ηλεκτρόδιο βυθιστεί σε διάλυμα που περιέχει τα ιόντα του με το ίδιο όνομα, τότε το ηλεκτρόδιο αποκτά δυναμικό. Το ηλεκτρόδιο υδρογόνου συμπεριφέρεται παρόμοια.

Για να ληφθεί το δυναμικό ηλεκτροδίου μεταξύ υδρογόνου και διαλύματος, είναι απαραίτητο να έχουμε ένα λεγόμενο ηλεκτρόδιο υδρογόνου. Ένα ηλεκτρόδιο υδρογόνου μπορεί να δημιουργηθεί εκμεταλλευόμενοι την ιδιότητα προσρόφησης του υδρογόνου στην επιφάνεια της πλατίνας, του ιριδίου και του παλλαδίου. Τυπικά, το ηλεκτρόδιο υδρογόνου είναι ένα ηλεκτρόδιο πλατίνας με μαύρη επίστρωση πλατίνας στο οποίο παρέχεται συνεχώς αέριο υδρογόνο. Το δυναμικό ενός τέτοιου ηλεκτροδίου εξαρτάται από τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου στο διάλυμα.

Στην πράξη, είναι αδύνατο να μετρηθεί η απόλυτη τιμή του οριακού δυναμικού. Επομένως, ένας γαλβανικός μετατροπέας αποτελείται πάντα από δύο ημικύτταρα ηλεκτρικά συνδεδεμένα μεταξύ τους: ένα λειτουργικό (μετρητικό) μισό στοιχείο, το οποίο είναι ένα δοκιμαστικό διάλυμα με ένα ηλεκτρόδιο, και ένα συγκριτικό (βοηθητικό) μισό στοιχείο με σταθερό οριακό δυναμικό. , που αποτελείται από ένα ηλεκτρόδιο και ένα διάλυμα με σταθερή συγκέντρωση. Ένα ηλεκτρόδιο υδρογόνου με κανονική σταθερή συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου χρησιμοποιείται ως μισό στοιχείο αναφοράς. Για βιομηχανικές μετρήσεις, χρησιμοποιείται ένα πιο βολικό ηλεκτρόδιο καλομέλας αναφοράς.

Ρύζι. 11-24. Γαλβανικός μετατροπέας

Στο σχ. 11-24 δείχνει έναν μορφοτροπέα για τη μέτρηση της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου. Ένα ηλεκτρόδιο καλομέλας χρησιμεύει ως συγκριτικό μισό στοιχείο. Είναι ένα γυάλινο δοχείο 4, στον πάτο του οποίου τοποθετείται μικρή ποσότητα υδραργύρου και από πάνω μια πάστα καλομέλας (Hg2Cb). Ένα διάλυμα χλωριούχου καλίου (KC1) χύνεται πάνω από την πάστα. Το δυναμικό προκύπτει στη διεπαφή καλομέλας-υδράργυρου. Για την επαφή με τον υδράργυρο, ένα ηλεκτρόδιο πλατίνας συγκολλάται στον πυθμένα του δοχείου. Το δυναμικό του ηλεκτροδίου καλομέλας εξαρτάται από τη συγκέντρωση υδραργύρου στην καλομέλα και η συγκέντρωση των ιόντων υδραργύρου, με τη σειρά του, εξαρτάται από τη συγκέντρωση του χλωρίου ιόντων στο διάλυμα χλωριούχου καλίου.

Ένα ηλεκτρόδιο υδρογόνου βυθίζεται στο διάλυμα δοκιμής. Και τα δύο ημιστοιχεία συνδέονται με ένα ηλεκτρολυτικό κλειδί, το οποίο είναι ένας σωλήνας 2, συνήθως γεμίζουν με κορεσμένο διάλυμα KC1 και κλείνουν με ημιπερατές τάπες 3. Το EMF ενός τέτοιου μορφοτροπέα είναι συνάρτηση του pH.

Σε συσκευές βιομηχανικού τύπου, αντί να λειτουργούν ηλεκτρόδια υδρογόνου, χρησιμοποιούνται πιο βολικά ηλεκτρόδια αντιμονίου ή κινυδρόνης. Τα λεγόμενα γυάλινα ηλεκτρόδια χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως.

Για τη μέτρηση του EMF των γαλβανικών μετατροπέων, χρησιμοποιούνται κυρίως συσκευές αντιστάθμισης. Για τα γυάλινα ηλεκτρόδια, το κύκλωμα μέτρησης πρέπει να έχει υψηλή αντίσταση εισόδου, αφού η εσωτερική αντίσταση των ηλεκτροδίων γυαλιού φτάνει τα 100-200 MΩ. Κατά τη μέτρηση του pH με γαλβανικούς μετατροπείς, πρέπει να γίνονται διορθώσεις για τις επιπτώσεις της θερμοκρασίας.