A nem elektromos mennyiségek mérőátalakítóit parametrikusra és generátorra osztják. Paraméteres átalakítóknál a kimeneti érték az elektromos áramkör paraméterének növekménye ( R, L, M, S), ezért használatukhoz további tápegység szükséges.

A generátoros konvertereknél a kimenő mennyiség az EMF, amelynek árama vagy töltése funkcionálisan összefügg a mért nem elektromos mennyiséggel.

A nem elektromos mennyiségek mérőátalakítóinak kialakításakor lineáris konverziós függvény elérésére törekednek. A tényleges kalibrációs karakterisztika és a névleges lineáris konverziós függvény közötti különbség okozza a nemlinearitási hibát, amely a nem elektromos mennyiségek mérése során keletkező hiba egyik fő összetevője. A nemlinearitási hiba csökkentésének egyik módja az olyan értékek kiválasztása, mint a konverter bemeneti és kimeneti értéke, amelyek kapcsolata közelebb áll egy lineáris függvényhez. Így például a lineáris elmozdulások kapacitív jelátalakítóval történő mérésekor akár a lemezek közötti rés, akár az átfedésük területe megváltozhat. Ebben az esetben a transzformációs függvények eltérőek. A rés megváltozásakor a kapacitás függése a mozgatható lemez elmozdulásától lényegében nem lineáris, ezt hiperbolikus függvény írja le. Ha azonban az átalakító kimeneti értékeként nem a kapacitását, hanem az ellenállását használjuk egy bizonyos frekvencián, akkor a mért elmozdulás és a megadott kapacitás összefügg lineáris függőség.

Egy másik hatékony módszer a parametrikus átalakítók nemlinearitási hibájának csökkentésére a differenciálszerkezetük. Bármely differenciális mérőátalakító valójában két hasonló mérőátalakító, amelyek kimeneti értékeit levonjuk, és a bemeneti érték ellentétes módon hat ezekre a jelátalakítókra.

Szerkezeti séma differenciális mérőátalakítóval ellátott műszer a 16.1. ábrán látható.

Mért érték x két hasonló mérőátalakítóra hat IP1És IP2, és a kimeneti mennyiségek értékeinek megfelelő növekményei 1És 2-kor ellentétes előjelei vannak. Ezen kívül van némi állandó kezdeti érték x0 mennyiségeket

ezen konverterek bemenetein, amit általában a konverterek tervezési paraméterei határoznak meg. Kimeneti mennyiségek 1És 2-kor levonásra kerül, és a különbségük 3 elektromos mérőeszközzel mérve EIU (analóg vagy digitális).

Tegyük fel, hogy a konverterek IP1És IP2 azonosak, és transzformációs függvényeiket elég pontosan leírják egy másodrendű algebrai polinom. Ebben az esetben az értékek 1És 2-kor a konverterek kimenetein (16.1) /14/

Kivonás után (16.2) /14/

16.1. ábra - A differenciálmű szerkezeti diagramja

pedagógus

Ez azt mutatja, hogy a kapott transzformációs függvény y 3 \u003d f (x) lineárisnak bizonyult. Mert 3 nem függ attól egy 0, akkor a mérőátalakítók szisztematikus additív hibái kompenzálódnak. Ezenkívül az egyetlen jelátalakítóhoz képest az érzékenység csaknem megkétszereződik. Mindez meghatározza a differenciális mérőátalakítók széles körű elterjedését a gyakorlatban.

Tekintsük röviden a nem elektromos mennyiségek paraméteres konvertereinek fő típusait.

A paraméteres konvertereknél a kimeneti érték az elektromos áramkör paramétere (R, L, M, C). Paraméteres jelátalakítók használatakor további áramforrásra van szükség, melynek energiáját a jelátalakító kimenőjelének kialakítására használják fel.

Reosztát átalakítók. A reosztatikus átalakítók változáson alapulnak elektromos ellenállás vezető hatása alatt a bemeneti érték - elmozdulás. A reosztát átalakító olyan reosztát, amelynek keféje (mozgó érintkezője) egy mért nem elektromos mennyiség hatására mozog.

A konverterek előnyei közé tartozik a nagy konverziós pontosság elérése, a jelentős kimeneti jelek és a viszonylagos tervezési egyszerűség. Hátrányok - csúszó érintkező jelenléte, viszonylag nagy mozgások szükségessége és néha jelentős mozgási erőfeszítés.

A reosztatikus átalakítókat viszonylag nagy elmozdulások és egyéb nem elektromos mennyiségek (erők, nyomások stb.) átalakítására használják, amelyek elmozdulássá alakíthatók.

Nyújtásmérő jelátalakítók(érzékelők). Az átalakítók működése a tenzorhatáson alapul, amely a vezető (félvezető) aktív ellenállásának megváltoztatásából áll a mechanikai igénybevétel és a benne okozott deformáció hatására.

Rizs. 11-6. Nyújtásmérő vezeték jelátalakító

Ha a huzal mechanikai igénybevételnek van kitéve, például megnyúlik, akkor az ellenállása megváltozik. A vezeték ellenállásának relatív változása , ahol S az alakváltozási érzékenységi együttható; a huzal relatív deformációja.

A huzal ellenállásának változását mechanikai hatás hatására a geometriai méretek (hossz, átmérő) és az anyag fajlagos ellenállásának változása magyarázza.

Azokban az esetekben, amikor nagy érzékenységre van szükség, félvezető anyagból készült szalagok alakjában készült alakváltozásra érzékeny átalakítókat használnak. Az ilyen konverterek S együtthatója eléri a több százat. A félvezető konverterek jellemzőinek reprodukálhatósága azonban gyenge. Jelenleg tömegesen gyártják az integrált félvezető nyúlásmérőket, amelyek hőkompenzáló elemekkel hidat vagy félhidat alkotnak.

A nyúlásmérők mérőáramköreiként egyensúlyi és nem egyensúlyi hidakat használnak. A nyúlásmérőket alakváltozások és egyéb nem elektromos mennyiségek mérésére használják: erők, nyomások, nyomatékok.

Hőmérsékletre érzékeny jelátalakítók(termisztorok). A konverterek működési elve a vezetők vagy félvezetők elektromos ellenállásának a hőmérséklettől való függésén alapul.

A hőmérséklet mérésére a leggyakoribb termisztorok platina- vagy rézhuzalból készülnek. A szabványos platina termisztorokat a -260 és +1100 ° C közötti hőmérséklet mérésére használják, a réz -200 és +200 ° C tartományban.

A hőmérséklet mérésére különféle típusú félvezető termisztorokat (termisztorokat) is használnak, amelyek nagyobb érzékenységgel jellemezhetők (a termisztor TCR negatív, és 20 ° C-on 10-15-ször magasabb, mint a réz és platina TCR-je), és nagyobb az ellenállásuk. (1 MΩ-ig) nagyon kicsinél A termisztorok hátránya a rossz reprodukálhatóság és az átalakítási karakterisztika nemlinearitása:

ahol R T és Ro a termisztor ellenállása T és To hőmérsékleten, To a működési tartomány kezdeti hőmérséklete; B - együttható.

A termisztorokat -60 és +120°C közötti hőmérséklet-tartományban használják.

A -80 és +150 ° C közötti hőmérséklet mérésére termikus diódákat és termotranzisztorokat használnak, amelyekben a hőmérséklet hatására a p-n ellenállás csomópontot és a feszültségesést ezen a csomóponton. Ezek az átalakítók általában hídáramkörökben és feszültségosztók formájában találhatók.

A termikus diódák és hőtranzisztorok előnyei a nagy érzékenység, a kis méret és az alacsony tehetetlenség, a nagy megbízhatóság és az alacsony költség; hátrányok - szűk hőmérséklet-tartomány és a statikus konverziós jellemzők rossz reprodukálhatósága.

Elektrolit átalakítók. Az elektrolit-átalakítók az elektrolitoldat elektromos ellenállásának a koncentrációjától való függésén alapulnak. Főleg az oldatok koncentrációjának mérésére szolgálnak.

Induktív jelátalakítók. A konverterek működési elve a mágneses áramkör tekercseinek induktivitásának vagy kölcsönös induktivitásának a mágneses áramkör elemeinek helyzetétől, geometriai méreteitől és mágneses állapotától való függésén alapul.

11-12 ábra Mágneses áramkör rések és két tekercselés

A mágneses áramkörön található tekercs induktivitása, ahol Zm a mágneses áramkör mágneses ellenállása; a tekercs meneteinek száma.

Az ugyanazon a mágneses áramkörön elhelyezkedő két tekercs kölcsönös induktivitása, , ahol és - az első és a második tekercs meneteinek száma. A mágneses ellenállást a

Ahol - a mágneses ellenállás aktív komponense (a mágneses fluxus szórását figyelmen kívül hagyjuk); - a mágneses áramkör i-edik szakaszának hossza, keresztmetszete és relatív mágneses permeabilitása; mo - mágneses állandó; d a légrés hossza; s - a mágneses áramkör levegő szakaszának keresztmetszete, - a mágneses ellenállás reaktív komponense; P - teljesítményveszteségek a mágneses áramkörben örvényáramok és hiszterézis miatt; w - szögfrekvencia; Ф - mágneses fluxus a mágneses áramkörben.

A fenti összefüggések azt mutatják, hogy az induktivitás és a kölcsönös induktivitás megváltoztatható a d hossz, az s mágneses kör légmetszetének keresztmetszete, a mágneses áramkör teljesítményveszteségei és egyéb módon.

Más elmozdulás-átalakítókhoz képest az induktív jelátalakítókat nagy teljesítményű kimeneti jelek, egyszerűség és megbízható működés jellemzi.

Hátrányuk a jelátalakító fordított hatása a vizsgált tárgyra (elektromágnes hatása az armatúrára), illetve az armatúra tehetetlenségének hatása a vizsgált tárgyra. frekvencia jellemzők eszköz.

Kapacitív jelátalakítók. A kapacitív jelátalakítók a kondenzátor elektromos kapacitásának a méreteitől, a lemezeinek egymáshoz viszonyított helyzetétől és a közöttük lévő közeg áteresztőképességétől való függésén alapulnak.

Kétlemezes lapos kondenzátor esetén elektromos kapacitás , ahol az elektromos állandó; - a közeg relatív áteresztőképessége a lemezek között; s a lemezek aktív területe; d a lemezek közötti távolság. A jelátalakító érzékenysége a d távolság csökkenésével nő. Az ilyen jelátalakítókat kis (1 mm-nél kisebb) elmozdulások mérésére használják.

A lemezek kis munkamozgása hibához vezet, ha hőmérséklet-ingadozással változtatja a lemezek közötti távolságot. A jelátalakító alkatrészek és anyagok méreteinek megválasztásával ez a hiba csökkenthető.

A jelátalakítók a folyadékok szintjének, az anyagok páratartalmának, a dielektrikumból készült termékek vastagságának mérésére szolgálnak.

Rizs. 11-16. Az ionizációs átalakító vázlata

Ionizációs jelátalakítók. A konverterek a gázionizáció jelenségén vagy bizonyos anyagok ionizáló sugárzás hatására bekövetkező lumineszcenciáján alapulnak.

Ha egy gázt tartalmazó kamrát például b-sugarakkal sugároznak be, akkor az elektródák között elektromos áramkör(11-16. ábra), áram fog folyni. Ez az áram az elektródákra adott feszültségtől, a gáznemű közeg sűrűségétől és összetételétől, a kamra és az elektródák méretétől, valamint az ionizáló sugárzás tulajdonságaitól és intenzitásától függ. Ezeket a függőségeket különféle nem elektromos mennyiségek mérésére használják: a gáznemű közeg sűrűségét és összetételét, az alkatrészek geometriai méreteit.

Ionizáló szerekként radioaktív anyagok a-, b- és g-sugarait használják, sokkal ritkábban - röntgen- és neutronsugárzást.

Az ionizáló sugárzást használó készülékek fő előnye az érintésmentes mérés lehetősége, aminek nagy jelentősége van például agresszív vagy robbanásveszélyes környezetben, valamint nagy nyomású vagy magas hőmérsékletű környezetben végzett méréseknél. Ezeknek az eszközöknek a fő hátránya a biológiai védelem alkalmazása a sugárforrás nagy aktivitása esetén.

A Fehérorosz Köztársaság Oktatási Minisztériuma

oktatási intézmény

"Belarusz Állami Egyetem

informatika és rádióelektronika"

Metrológiai és Szabványügyi Tanszék

Parametrikus mérőátalakítók

Útmutató a laboratóriumi munkákhoz E.5B

szakos hallgatóknak 54 01 01 - 02

"Méréstan, szabványosítás és tanúsítás"

az oktatás minden formája

UDC 621.317.7 + 006.91 (075.8)

BBC 30.10ya73

Összeállította: V.T. Revin, L.E. Bataille

Az útmutató tartalmazza a munka célját, rövid tájékoztatást az elméletből, a laboratóriumi felszerelés leírását, a laboratóriumi feladatot és a munkavégzés menetét, valamint a jegyzőkönyv formázására vonatkozó utasításokat, ill. Ellenőrző kérdések tesztelni a tanulók tudását. Megvizsgáljuk a parametrikus mérőátalakítók fő típusait (reosztatikus, induktív és kapacitív), fő jellemzőiket és a mérőáramkörbe való beépítési sémáikat. A laboratóriumi munka elvégzése magában foglalja a szóban forgó mérőátalakítók főbb metrológiai jellemzőinek (átszámítási függvény, érzékenység, alaphiba, érzékenységmeghatározási hiba) meghatározását, valamint a nem elektromos mennyiségek mérőátalakítókkal történő mérési technikájának elsajátítását és az értékek meghatározásánál hibák megtalálását. nem elektromos mennyiségekből.

UDC 621.317.7 + 006.91 (075.8)

BBC 30.10 73

1 A munka célja

1.1 Nem elektromos mennyiségek elektromossá történő reosztatikus, kapacitív és induktív mérőátalakítói működési elvének, kialakításának és főbb jellemzőinek tanulmányozása.

1.2 Nem elektromos mennyiségek mérési módszereinek tanulmányozása reosztatikus, kapacitív és induktív mérőátalakítókkal.

1.3 A mérőátalakítók főbb jellemzőinek gyakorlati meghatározása, lineáris és szögelmozdulások mérése segítségével.

2 Rövid információ az elméletből

A modern mérések sajátossága, hogy számos fizikai mennyiség értékét meg kell határozni, amelyek közül a legtöbb nem elektromos mennyiség. A nem elektromos mennyiségek mérésére az elektromos mérőműszereket széles körben alkalmazzák, számos jelentős előnyük miatt. Ide tartozik a nagy mérési pontosság, a mérőműszerek nagy érzékenysége és sebessége, a távmérések lehetősége, a mérési információk automatikus konvertálása, a mérési folyamat automatikus vezérlése stb. A nem elektromos mennyiségek mérésére tervezett elektromos mérőműszerek egyik jellemzője, hogy kötelező a nem elektromos mennyiség elsődleges mérőátalakítójának jelenléte elektromosvá.

Az elsődleges mérőátalakító egyértelmű funkcionális kapcsolatot létesít az Y kimenő elektromos mennyiség és a bemenő X nem elektromos mennyiség között: Y= f(x).

A kimenő jel típusától függően az elsődleges mérőátalakítók fel vannak osztva parametrikus és generátor.

BAN BEN parametrikus A mérőátalakítókban a kimeneti mennyiség egy elektromos áramköri paraméter: R ellenállás, L induktivitás, M kölcsönös induktivitás vagy C kapacitás. Paraméteres átalakítók használatakor mindig szükség van egy további áramforrásra, amelynek energiáját a kimeneti jel generálására használják fel. a jelátalakítóról.

BAN BEN generáló A jelátalakítók kimeneti mennyiségei EMF, áram, feszültség vagy töltés. Generátor-átalakítók használatakor a segédtápegységeket csak a vett jel erősítésére használják.

A paraméteres mérőátalakítók működési elve szerint reosztatikus, alakváltozás-érzékeny (nyúlási ellenállások), hőérzékeny (termisztorok, termisztorok), kapacitív, induktív, ionizációs jelátalakítókra oszthatók.

Az Y mérőátalakító kimeneti értékének függése az X bemeneti értéktől, amelyet a kifejezés ír le Y = f (x), hívott konverziós függvény. Gyakran a konverter kimeneti értéke Y nem csak a bemeneti mért értéktől függ x, hanem valamilyen külső tényezőtől is Z. Ezért általánosságban a transzformációs függvény egy funkcionális függőséggel ábrázolható: Y = f (x, Z).

A nem elektromos mennyiségek mérőátalakítóinak fejlesztésekor törekednek lineáris konverziós függvény előállítására. A lineáris transzformációs függvény leírásához elegendő két paramétert megadni: az Y 0 kimeneti érték kezdeti értékét (nulla szint), amely az X bemeneti érték nullának vagy más kezdeti értékének felel meg, és az S paramétert, amely a meredekséget jellemzi. a transzformációs függvénytől.

Ebben az esetben a transzformációs függvény a következőképpen ábrázolható:

Az S paramétert, amely a transzformációs függvény meredekségét jellemzi, a konverter érzékenységének nevezzük. A jelátalakító érzékenysége a ΔY mérőátalakító kimeneti értékében bekövetkezett változás és az azt okozó ΔX bemeneti érték változásának aránya:

. (2)

A jelátalakító érzékenysége egy olyan mennyiség, amelynek van mérete, és a méret a bemeneti és kimeneti mennyiségek jellegétől függ. Például reosztát átalakítónál az érzékenység mérete Ohm/mm, termoelektromos átalakítónál - mV/K, fotocellánál - µA/lm, motornál - fordulatszám/(sV) vagy Hz/V. , galvanométerhez - mm/µA stb.

A mérőátalakító tervezésénél és használatánál a legfontosabb probléma az érzékenységének állandóságának biztosítása. Az érzékenység a lehető legkevésbé függjön az X bemeneti változó értékétől (ebben az esetben a transzformációs függvény lineáris), X változási sebessége, az átalakító működési ideje, valamint egyéb fizikai mennyiségek hatása, amelyek nem magát az objektumot, hanem a környezetét jellemzik (az ilyen mennyiségeket ún. befolyásolása). Nemlineáris transzformációs függvénynél az érzékenység a bemeneti változó értékétől függ: S = S(x) .

A mérőátalakítóval átszámított nem elektromos mennyiségek értéktartományát egyrészt a konverziós határ, másrészt az érzékenységi küszöb korlátozza.

Konverziós korlát konverter a bemeneti mennyiség azon maximális értéke, amelyet a konverter rongálása vagy a konverziós függvény torzítása nélkül elfogadhat.

Érzékenységi küszöb- ez az a minimális változás a bemeneti változó értékében, amely a konverter kimeneti értékében észrevehető változást okozhat.

Hányados Y = f(X)általános elméleti formában fejezi ki a konverterek munkájának alapjául szolgáló fizikai törvényszerűségeket. A gyakorlatban az átalakítási függvényt kísérletileg, numerikus formában határozzák meg a konverter kalibrálása eredményeként. Ebben az esetben az X pontosan ismert értékeinek sorozatához az Y megfelelő értékeit mérjük. , amely lehetővé teszi egy kalibrációs görbe felépítését (1. ábra, A). A megszerkesztett kalibrációs görbe segítségével a mérés eredményeként kapott Y elektromos mennyiség értékei alapján meg lehet találni a kívánt X nem elektromos mennyiség megfelelő értékeit (1. ábra, b).

A– kalibrációs görbe készítése X és Y mért értékei szerint;

b kalibrációs görbe használata az X bemeneti érték meghatározásához

1. ábra - A mérőátalakító kalibrációs jellemzői

Minden mérőátalakító legfontosabb jellemzője az alap hiba, ami a működési elvből, az átalakító kialakításának vagy gyártástechnológiájának tökéletlenségéből adódik, és a befolyásoló mennyiségek normál értékein, vagy a normálérték tartományon belül nyilvánul meg.

A mérőátalakító alapvető hibája több összetevőből állhat, a következők miatt:

Példaértékű mérőműszerek pontatlansága, amelyek segítségével meghatároztuk a transzformációs függvényt;

A valós kalibrációs karakterisztika és a névleges konverziós függvény közötti különbség; a transzformációs függvény közelítő (táblázatos, grafikus, analitikus) kifejezése;

A konverziós függvény nem teljes egybeesése növekvő és csökkenő mért nem elektromos mennyiségekkel (a konverziós függvény hiszterézise);

A mérőátalakító jellemzőinek nem teljes reprodukálhatósága (leggyakrabban érzékenység).

Az azonos típusú konverterek sorozatának kalibrálásakor kiderül, hogy jellemzőik némileg eltérnek egymástól, és egy bizonyos sávot foglalnak el. Ezért a mérőátalakító útlevelében valamilyen átlagos karakterisztika szerepel, ún névleges. A konverter névleges (útlevél) és valós jellemzői közötti eltérések hibának minősülnek.

A mérőátalakító kalibrálása (a tényleges konverziós függvény meghatározása) nem elektromos és elektromos mennyiségek mérőműszereivel történik. Példaként a 2. ábra egy reosztát átalakító kalibrálására szolgáló beállítás blokkvázlatát mutatja. A lineáris elmozdulás (nem elektromos mennyiség) mérésére vonalzót, elektromos mennyiség - aktív ellenállás mérésére pedig L, C, R E7-8 digitális mérőt használnak.

2. ábra - A reosztátátalakító kalibrálására szolgáló telepítés szerkezeti vázlata

A jelátalakító kalibrálási folyamata a következő. A mozgatási mechanizmus segítségével a reosztatikus átalakító mozgatható érintkezőjét (motorját) egymás után a vonalzó skálájának digitalizált jelzéseihez állítják, és minden jelölésnél az E7-8 készülék segítségével megmérik a konverter aktív ellenállását. . A lineáris elmozdulás és az aktív ellenállás mért értékeit az 1. kalibrációs táblázat tartalmazza.

Asztal 1

Ebben az esetben a mérőátalakító konverziós függvényét kapjuk táblázatos formában. A transzformációs függvény grafikus ábrázolásához használja az 1. ábrán látható ajánlásokat, A.

Figyelembe kell azonban venni, hogy a lineáris elmozdulás és az aktív ellenállás mérése az alkalmazott mérőműszerek műszeres hibái miatt hibával történt. Ezzel kapcsolatban a transzformációs függvény meghatározása is némi hibával történt (3. ábra).

3. ábra - Hibák a transzformációs függvény meghatározásában

A jelátalakító érzékenysége óta S, a konverziós függvény meredeksége adja meg, a (2) képlet határozza meg, majd a konverter érzékenységének meghatározásánál a hiba kiszámítása Δ S az indirekt mérés eredményének hibáját kiszámító algoritmus alapján kell elvégezni. Általában a számítási képlet Δ S alábbiak szerint:

Ahol
,

Δ y 1 És Δ y 2 – hibák az y 1 és y 2 kimeneti értékek meghatározásában,

Δ x 1 És Δ x 2 – hibák az x 1 és x 2 bemeneti értékek meghatározásában.

A mérőátalakító további hibái működési elvéből, a tervezési és gyártástechnológiai tökéletlenségből adódóan akkor jelentkeznek, ha a befolyásoló mennyiségek eltérnek a normál értékektől.

A nem elektromos mennyiségeket elektromosmá mérő átalakítókat a fent tárgyalt jellemzők mellett a következő jellemzők jellemzik: kimenőjel változás, kimeneti impedancia, dinamikus jellemzők. A legfontosabb műszaki jellemzők közé tartoznak még: méretek, tömeg, mechanikai, hő-, elektromos és egyéb túlterhelésekkel szembeni ellenállás, megbízhatóság, könnyű telepítés és karbantartás, robbanásbiztonság, gyártási költség stb. .

A mérőátalakítók eltérőek a jelátalakítás elve szerint.

Amikor analóg közvetlen átalakítás (4. ábra) a mért X nem elektromos mennyiséget az elsődleges mérőátalakító (PMT) bemenetére tápláljuk. A jelátalakító Y kimenő elektromos értékét egy elektromos mérőeszköz (EIM) méri, amely egy mérőátalakítót és egy indikátort tartalmaz.

4. ábra - A mért nem elektromos mennyiség analóg közvetlen átalakításával rendelkező készülék blokkvázlata

A kibocsátott mennyiség típusától és az eszközzel szemben támasztott követelményektől függően egy elektromos mérőeszköz különböző bonyolultságú lehet. Az egyik esetben ez egy magnetoelektromos millivoltméter, a másikban pedig egy digitális mérőeszköz. Az EIP jelzőkészülék skálája általában a mért nem elektromos mennyiség egységeiben van beosztva. A mért nem elektromos mennyiséget többször is át lehet alakítani, hogy a mérési határokat a PIP-konverzió határértékeihez igazítsák, és kényelmesebb típusú bemeneti műveletet kapjunk a PIP számára. Az ilyen átalakítások végrehajtásához lépjen be az eszközbe előzetesentest a nem elektromos értékek átalakítói nem elektromosakká.

A közvetlen konverziós eszközök nagyszámú köztes átalakítójával a teljes hiba jelentősen megnő. A hiba csökkentése érdekében használja differenciál kimérőátalakítók, amelyek kisebb additív hibával, kevésbé nemlineáris konverziós funkcióval és nagyobb érzékenységgel rendelkeznek a közvetlen konverziós eszközökhöz képest.

Az 5. ábra egy differenciális mérőátalakítóval (DIP) rendelkező eszköz blokkvázlatát mutatja. Az átalakító tartalmaz egy DZ differenciál kapcsolatot két kimenettel, két konverziós csatornával (P1 és P2) és egy VU kivonóval. Amikor a bemeneti mért érték x 0 kezdeti értékről (x 0 + Δx) értékre változik, akkor a távérzékelés kimenetén az x 1 és x 2 kimeneti értékek eltérő előjelű növekményt kapnak. A P1-re és P2-re való átalakítás után az y 1 és y 2 konverterek kimenetén lévő értékeket levonjuk. Ennek eredményeként az MI mérőműszerébe táplált DIP kimeneti értéke (y = y 1 -y 2) csak a mért nem elektromos mennyiség Δx növekedésével arányos.

5. ábra - A készülék blokkvázlata a mért nem elektromos mennyiség differenciális átszámításával

A készülékekben kompenzáció (kiegyensúlyozás) elvén alapuló átalakítással az átalakító USA-beli összehasonlítására szolgáló eszközben az összehasonlítás történik mérhető nagyságrendű és homogén ahhoz változékony az UOS visszacsatoló csomópont által létrehozott érték (6. ábra) Az értékeket addig hasonlítjuk össze, amíg teljesen kiegyensúlyozódnak. Csomópontként Visszacsatolás fordított átalakítókat használnak, amelyek egy elektromos mennyiséget nem elektromosvá alakítanak át (például izzólámpák, elektromechanikus átalakítók stb.).

6. ábra - Kompenzációs mérőátalakítóval ellátott készülék blokkvázlata

A közvetlen konverziós eszközökhöz képest a kompenzációs összehasonlító eszközök nagyobb pontosságot, gyorsabb reakciót biztosítanak, és kevesebb energiát fogyasztanak a vizsgált tárgyból.

A nem elektromos mennyiségek mérésére szolgáló elektromos műszerek lehetnek analógok vagy digitálisak.

Reosztát átalakítók

A reosztatikus átalakítók a vezető elektromos ellenállásának változásán alapulnak egy bemeneti érték - lineáris vagy szögeltolódás - hatására. A reosztát átalakító egy reosztát (huzaltekerccsel ellátott keret), amelynek mozgatható érintkezője mért nem elektromos mennyiség hatására lineáris vagy szögmozgást végez. Néhány reosztatikus átalakító vázlatos ábrázolása a 6. ábrán látható, a-c. A jelátalakító méreteit a mért elmozdulás határértékei, a tekercs ellenállása és a tekercsben disszipált elektromos teljesítmény határozzák meg. A nemlineáris transzformációs függvény eléréséhez funkcionális reosztát átalakítókat használnak. A transzformációs függvény kívánt formáját a konverter keretének profilozásával érjük el (6. ábra, V).

A reosztatikus átalakítókban a statikus átalakítási karakterisztika lépcsőzetes jellegű, mivel az ellenállás egy fordulat ellenállásával megegyező ugrásban változik. Ez a megfelelő hiba megjelenését okozza, amelynek maximális értéke a következőképpen ábrázolható:

, (4)

ahol R egy fordulat maximális ellenállása;

R a jelátalakító impedanciája.

BAN BEN reochordátalakítók, amelyekben a mozgó érintkező a vezeték tengelye mentén csúszik, ez a hiba elkerülhető.

A reosztatikus átalakítók a mérőáramkörökben kiegyensúlyozott és nem egyensúlyi hidak, feszültségosztók stb.

7. ábra - Reosztatikus mérőátalakítók

A reosztatikus jelátalakítók fő hátrányai a csúszóérintkező jelenléte, a viszonylag nagy mozgások szükségessége, és néha jelentős mozgási erőfeszítés. Az előnyök közé tartozik a tervezés egyszerűsége és a jelentős szintű kimeneti jelek elérése.

A reosztatikus átalakítókat viszonylag nagy lineáris és szögelmozdulások, valamint egyéb, elmozdulássá alakítható nem elektromos mennyiségek (erő, nyomás stb.) mérésére használják.

Induktív jelátalakítók

Az induktív konverterek működési elve a mágneses áramkör tekercseinek belső vagy kölcsönös induktivitásának a mágneses áramkör elemeinek relatív helyzetétől, geometriai méreteitől és mágneses ellenállásától való függésén alapul. Az elektrotechnikából ismert, hogy az induktivitás L a mágneses magon található tekercset (mágneses áramkör) a következő kifejezés határozza meg:

, (5)

ahol Z M  a mágneses áramkör mágneses ellenállása;

w- a tekercs fordulatszáma.

Kölcsönös induktivitás M két tekercs ugyanazon a mágneses áramkörön található mágneses ellenállással Z M, azt jelenti

, (6)

Ahol w 1 És w 2  az első és a második tekercs meneteinek száma.

A mágneses ellenállást a következő képlet adja meg:

, ` (7)

Ahol	 a mágneses ellenállás aktív komponense;
l i , S i ,  i	 a mágneses áramkör i-edik szakaszának hossza, keresztmetszete és relatív mágneses permeabilitása;
	 mágneses állandó;
	 a mágneses kör levegő szakaszának hossza és keresztmetszete;
	 a mágneses ellenállás reaktív komponense;
	 örvényáramok és hiszterézis miatti teljesítményveszteségek a mágneses áramkörben;
	- szögfrekvencia;
	- mágneses fluxus a mágneses áramkörben.

A fenti összefüggések azt mutatják, hogy az induktivitás és a kölcsönös induktivitás változtatható a mágneses kör légmetszetének δ hosszának vagy S keresztmetszetének, a mágneses körben a P teljesítményveszteségnek stb.

A 8. ábra vázlatosan mutatja a különböző típusú induktív átalakítókat. A kölcsönös induktivitás változását például úgy érhetjük el, hogy az 1 mozgatható magot (armatúrát) a rögzített 2 maghoz képest elmozdítjuk, egy nem mágneses fémlemezt 3 helyezünk a légrésbe (8. ábra). A).

8. ábra - Induktív mérőátalakítók

Változtatható légrés hosszúságú induktív jelátalakító  (8. ábra, b) nemlineáris függőség jellemzi L = f ( ). Az ilyen konverter nagy érzékenységgel rendelkezik, és általában a mágneses áramkör armatúrájának 0,01 és 5 mm közötti mozgatásakor használják.

A transzformációs függvény szignifikánsan kisebb érzékenysége, de lineáris függősége L = f(S) a változtatható légrés keresztmetszetű konverterek különböznek egymástól (8. ábra, V). Az ilyen jelátalakítókat 10-15 mm-es elmozdulások mérésére használják.

Az induktív differenciál átalakítókat széles körben használják (8. ábra, G), amelyben a mozgatható armatúra két tekercsekkel ellátott rögzített mag közé kerül. Amikor az armatúrát a mért érték hatására mozgatjuk, a hosszak egyszerre és eltérő előjelekkel változnak δ 1 És δ 2 az átalakító légréseit, miközben az egyik tekercs induktivitása nő, a másik pedig csökken. A differenciálátalakítókat híd mérőáramkörökkel együtt használják. A nem-differenciális konverterekhez képest nagyobb az érzékenységük, kisebb az átalakítási függvény nemlinearitása, és kevésbé befolyásolják őket a külső tényezők.

Viszonylag nagy elmozdulások (50-100 mm-ig) átalakítására nyitott mágneses áramkörrel rendelkező transzformátor-átalakítókat használnak (8. d).

Ha a konverter ferromágneses magját F erővel mechanikai hatás éri, akkor a mag anyagának mágneses permeabilitásának változása miatt az áramkör mágneses ellenállása megváltozik, ami az L induktivitás változását is maga után vonja. és a tekercsek kölcsönös M induktivitása. A magnetoelasztikus jelátalakítók működési elve ezen a függőségen alapul (8. ábra, e).

Az induktív jelátalakítók lineáris és szögelmozdulások, valamint egyéb, elmozdulássá alakítható nem elektromos mennyiségek mérésére szolgálnak (erő, nyomás, nyomaték stb.). A jelátalakító kialakítását a mért elmozdulások tartománya határozza meg. A konverter méreteit a szükséges kimeneti jelteljesítmény alapján választják ki.

Induktív átalakítók, híd (egyensúlyi és nem egyensúlyi) és generátor mérőáramkörök, valamint áramkörök kimeneti paramétereinek mérésére. rezonáns áramkörök felhasználásával, amelyek a legnagyobb érzékenységgel rendelkeznek az átalakítási függvény nagy meredeksége miatt.

Más elmozdulás-átalakítókhoz képest az induktív jelátalakítókat nagy teljesítményű kimeneti jelek, egyszerűség és megbízható működés jellemzi.

Főbb hátrányaik: a vizsgált tárgyra gyakorolt ​​fordított hatás (elektromágnes hatása az armatúrára) és az armatúra tehetetlenségének hatása a készülék frekvenciakarakterisztikájára.

Kapacitív jelátalakítók

A kapacitív mérőátalakítók működési elve a kondenzátor elektromos kapacitásának a méretektől, a lemezek egymáshoz viszonyított helyzetétől és a közöttük lévő közeg áteresztőképességétől való függésén alapul.

A kétlemezes lapos kondenzátor elektromos kapacitását a következő kifejezés írja le:

, (8)

Ebből a kifejezésből látható, hogy a függőségek felhasználása alapján kapacitív átalakító építhető C =f( ), C =f(S) vagy C = f( ).

A 9. ábra vázlatosan mutatja a különböző kapacitív átalakítók kialakítását.

9. ábra - Kapacitív mérőátalakítók

A 9. ábrán látható konverter, A egy kondenzátor, amelynek egyik lemeze egy mért nem elektromos X mennyiség hatására elmozdul egy rögzített lemezhez képest. Az átalakító statikus karakterisztikája függőséggel C =f( ) nem lineáris. A jelátalakító érzékenysége a lemezek közötti távolság csökkenésével növekszik . Az ilyen jelátalakítókat kis (1 mm-nél kisebb) elmozdulások mérésére használják.

Differenciális kapacitív átalakítókat is használnak (9. ábra, b), amelyek egy mozgatható és két rögzített lemezzel rendelkeznek. Az X mért érték hatására ezek a konverterek egyidejűleg változtatják a C1 és C2 kapacitásokat.

9. ábra, V egy differenciális kapacitív átalakítót mutat a lemezek változó aktív területével, amely a függőséget használja C =f(S) . Az ilyen kialakítású jelátalakítókat viszonylag nagy elmozdulások mérésére használják. Ezekben a jelátalakítókban a szükséges konverziós karakterisztika könnyen elérhető a lemezek profilozásával.

Dependency Transformers C =f( ) folyadékok szintjének, anyagok páratartalmának, dielektrikumból készült termékek vastagságának mérésére szolgál, stb. Példaként a 9. ábrán G a kapacitív szintmérő átalakítójának eszköze adott. Az edénybe süllyesztett elektródák közötti kapacitás a folyadék szintjétől függ.

A kapacitív mérőátalakítók kimeneti paraméterének mérésére hidat, generátor mérési értékeket és rezonáns áramköröket használó áramköröket használnak. Ez utóbbiak lehetővé teszik olyan nagy érzékenységű eszközök létrehozását, amelyek képesek reagálni a 10 µm nagyságrendű lineáris elmozdulásra. A kapacitív átalakítóval ellátott áramkörök általában nagyfrekvenciás árammal (akár több tíz MHz-ig) táplálkoznak.

autó karosszéria teszt megbízhatósága

Mérő jelátalakító -- technikai eszközökkel normalizált metrológiai jellemzőkkel, amely a mért érték más értékké vagy mérési jellé alakítását szolgálja, amely kényelmes feldolgozásra, tárolásra, további átalakításokra, kijelzésre és továbbításra, de az üzemeltető által közvetlenül nem érzékelhető. A mérőátalakító vagy bármely része mérőeszköz(mérőberendezés, mérőrendszer) vagy bármely mérőműszerrel együtt használható.

Az átalakítás jellege szerint a következő konvertereket különböztetjük meg:

Az analóg mérőátalakító olyan mérőátalakító, amely egy analóg értéket (analóg mérőjelet) egy másik analóg értékké (mérőjel) alakít át;

Az analóg-digitális mérőátalakító olyan mérőátalakító, amelyet arra terveztek, hogy az analóg mérőjelet numerikus kóddá alakítsa;

A digitális-analóg mérőátalakító egy olyan mérőátalakító, amelyet arra terveztek, hogy egy numerikus kódot analóg értékké alakítson át.

A mérőkörben elfoglalt hely szerint a következő átalakítókat különböztetjük meg:

Az elsődleges mérőátalakító egy mérőátalakító, amelyre közvetlenül hat a mért fizikai mennyiség. Az elsődleges mérőátalakító az első jelátalakító a mérőműszer mérőkörében;

Az érzékelő szerkezetileg leválasztott elsődleges mérőátalakító;

A detektor egy érzékelő az ionizáló sugárzás mérésének területén;

Közbenső mérőátalakító -- olyan mérőátalakító, amely a mérőkörben az elsődleges jelátalakító után foglal helyet.

A továbbító mérőátalakító egy mérőátalakító, amelyet mérési információ jelének távoli továbbítására terveztek;

Skálamérő jelátalakító -- egy mérőátalakító, amelyet arra terveztek, hogy egy mennyiség vagy mérőjel méretét adott számú alkalommal megváltoztassa.

A működési elv szerint az átalakítókat generátorra és parametrikusra osztják.

Generátor - ezek olyan átalakítók, amelyek a bemeneti érték hatására maguk is elektromos energiát termelnek (kimeneti értékkel - feszültség vagy áram). A mérőkörbe generátor mérőátalakítók is beépíthetők, ahol nincs energiaforrás. Generátoros mérőátalakítókra példák a termoelektromos és fotoelektromos mérőátalakítók.

Paraméteres - ezek olyan átalakítók, amelyek a mért érték hatására megváltoztatják a kimeneti érték értékét a működési elvtől függően (kimeneti értékkel az ellenállás, a kapacitás változása formájában és az értéktől függően a bemeneti érték), ezek közé tartoznak a termikus, kapacitív mérőátalakítók.

A jelátalakító működésének alapjául szolgáló fizikai szabályosság szerint minden mérőátalakító a következő csoportokba sorolható:

rezisztív;

Termikus;

elektromágneses;

Elektrosztatikus;

Elektrokémiai;

Piezoelektromos;

fotovoltaikus;

Elektronikus;

Kvantum.

Nézzük meg részletesebben a mérőátalakítók néhány csoportját.

Jelenleg a rezisztív jelátalakítók a legelterjedtebbek. A működési elv az elektromos ellenállásuk változásán alapul, amikor a bemeneti érték megváltozik.

1. ábra - Rezisztív mérőátalakító diagramja

A rezisztív mérőátalakító konstrukciója során törekedni kell arra, hogy az R ellenállás változása egy bemeneti érték (ritkábban kettő) hatására következzen be.

Ennek a konverternek az előnyei a következők: egyszerű tervezés, kis méret és súly, nagy érzékenység, nagy felbontás alacsony szinten bemeneti jel, mozgatható áramgyűjtő érintkezők hiánya, nagy sebesség, a szükséges transzformációs törvény megszerzésének lehetősége a megfelelő tervezési paraméterek megválasztásával, a bemeneti áramkörnek nincs hatása a mérőáramkörre.

Elektromágneses mérőátalakítók - az ilyen jelátalakítók a jelátalakítók nagy csoportját alkotják különféle fizikai mennyiségek mérésére, és a működési elvtől függően paraméteresek és generátorok.

A paraméteres átalakítók közé tartoznak azok, amelyekben a kimeneti mechanikai hatást a mágneses áramkör paramétereinek - mágneses permeabilitás, RM mágneses ellenállás, L tekercs induktivitás - változásává alakítják.

Generátorhoz - indukciós típusú konverterek, amelyek az elektromágneses indukció törvényét használják a kimeneti jel megszerzésére. Transzformátorok és elektromos gépek alapján készülhetnek. Az utolsó csoport a tachogenerátorok, selsyn-ek, forgótranszformátorok.

Az L és M értéke megváltoztatható a rés csökkentésével vagy növelésével, az armatúra helyzetének megváltoztatásával, a mágneses fluxus S keresztmetszetének megváltoztatásával, az armatúra elfordításával a mágneses áramkör álló részéhez képest, beiktatva egy ferromágneses anyag lemezét a légrésbe, rendre csökkentve a 0-t és a rés mágneses ellenállását.

Azokat a mérőátalakítókat, amelyek a természetes bemeneti értéket az elmozdulás formájában induktivitás változássá alakítják, induktívnak nevezzük.

Azokat az átalakítókat, amelyek a mozgást az M kölcsönös induktivitás változásává alakítják át, általában transzformátornak nevezik.

2. ábra - A mágneses ellenállás változásán alapuló mérőátalakító vázlata

A transzformátor-átalakítókban az M kölcsönös induktivitás változása nemcsak a mágneses ellenállás megváltoztatásával érhető el, hanem az egyik tekercsnek a mágneses áramkör mentén vagy keresztirányú mozgatásával is.

Ha az átalakító zárt mágneses áramkörére nyomó-, húzó- vagy csavaró erőket fejtünk ki, akkor ezek hatására a mag 0 mágneses permeabilitása megváltozik, ami a mag mágneses ellenállásának megváltozásához vezet, és ennek megfelelően L vagy M változás.

Azokat az átalakítókat, amelyek a ferromágneses mag mágneses permeabilitásának mechanikai deformáció hatására bekövetkező változása miatti mágneses ellenállás-változáson alapulnak, magnetoelasztikusnak nevezzük. Széles körben használják erők, nyomások, nyomatékok mérésére.

Ha egy állandó mágnes vagy egy elektromágnes résében, amelynek tekercsén egyenáramot vezetnek, a tekercs elmozdul, akkor az elektromágneses indukció törvénye szerint a tekercsben EMF jelenik meg, amely egyenlő

ahol a W tekercs fordulataival összekapcsolódó mágneses fluxus változási sebessége.

Mivel a mágneses fluxus változásának sebességét a légrés tekercsének sebessége határozza meg, az átalakító természetes bemeneti értékkel rendelkezik lineáris vagy szögeltolódás formájában, és kimeneti értéke indukált formában. EMF. Az ilyen átalakítókat induktívnak nevezzük.

Piezoelektromos átalakítók - az ilyen érzékelők működési elve a közvetlen és inverz piezoelektromos hatás használatán alapul.

A közvetlen hatás bizonyos anyagok azon képessége, hogy mechanikai terhelés hatására elektromos töltést hoznak létre a felületen.

Az ellenkező hatás - a mechanikai igénybevétel vagy a geometriai méretek változása elektromos mező hatására anyagot képez.

Piezoelektromos anyagokként természetes anyagokat használnak - kvarcot, turmalint, valamint bárium-titanit, ólom-titanit és ólom-cirkonát alapú, mesterségesen polarizált kerámiát.

Kvantitatívan a piezoelektromos hatást a Kd piezoelektromos modulussal becsüljük meg, amely megállapítja a kapcsolatot a fellépő Q töltés és az F erő között, amely a következő képlettel fejezhető ki:

Tekintsünk egy másik típusú mérőátalakítót - hőátalakítókat.

Működési elvük a termikus folyamatok (fűtés, hűtés, hőcsere) alkalmazásán alapul, és az ilyen érzékelők bemeneti értéke a hőmérséklet.

Azonban nemcsak a hőmérséklet, hanem a hőáramlás, a gáz áramlási sebessége, a páratartalom, a folyadékszint jeladójaként is használják őket.

A hőátalakítók építésekor leggyakrabban olyan jelenségeket használnak, mint a termo-EMF előfordulása, az anyag ellenállásának a hőmérséklettől való függése.

A hőelem egy érzékelőelem, amely két különböző vezetőből vagy félvezetőből áll, amelyek elektromosan vannak összekapcsolva, és a szabályozott hőmérsékletet EMF-vé alakítják.

A termoelektromos átalakító működési elve olyan termoelektromotoros erő alkalmazásán alapul, amely két különböző vezetőből álló áramkörben keletkezik, amelyek csomópontjait (csomópontjait) különböző hőmérsékletre hevítik.

A termo-EMF előjele és értéke az áramkörben az anyag típusától és a csomópontok hőmérséklet-különbségétől függ.

A csomópontok közötti kis hőmérséklet-különbség mellett a termo-EMF a hőmérséklet-különbséggel arányosnak tekinthető:

A hőmérséklet mérésére hőelem használható.

A hőelemekhez különféle anyagokat használnak. értékes fémek(platina, arany, irídium, ródium és ötvözeteik), valamint nem nemesfémek (acél, nikkel, króm, nikrómötvözetek).

A szilícium és szelén hőelemeket (félvezetőket) viszonylag ritkán használják, alacsony a mechanikai szilárdságuk, nagy a belső ellenállásuk, bár a fémekhez képest nagy hő-EMF-et biztosítanak.

A Thermo-EMF csak eltérő anyagok találkozásánál fordul elő. Különböző anyagok összehasonlításakor a platina termo-EMF-jét vesszük alapul, amelyhez viszonyítva más anyagok termo-EMF-jét határozzuk meg.

A kimeneti EMF növelése érdekében hőelemek soros csatlakozását használják, amely hőcsőt képez.

A hőelemek előnyei - a mérések lehetősége széles hőmérséklet-tartományban; az eszköz egyszerűsége; működési megbízhatóság.

Hátrányok - nem nagy érzékenység, nagy tehetetlenség, a szabad csomópontok állandó hőmérsékletének fenntartása.

A termisztoros átalakítók egy vezető vagy félvezető azon tulajdonságán alapulnak, hogy a hőmérséklet változásával megváltoztatják elektromos ellenállását.

Az ilyen érzékelőkhöz olyan anyagokat használnak, amelyek nagy stabilitásúak, adott hőmérsékleten nagy az elektromos ellenállás reprodukálhatósága, jelentős ellenállásuk, melegítéskor a kémiai és fizikai tulajdonságok stabilitása, valamint a vizsgált közeg hatásával szembeni tehetetlenség.

Ezek az anyagok elsősorban a platina, a réz, a nikkel és a volfrám. A legelterjedtebbek a platina és a réz termisztorok.

A platina termisztorokat 0 és 6500 C közötti tartományban használják; 0-tól - 2000 C-ig. Hátrányuk, hogy elvesztik jellemzői stabilitásukat, és magas hőmérsékleten megnő az anyag ridegsége.

A réz termisztorokat 50 és 1800 C közötti hőmérséklet-tartományban használják, meglehetősen korrózióállóak, olcsók.

Hátrányuk: hevítéskor magas oxidálhatóság, aminek következtében alacsony páratartalmú környezetben, agresszív gázok hiányában viszonylag szűk hőmérséklet-tartományban alkalmazzák.

A félvezető termisztorok kisebb méretükben és tehetetlenségükben különböznek a fémektől. Hátránya az ellenállás nemlineáris hőmérsékletfüggősége.

A hőmérséklet mérésére általában termisztorokat használnak. Ebben az esetben a rajtuk áthaladó terhelési áramnak kicsinek kell lennie. Ha ez az áram nagy, akkor a termisztor túlmelegedése a környezethez képest jelentőssé válhat. A túlmelegedés beállított értékét és ennek megfelelően az ellenállást ebben az esetben a termisztor felületéről történő hőátadás feltételei határozzák meg.

3. ábra - Általános forma termoelektromos átalakító

Ha egy fűtött termisztort változó termofizikai jellemzőkkel rendelkező közegbe helyezünk, akkor számos fizikai mennyiség mérése lehetséges: a folyadék és a gázok áramlási sebessége, a gázok sűrűsége.

A rézhuzalos termisztorok érzékenysége állandó, míg a platina termisztorok érzékenysége a hőmérséklettel változik. Azonos R 0 értékekkel a réz termisztorok érzékenysége nagyobb.

A platina- és rézérzékeny elemekkel ellátott termisztorokkal mért hőmérséklet-tartomány -200 és + 1100 0 С között van.

A magas hőmérséklet mérésekor érintésmentes mérőműszereket használnak - pirométereket, amelyek hősugárzással mérik a hőmérsékletet. A pirométereket sorozatban gyártják, amelyek 20 és 6000 0 С közötti hőmérséklet-mérést biztosítanak.

A hőmérsékletmérés érintésmentes módszere a fekete test sugárzásának hőmérsékletfüggésén alapul, azaz. olyan test, amely képes teljesen elnyelni a ráeső bármilyen hullámhosszú sugárzást.

A konverterek legfontosabb metrológiai jellemzői: névleges statikus átalakítási karakterisztika, érzékenység, alaphiba, további hibák, vagy befolyásoló funkciók, kimenőjel változása, kimeneti impedancia, dinamikus jellemzők stb.

A legfontosabb nem metrológiai jellemzők közé tartoznak a méretek, tömeg, könnyű beszerelés és karbantartás, robbanásbiztonság, mechanikai, termikus, elektromos és egyéb túlterhelésekkel szembeni ellenállás, megbízhatóság, gyártási és üzemeltetési költség stb.

A kimeneti jel típusától függően minden mérőátalakító fel van osztva parametrikusÉs generátor. A cselekvés elve szerint is osztályozzák őket. Az alábbiakban csak a legtöbbet használt adókat tárgyaljuk.

13.1 Paraméteres jelátalakítók

Általános információ. Paraméteres átalakítóknál a kimeneti érték az elektromos áramkör paramétere (R, L, M, C). Paraméteres jelátalakítók használatakor további áramforrásra van szükség, melynek energiáját a jelátalakító kimenőjelének kialakítására használják fel.

Reosztát átalakítók. A reosztatikus átalakítók a vezető elektromos ellenállásának változásán alapulnak a bemeneti érték - elmozdulás hatására. A reosztát átalakító olyan reosztát, amelynek keféje (mozgó érintkezője) egy mért nem elektromos mennyiség hatására mozog. ábrán. A 11-5. ábrán vázlatosan láthatók néhány szögletes reosztát-átalakító kialakítása (11-5. ábra, A)és lineáris (11-5. ábra, b és c) mozgások. Az átalakító a keretre felvitt tekercsből és egy keféből áll. A keretek gyártásához dielektrikumokat és fémeket használnak. A tekercselő huzal ötvözetekből készül (platina ötvözete irídiummal, konstanssal, nikrómmal és fekrállal). A tekercseléshez általában szigetelt vezetéket használnak. A tekercselés után a vezeték szigetelését a kefével való érintkezési pontokon le kell tisztítani. Az átalakító kefe vagy huzalból vagy lapos rugós szalagokból készül, és tiszta fémeket (platina, ezüst) és ötvözeteket (platina irídiummal, foszforbronz stb.) használnak.

Rizs. 11-5. Reosztát átalakítók szög (a), lineáris b) elmozdulásokhoz és a lineáris elmozdulások funkcionális átalakításához (c)

Az átalakító méreteit a mért elmozdulás értéke, a tekercs ellenállása és a tekercsben felszabaduló teljesítmény határozza meg.

A nemlineáris transzformációs függvény eléréséhez funkcionális reosztát átalakítókat használnak. Az átalakítás kívánt karakterét gyakran a konverter keretének profilozásával érik el (11-5. ábra, V).

A vizsgált reosztatikus átalakítóknál a statikus átalakítási karakterisztika lépcsős jellegű, mivel az ellenállás egy fordulat ellenállásával megegyező ugrásban változik, ami hibát okoz. Néha reochord átalakítókat használnak, amelyekben a kefe a vezeték tengelye mentén csúszik. Ezek a jelátalakítók nem rendelkeznek a megadott hibával. A reosztatikus átalakítók a mérőáramkörökben kiegyensúlyozott és nem egyensúlyi hidak, feszültségosztók stb.

A konverterek előnyei közé tartozik a nagy konverziós pontosság elérése, a jelentős kimeneti jelek és a viszonylagos tervezési egyszerűség. Hátrányok - csúszó érintkező jelenléte, viszonylag nagy mozgások szükségessége és néha jelentős mozgási erőfeszítés.

A reosztatikus átalakítókat viszonylag nagy elmozdulások és egyéb nem elektromos mennyiségek (erők, nyomások stb.) átalakítására használják, amelyek elmozdulássá alakíthatók.

Feszültségérzékeny jelátalakítók (érzékelők). Az átalakítók működése a tenzorhatáson alapul, amely a vezető (félvezető) aktív ellenállásának megváltoztatásából áll a mechanikai igénybevétel és a benne okozott deformáció hatására.

Rizs. 11-6. Nyújtásmérő vezeték jelátalakító

Ha a huzal mechanikai igénybevételnek van kitéve, például megnyúlik, akkor az ellenállása megváltozik. A huzal ellenállásának változását mechanikai hatás hatására a geometriai méretek (hossz, átmérő) és az anyag fajlagos ellenállásának változása magyarázza.

A jelenleg széles körben használt nyúlásérzékeny jelátalakítók (11-6. ábra) vékony cikkcakkos formák, amelyeket papírcsíkra (szubsztrát /) huzalra ragasztanak. 2 (drótrács). Az átalakító hegesztett vagy forrasztott vezetékekkel csatlakozik az áramkörhöz 3. A jelátalakítót a vizsgált alkatrész felületére úgy ragasztják, hogy a várható alakváltozás iránya egybeessen a huzalrács hossztengelyével.

A jelátalakítók gyártásához főként 0,02-0,05 mm átmérőjű konstans huzalt használnak. (S== 1,9-2,1). A Constantan elektromos ellenállásának alacsony hőmérsékleti együtthatója van, ami nagyon fontos, mivel a jelátalakítók ellenállásának változása a deformációk során, például az acél alkatrészek esetében, arányos a jelátalakító ellenállásának változásával a hőmérséklet változásával. Aljzatként vékony (0,03-0,05 mm) papírt, valamint lakk- vagy ragasztófóliát, magas hőmérsékleten pedig cementréteget használnak.

Alkalmaznak fóliás átalakítókat is, amelyekben a huzal helyett fólia- és fólianyúlásmérőket használnak, amelyeket egy alakváltozásra érzékeny anyag szublimálásával nyernek, majd egy hordozóra helyezik.

Ragasztókkal ragasztják a huzalt az aljzathoz és a teljes jelátalakítót az alkatrészhez (acetonos celluloid oldat, BF-2, BF-4 ragasztó, bakelit stb.). Magas hőmérsékleten (200 °C felett) hőálló cementeket, szilikon lakkokat és ragasztókat stb.

Az átalakítók a céltól függően különböző méretben kaphatók. Leggyakrabban 5-50 mm rácshosszúságú (alap) átalakítókat használnak, amelyek ellenállása 30-500 ohm.

A hőmérséklet változása változást okoz a nyúlásmérők átalakulási jellemzőiben, ami a jelátalakító ellenállásának hőmérséklet-függésével, valamint a nyúlásmérő és a vizsgált alkatrész anyagának lineáris tágulási együtthatóinak különbségével magyarázható. . A hőmérséklet hatását általában megfelelő hőmérséklet-kompenzációs módszerek alkalmazásával küszöböljük ki.

A beragasztott nyúlásmérő jelátalakítót nem lehet eltávolítani az egyik részről, és nem lehet ráilleszteni a másikra. Ezért a transzformáció (S együttható) jellemzőinek meghatározásához a konverterek szelektív kalibrációját kell alkalmazni, amely ±1% hibával adja meg az S együttható értékét. A nyúlásmérők jellemzőinek meghatározására szolgáló módszereket a szabvány szabályozza. Ezen konverterek előnye a statikus átalakítási karakterisztika linearitása, a kis méretek és súly, valamint a tervezés egyszerűsége. Hátránya az alacsony érzékenységük.

Azokban az esetekben, amikor nagy érzékenységre van szükség, félvezető anyagból készült szalagok alakjában készült alakváltozásra érzékeny átalakítókat használnak. Az ilyen konverterek S együtthatója eléri a több százat. A félvezető konverterek jellemzőinek reprodukálhatósága azonban gyenge. Jelenleg tömegesen gyártják az integrált félvezető nyúlásmérőket, amelyek hőkompenzáló elemekkel hidat vagy félhidat alkotnak.

A nyúlásmérők mérőáramköreiként egyensúlyi és nem egyensúlyi hidakat használnak. A nyúlásmérőket deformációk és egyéb nem elektromos mennyiségek mérésére használják: erők, nyomások, nyomatékok stb.

Hőérzékeny jelátalakítók (termisztorok). Az átalakítók működési elve a vezetők vagy félvezetők elektromos ellenállásának a hőmérséklettől való függésén alapul.

A mérési folyamat során a termisztor és a vizsgált közeg között hőcsere megy végbe. Mivel a termisztor benne van az elektromos áramkörben, amelynek segítségével az ellenállását mérik, áram folyik át rajta, hőt szabadítva fel. A termisztor hőcseréje a közeggel a közeg hővezető képessége és a benne lévő konvekció, magának a termisztornak és a hozzá kapcsolódó szerelvényeknek, valamint végül a sugárzásnak köszönhető. A hőátadás intenzitása, és így a termisztor hőmérséklete függ a geometriai méreteitől és alakjától, a védőszerelvények kialakításától, a körülvevő gáz vagy folyékony közeg összetételétől, sűrűségétől, hővezető képességétől, viszkozitásától és egyéb fizikai tulajdonságaitól. a termisztort, valamint a közeg hőmérsékletét és mozgási sebességét.

Rizs. 11-7. Eszköz(ek) és kinézet szerelvények (b) platina termisztor

Így a hőmérséklet függése, és így a termisztor ellenállása a fent felsorolt ​​tényezőktől, felhasználható különféle nem elektromos mennyiségek mérésére, amelyek egy gáz vagy folyékony közeget jellemzik. A jelátalakító tervezésénél az a cél, hogy a termisztor hőcseréjét a közeggel elsősorban a mért nem elektromos mennyiség határozza meg.

Az üzemmódtól függően a termisztorok túlmelegednek, szándékos túlmelegedés nélkül. A túlmelegedés nélküli konverterekben a termisztoron áthaladó áram gyakorlatilag nem okoz túlmelegedést, és az utóbbi hőmérsékletét a közeg hőmérséklete határozza meg; ezeket a jelátalakítókat a hőmérséklet mérésére használják. A túlmelegedési konverterekben az elektromos áram túlmelegedést okoz, a közeg tulajdonságaitól függően. A túlmelegedés-átalakítókat a sebesség, a sűrűség, a közeg összetételének stb. mérésére használják. Mivel a túlmelegedési termisztorokat befolyásolja a közeg hőmérséklete, általában áramköri módszereket alkalmaznak ennek a hatásnak a kompenzálására.

A hőmérséklet mérésére a leggyakoribb termisztorok platina- vagy rézhuzalból készülnek.

Szabványos platina termisztorokat használnak a hőmérséklet mérésére -260 és + 1100 ° C tartományban, réz - 200 és + 200 ° C tartományban (GOST 6651-78). Alacsony hőmérsékletű platina termisztorok (GOST 12877-76) a -261 és -183 °C közötti hőmérséklet mérésére szolgálnak.

ábrán. 11-7, A Az ábrán egy platina termisztor készüléke látható. A kerámia cső csatornáiban 2 a hélixnek két (vagy négy) szakasza van 3 sorba kapcsolt platinahuzalból készült. Forrassza a vezetékeket a spirál végeihez 4, termisztor beépítésére használják a mérőkörbe. A vezetékek rögzítése és a kerámia cső tömítése mázzal /. A cső csatornáit vízmentes alumínium-oxid por borítja, amely szigetelőként és a spirál rögzítőjeként működik. A nagy hővezető képességű és alacsony hőkapacitású vízmentes alumínium-oxid por jó hőátadást és alacsony tehetetlenséget biztosít a termisztornak. A termisztornak a külső környezet mechanikai és kémiai hatásaitól való védelme érdekében rozsdamentes acélból készült védőszerelvényekbe kell helyezni (11-7. ábra, b).

A platina szabványos termisztorok kezdeti ellenállása (0 ° C-on) 1, 5, 10, 46, 50, 100 és 500 Ohm, réz - 10, 50, 53 és 100 Ohm.

A termisztoron átfolyó áram megengedett értékének, amikor az a mérőkörben szerepel, olyannak kell lennie, hogy a termisztor ellenállásának változása fűtés közben ne haladja meg a kezdeti ellenállás 0,1%-át.

A statikus átalakítási jellemzőket táblázatok formájában (kalibrálás) és ezen jellemzők megengedett eltéréseit a szabványos termisztorok esetében a GOST 6651-78 tartalmazza.

A platina és a réz mellett néha nikkelt is használnak termisztorok készítéséhez.

A hőmérséklet mérésére különféle típusú félvezető termisztorokat (termisztorokat) is használnak, amelyekre nagyobb érzékenység jellemző (TCS termisztor-

az ellenállás negatív, és 20 °C-on 10-15-ször nagyobb, mint a réz és platina TCR-je), és nagyobb ellenállással (1 MΩ-ig) rendelkezik nagyon kis méreteknél. A termisztorok hátránya a rossz reprodukálhatóság és az átalakítási karakterisztika nemlinearitása:

Ahol rtÉs Ro- a termisztor ellenállása hőmérsékleten TÉs Hogy; Hogy- az üzemi tartomány kezdeti hőmérséklete; BAN BEN- együttható.

A termisztorokat -60 és + 120°C közötti hőmérséklet-tartományban használják.

A -80 és -f-150 ° C közötti hőmérséklet mérésére termikus diódákat és termotranzisztorokat használnak, amelyekben az ellenállás a hőmérséklet hatására megváltozik R- i-átmenet és feszültségesés ezen a csomóponton. A termotranzisztor feszültségérzékenysége 1,5-2,0 mV/K, ami jelentősen meghaladja a szabványos hőelemek érzékenységét (lásd 11-1. táblázat). Ezek az átalakítók általában hídáramkörökben és feszültségosztók formájában találhatók.

A termikus diódák és hőtranzisztorok előnyei a nagy érzékenység, a kis méret és az alacsony tehetetlenség, a nagy megbízhatóság és az alacsony költség; hátrányok - szűk hőmérséklet-tartomány és a statikus konverziós jellemzők rossz reprodukálhatósága. Ez utóbbi hátrány hatása speciális áramkörök alkalmazásával csökkenthető.

A szabványos termisztorok hőtehetetlenségét a GOST 6651-78 szerint a v^ hőtehetetlenség mutatója jellemzi, amely az az idő, amely ahhoz szükséges, hogy a közeg és a bevezetett konverter bármely pontja közötti hőmérsékletkülönbség 0,37 ez az érték, amikor a konvertert olyan állandó hőmérsékletű környezetbe vezetik, amely a szabályos hőkezelés kezdetekor volt. A termikus tehetetlenségi indexet a konverter tranziens termikus folyamatgörbéjének azon részéből határozzuk meg, amely megfelel a szabályos üzemmódnak, azaz exponenciális jellegű (féllogaritmikus skálán - egyenes). Az e^ értéke különböző típusú szabványos átalakítóknál több tíz másodperctől néhány percig terjed.

Ha gyors ellenállású termisztorokra van szükség, nagyon vékony vezetéket (mikrohuzalt) használnak a gyártásukhoz, vagy kis térfogatú termisztorokat (gyöngy) vagy termotranzisztorokat.

Rizs. 11-8. A hővezetőképesség mérés elvén alapuló gázanalizátor konverter

Rs. 11-9. A gáz hővezető képességének függése a nyomástól

A termisztorokat gázkeverékek elemzésére szolgáló műszerekben használják. Sok gázkeverék hővezető képességében különbözik egymástól és a levegőtől.

A gázelemző készülékekben - gázanalizátorokban - egy kamrában elhelyezett túlmelegedő platina termisztort (11-8. ábra) használnak a hővezető képesség mérésére. 2 az elemzett gázzal. A termisztor, a szerelvények és a kamra kialakítását, valamint a fűtőáram értékét úgy választják meg, hogy a közeggel való hőcsere főként a gáznemű közeg hővezető képessége miatt történjen.

A külső hőmérséklet hatásának kiküszöbölésére az üzemi hőmérsékleten kívül állandó összetételű gázzal töltött termisztorral ellátott kompenzációs kamrát használnak. Mindkét kamra egyetlen blokk formájában készül, amely azonos hőmérsékleti feltételeket biztosít a kamrák számára. A mérések során a munka- és kompenzációs termisztorok a híd szomszédos karjaiba kerülnek, ami kompenzálja a hőmérséklet hatását.

A termisztorokat a ritkulás mértékének mérésére szolgáló eszközökben használják. ábrán. A 11-9. ábra a testek között elhelyezkedő gáz hővezető képességének függését mutatja AÉs B, nyomásától.

Így a gáz hővezető képessége függővé válik az egységnyi térfogatra jutó molekulák számától, azaz a nyomástól (ritkulási fok). A gáz hővezető képességének nyomástól való függését a vákuummérőkben - a ritkulás mértékének mérésére szolgáló eszközökben - használják.

A vákuummérők hővezető képességének mérésére fém (platina) és félvezető termisztorokat használnak, amelyeket üveg vagy fém edénybe helyeznek, amely ellenőrzött környezethez van csatlakoztatva.

A termisztorokat a gázáramlás sebességének mérésére szolgáló eszközökben használják - forró vezetékes anemométerekben. A gázáramlás útján elhelyezett túlhevítő termisztor állandósult hőmérséklete az áramlási sebességtől függ. Ebben az esetben a konvekció (kényszerített) lesz a hőcsere fő módja a termisztor és a közeg között. A termisztor ellenállásának változása, amely a felületéről mozgó közeg általi hő eltávolítása miatt következik be, funkcionálisan összefügg a közeg sebességével.

A termisztor, a szerelvények és a fűtőtermisztor áramának kialakítása és típusa úgy van megválasztva, hogy minden hőátadási út csökkentve vagy kizárva legyen, kivéve a konvektívet.

A forró vezetékes szélmérők előnyei a nagy érzékenység és a sebesség. Ezek az eszközök 1-től 100-200 m/s-ig teszik lehetővé a sebességek mérését egy mérőkör segítségével, melynek segítségével a termisztor hőmérséklete automatikusan szinte változatlan marad.

elektrolit átalakítók. Az elektrolit-átalakítók az elektrolitoldat elektromos ellenállásának a koncentrációjától való függésén alapulnak. Főleg az oldatok koncentrációjának mérésére szolgálnak.

ábrán. A 11-10. ábrákon például néhány elektrolitoldat elektromos vezetőképességének koncentrációtól való függésének grafikonja látható. Val vel oldott anyag. Ebből az ábrából az következik, hogy egy bizonyos koncentráció tartományban az elektromos vezetőképesség koncentrációtól való függése egyértelmű, és meghatározható. Val vel.

Rizs. 11-10. Az elektrolitoldatok elektromos vezetőképességének függése az oldott anyag koncentrációjától

Rizs. 11-11. Laboratóriumi elektrolit átalakító

A laboratóriumban a koncentráció mérésére használt átalakító egy két elektródával ellátott edény (elektrolitikus cella) (11-11. ábra). Ipari folyamatos méréseknél a jelátalakítók átfolyósak, és gyakran olyan szerkezeteket alkalmaznak, amelyekben az edény falai (fém) töltik be a második elektróda szerepét.

Az oldatok elektromos vezetőképessége a hőmérséklettől függ. Így az elektrolit konverterek használatakor ki kell küszöbölni a hőmérséklet hatását. Ezt a problémát az oldat hőmérsékletének hűtőszekrény (fűtő) segítségével történő stabilizálásával vagy réz termisztoros hőmérséklet-kompenzációs áramkörök alkalmazásával oldják meg, mivel a réz- és elektrolitoldatok vezetőképességi hőmérsékleti együtthatói ellentétes előjelűek.

Elhaladáskor egyenáram az oldat elektrolízise a konverteren keresztül megy végbe, ami a mérési eredmények torzulásához vezet. Ezért a megoldási ellenállásméréseket általában váltakozó áramon (700-1000 Hz) végzik, leggyakrabban hídáramkörök felhasználásával.

Induktív jelátalakítók. A konverterek működési elve a mágneses áramkör tekercseinek induktivitásának vagy kölcsönös induktivitásának a mágneses áramkör elemeinek helyzetétől, geometriai méreteitől és mágneses állapotától való függésén alapul.

Rizs. 11-12. Mágneses áramkör rések és két tekercselés

Az induktivitás és a kölcsönös induktivitás megváltoztatható a b hosszra, az s mágneses kör légmetszetének keresztmetszetére, a mágneses áramkör teljesítményveszteségeire és egyéb módon. Ezt például úgy érhetjük el, hogy a mozgatható magot (armatúrát) / (11-12. ábra) a rögzítetthez képest elmozdítjuk. 2, nem mágneses fémlemez bevezetése 3 a légrésbe stb.

ábrán. 11-13 sematikusan mutatják be Különféle típusok induktív átalakítók. A változó hosszúságú b légrésű induktív jelátalakítót (11-13. ábra, a) nemlineáris függőség jellemzi. L=f(b). Az ilyen átalakítót általában akkor használják, ha az armatúra 0,01-5 mm-rel elmozdul. Lényegesen kisebb érzékenység, de lineáris függőség L=f(s) a változtatható légrés jeladók különböznek (11-13. ábra, b). Ezeket a konvertereket 10-15 mm-es mozgásokhoz használják.

Rizs. 11-13. Változtatható hézaghosszúságú (a), változtatható résszelvényű induktív átalakítók (b), differenciális (V), differenciáltranszformátor (d), differenciáltranszformátor nyitott mágneses áramkörrel (e) magnetoelasztikus (e)

Az induktív jelátalakítóban lévő armatúra (nem kívánatos) vonzási erőt fejt ki az elektromágnestől

Ahol Wm- energia mágneses mező; L- átalakító induktivitása; / - az átalakító tekercsén áthaladó áram.

Elterjedt induktív differenciálátalakítók (11-13. ábra, V), amelyben a mért érték hatására két elektromágneses rés egyszerre és ráadásul eltérő előjellel változik. A differenciálátalakítók megfelelő mérőáramkörrel (általában híddal) kombinálva nagyobb érzékenységgel, kisebb konverziós karakterisztika nemlinearitásúak, kevésbé befolyásolják őket a külső tényezők, és kisebb az elektromágnestől az armatúrára ható eredő erő, mint a nem differenciális átalakítóké. .

ábrán. 11-13, G egy differenciál induktív átalakító kapcsoló áramkörét mutatja, amelynek kimeneti értékei kölcsönös induktivitások. Az ilyen átalakítókat kölcsönösen induktívnak vagy transzformátornak nevezik. Ha a primer tekercset váltakozó árammal látják el, és az armatúra az elektromágnesekhez képest szimmetrikusan helyezkedik el, az EMF a kimeneti kapcsokon nulla. Az armatúra mozgatásakor egy emf jelenik meg a kimeneti kapcsokon.

Viszonylag nagy elmozdulások (50-100 mm-ig) átalakítására nyitott mágneses áramkörű transzformátor-átalakítókat használnak (11-13. ábra, O).

Alkalmazzon forgásszögű transzformátor átalakítókat, amelyek rögzített állórészből és mozgatható tekercsekkel ellátott rotorból állnak. Az állórész tekercsét váltakozó árammal táplálják. A forgórész forgása megváltoztatja a tekercsében indukált EMF értékét és fázisát. Az ilyen jelátalakítókat nagy szögelmozdulások mérésére használják.

Az induktozinok kis szögeltolódások mérésére szolgálnak (11-14. ábra). Rotor / és állórész 2 Az inductosyn nyomtatott tekercsekkel van ellátva 3, sugárirányú raszter alakú. Az induktozin hatáselve hasonló a fent leírtakhoz. A tekercsek nyomtatott felhordásával nagyszámú pólustekercselési osztás érhető el, ami biztosítja az átalakító nagy érzékenységét a forgásszög változására.

Rizs. 11-14. Eszköz (a) és a nyomtatott tekercs típusa b) inductosyn

Ha az átalakító ferromágneses magja mechanikai igénybevételnek van kitéve F, akkor a maganyag mágneses permeabilitásának változása miatt az áramkör mágneses ellenállása megváltozik, ami az induktivitás változását vonja maga után Lés a kölcsönös induktivitás M tekercsek. A mágneselasztikus jelátalakítók ezen az elven alapulnak (11-13. ábra, e).

A jelátalakító kialakítását a mért elmozdulás tartománya határozza meg. A konverter méreteit a szükséges kimeneti jelteljesítmény alapján választják ki.

Az induktív átalakítók kimeneti paramétereinek mérésére a legszélesebb körben használják a híd (egyensúlyi és nem egyensúlyi) áramköröket, valamint a differenciáltranszformátor-átalakítók kompenzációs (automatikus) áramkörét.

Az induktív átalakítókat az elmozdulás és egyéb nem elektromos mennyiségek átalakítására használják, amelyek elmozdulássá alakíthatók (erő, nyomás, nyomaték stb.).

Más elmozdulás-átalakítókhoz képest az induktív jelátalakítókat nagy teljesítményű kimeneti jelek, egyszerűség és megbízható működés jellemzi.

Hátrányuk a jelátalakító fordított hatása a vizsgált tárgyra (elektromágnes hatása az armatúrára), illetve az armatúra tehetetlenségének hatása a készülék frekvenciakarakterisztikájára.

Rizs. 11-15. Kapacitív átalakítók változó távolsággal a lemezek között (a), differenciálművel (b), differenciálművel a lemezek változó aktív területével (c) és a lemezek közötti közeg változó áteresztőképességével (d)

Kapacitív átalakítók. A kapacitív jelátalakítók a kondenzátor elektromos kapacitásának a méreteitől, a lemezeinek egymáshoz viszonyított helyzetétől és a közöttük lévő közeg áteresztőképességétől való függésén alapulnak.

ábrán. A 11-15. ábrákon vázlatosan láthatók a különböző kapacitív átalakítók elrendezése. ábra szerinti átalakító. 11-15, A egy kondenzátor, amelynek egyik lemeze a mért érték hatására mozog x a rögzített lemezhez képest. A C(b) transzformáció statikus karakterisztikája nemlineáris. A jelátalakító érzékenysége a távolság csökkenésével növekszik 6. Az ilyen jelátalakítók kis (1 mm-nél kisebb) elmozdulások mérésére szolgálnak.

A lemezek kis munkamozgása hibához vezet, ha hőmérséklet-ingadozással változtatja a lemezek közötti távolságot. A jelátalakító alkatrészek és anyagok méreteinek megválasztásával ez a hiba csökkenthető.

A kapacitív átalakítókban a lemezek között (nem kívánatos) vonzási erő lép fel

Ahol W 3- az elektromos tér energiája; Ués C a lemezek közötti feszültség és kapacitás.

Differenciál-átalakítókat is alkalmaznak (11-15. ábra, b), amelyek egy mozgatható és két fix lemezzel rendelkeznek. Amikor ki van téve a mért értéknek x ezek az átalakítók egyidejűleg változtatják a kapacitásokat. ábrán. 11-15, Vábra egy differenciális kapacitív átalakítót mutat, a lemezek változó aktív területével. Egy ilyen jelátalakító viszonylag nagy lineáris (több mint 1 mm) és szögeltolódások mérésére szolgál. Ezekben a jelátalakítókban a lemezek profilozásával könnyen megszerezhető a szükséges konverziós karakterisztika.

A jelátalakítók (e) mérik a folyadékok szintjét, az anyagok páratartalmát, a dielektromos termékek vastagságát stb. Például (11-15. ábra, G) a kapacitív szintmérő átalakító készüléke adott. Az edénybe süllyesztett elektródák közötti kapacitás a folyadék szintjétől függ, mivel a szint változása az elektródák közötti közeg átlagos permittivitásának megváltozásához vezet. A lemezek konfigurációjának megváltoztatásával a műszer leolvasásainak a folyadék térfogatától (tömegétől) való függésének kívánt jellege érhető el.

A kapacitív átalakítók kimeneti paramétereinek mérésére hídáramköröket és rezonáns áramköröket használó áramköröket használnak. Ez utóbbiak lehetővé teszik nagy érzékenységű, 10-7 mm-es nagyságrendű elmozdulásokra reagálni képes eszközök létrehozását. A kapacitív átalakítóval ellátott áramkörök általában nagyfrekvenciás árammal (akár több tíz megahertzig) táplálkoznak, amit a mérőeszközbe belépő jel növelésének vágya, valamint a szigetelési ellenállás tolatási hatásának csökkentése okoz.

ionizációs átalakítók. A konverterek a gázionizáció jelenségén vagy bizonyos anyagok ionizáló sugárzás hatására bekövetkező lumineszcenciáján alapulnak.

Ha egy gázt tartalmazó kamrát például p-sugarakkal sugároznak be, akkor az elektromos áramkörben lévő elektródák között áram folyik (11-16. ábra). Ez az áramerősség függ az elektródákra adott feszültségtől, a gáznemű közeg sűrűségétől és összetételétől, a kamra és az elektródák méretétől, az ionizáló sugárzás tulajdonságaitól és intenzitásától stb. Ezeket a függőségeket különböző nem elektromos mennyiségek mérésére használják. : a gáznemű közeg sűrűsége és összetétele, az alkatrészek geometriai méretei stb.

Rizs. 11-16. Az ionizációs átalakító vázlata

Rizs. 11-17. Az ionizációs átalakító volt-amper karakterisztikája

Ionizáló szerekként radioaktív anyagok a-, p- és y-sugarait használják, sokkal ritkábban - röntgen- és neutronsugárzást.

Az ionizáció mértékének mérésére konvertereket használnak - ionizációs kamrákat és ionizációs számlálókat, amelyek működése különböző területeknek felel meg. volt-amper karakterisztika gázrés két elektróda között. ábrán. A 11-17. ábrák a kamrában lévő áram (11-16. ábra) állandó gázösszetétel mellett az alkalmazott feszültségtől való függését mutatják Ués a sugárzás intenzitása. Helyszín bekapcsolva A jellemzőinél az áramerősség a feszültséggel egyenes arányban növekszik, majd növekedése lelassul és a területen B telítettséget éri el. Ez azt jelzi, hogy a kamrában keletkező összes ion eléri az elektródákat. Helyszín bekapcsolva BAN BEN az ionizációs áram újra növekedni kezd, amit a másodlagos ionizáció okoz, amikor a primer elektronok és ionok semleges molekulákkal ütköznek. A feszültség további növelésével (szakasz G) ionizációs áram megszűnik függeni a kezdeti ionizációtól, és jön

folyamatos kisülés (szakasz D) amely már nem függ a radioaktív sugárzásnak való kitettségtől.

Telek A és B Az áram-feszültség jellemzők az ionizációs kamrák és szakaszok működését írják le BAN BENÉs G - ionizációs számlálók. Az ionizációs kamrák és számlálók mellett ionizációs konverterként szcintillációs (lumineszcens) számlálókat használnak. A számlálók működési elve azon alapul, hogy bizonyos anyagokban - foszforokban (ezüst-aktivált cink-szulfid, kadmium-szulfid stb.) - radioaktív sugárzás hatására fényvillanások (szcintillációk) jelennek meg, amelyeket a számlálók rögzítenek. fénysokszorozókkal. E villanások fényerejét, és így a fotosokszorozó áramát is a radioaktív sugárzás határozza meg.

Az ionizációs jelátalakító típusának megválasztása nagymértékben függ az ionizáló sugárzástól.

Az alfa-sugarak (a hélium atommagjai) nagy ionizáló erejűek, de kicsi a behatolási képességük. Szilárd anyagokban az a-sugarak nagyon vékony (néhány-tíz mikrométeres) rétegben nyelődnek el. Ezért az a-sugarak használatakor az a-kibocsátó a jelátalakító belsejébe kerül.

A béta-sugarak elektronok (pozitronok) folyama; sokkal kisebb ionizáló erejük van, mint az a-sugaraknak, de nagyobb az áthatoló erejük. Az út hossza szilárd testekben eléri a több millimétert. Ezért az emitter az átalakítón belül és kívül is elhelyezhető.

Az elektródák közötti távolság, az elektródák átfedési területének vagy a radioaktív sugárzás forrásának az ionizációs kamrákhoz vagy számlálókhoz viszonyított helyzetének változása befolyásolja az ionizációs áram értékét. Ezért ezeket a függőségeket különféle mechanikai és geometriai mennyiségek mérésére használják.

ábrán. A 11-18. ábrákon példaként egy ionizációs membrán manométer látható, ahol / egy emitter; 2 - membrán; 3 - rögzített elektróda a membrántól elválasztva. Elektródák között 2 és 3 telítési áram eléréséhez elegendő potenciálkülönbséget alkalmazunk. Amikor a nyomás megváltozik R a membrán meghajlik, megváltoztatva az elektródák közötti távolságot és az ionizációs áram értékét.

Rizs. 11-18. Ionizációs membrán nyomásmérő

Rizs. 11-19. Gázkisülés számláló

Gamma sugarak - elektromágneses rezgések nagyon kis hullámhosszúak (10 ~ 8 -10 ~ "cm), amelyek radioaktív átalakulásokból erednek. A gamma sugarak nagy áthatoló képességgel rendelkeznek.

Az ionizációs kamrák és számlálók kialakítása változatos, és a sugárzás típusától függ.

Az egyes részecskék regisztrálására, valamint a kis y-sugárzások mérésére széles körben alkalmazzák az úgynevezett gázkisülési számlálókat, amelyek működését szakaszok írják le. BAN BENés G áram-feszültség jellemzők. ábrán látható a gázkisülési számláló berendezése. 11-19. A pult fémhengerből áll /, melynek belsejében vékony volfrámhuzal van kifeszítve 2. Mindkét elektródát üveghengerbe helyezzük. 3 s inert gáz. Amikor a gázt ionizálják, a számlálókörben áramimpulzusok jelennek meg, amelyek számát megszámolja.

Az a-, p- és y-sugárzás forrásaként általában radioaktív izotópokat használnak. A méréstechnikában használt sugárforrásoknak jelentős felezési idővel és elegendő sugárzási energiával kell rendelkezniük (kobalt-60, stroncium-90, plutónium-239 stb.).

Az ionizáló sugárzást használó készülékek fő előnye az érintésmentes mérés lehetősége, aminek nagy jelentősége van például agresszív vagy robbanásveszélyes környezetben, valamint nagy nyomású vagy magas hőmérsékletű környezetben végzett méréseknél. Ezeknek az eszközöknek a fő hátránya, hogy a sugárforrás nagy aktivitása esetén biológiai védelmet kell alkalmazni.

13.2 Generátor átalakítók

Általános információ. A generátor konvertereknél a kimeneti mennyiség az EMF vagy töltés, funkcionálisan a mért nem elektromos mennyiséghez kapcsolódik.

Termoelektromos átalakítók. Ezek az átalakítók a hőelemes áramkörben fellépő termoelektromos hatáson alapulnak.

Pontos / és 2 hőmérséklet-különbséggel két különböző vezető csatlakoztatása A és B(11-20. ábra, a), hőelemet képezve a hőelem körben termo-EMF keletkezik.

A termo-EMF mérésére egy elektromos mérőeszköz (millivoltmérő, kompenzátor) található a hőelem áramkörében (11-20. ábra, b). A vezetők (elektródák) csatlakozási pontját a hőelem munkavégének, a pontoknak nevezzük 2 És 2" - szabad végek.

Annak érdekében, hogy a termo-EMF-et a hőelem áramkörében egyértelműen meghatározza a munkavégzés hőmérséklete, a hőelem szabad végeinek hőmérsékletét változatlan és változatlan szinten kell tartani.

Rizs. 11-20. Hőelem (a) és az eszköz beépítésének módja a hőelem áramkörbe b)

A termoelektromos hőmérők - a hőmérséklet mérésére hőelemeket használó eszközök - kalibrálását általában 0 ° C-os szabad végek hőmérsékletén végzik. A szabványos hőelemekre vonatkozó kalibrációs táblázatokat is összeállítják azzal a feltétellel, hogy a szabad végek hőmérséklete 0 °C. Nál nél praktikus alkalmazás termoelektromos hőmérők esetén a hőelem szabad végeinek hőmérséklete általában nem 0 °C, ezért korrekciót kell bevezetni.

A jelenleg hőmérsékletmérésre használt hőelemek gyártásához elsősorban speciális ötvözeteket használnak.

A magas hőmérséklet mérésére TPP, TPR és TVR típusú hőelemeket használnak. A nemesfémekből (TPP és TPR) készült hőelemeket fokozott pontossággal használják a mérésekhez. Más esetekben nem nemesfém hőelemeket (TXA, TXK) használnak.

A külső hatások (nyomás, agresszív gázok stb.) elleni védelem érdekében a termoelem elektródákat védőidomokba helyezzük, szerkezetileg hasonlóan a termisztoros szerelvényekhez (11-7. ábra, b).

A szabad végek hőmérsékletének stabilizálása érdekében a hőelemet néha a megfelelő termoelektród anyagokból vagy speciálisan kiválasztott anyagokból készült, az elektródáknál olcsóbb és a termoelektromos azonosság feltételét kielégítő, úgynevezett hosszabbító vezetékekkel hosszabbítják meg. a fő hőelemmel a szabad végek lehetséges hőmérsékleti tartományában (általában 0 és 100 °C között). Más szavakkal, a hosszabbító vezetékeknek ugyanolyan hő-EMF-től kell függniük a megadott hőmérsékleti tartományban, mint a fő hőelemé.

A hőelemek tehetetlenségét a hőtehetetlenség mutatója jellemzi. Ismertek olyan gyors reagálású hőelemek tervei, amelyekben a hőtehetetlenségi index 5-20 s. A hagyományos szerelvényekben lévő hőelemek hőtehetetlensége több perc.

Az indukciós jelátalakítók a lineáris és szögeltolódások sebességének mérésére szolgálnak. Ezen konverterek kimenőjele elektromos integráló vagy differenciáló eszközökkel időben integrálható vagy differenciálható. Ezen transzformációk után az informatív jelparaméter arányossá válik az elmozdulással, illetve a gyorsulással. Ezért az indukciós átalakítókat lineáris és szögelmozdulások és gyorsulások mérésére is használják.

Az indukciós jelátalakítókat legszélesebb körben a szögsebesség mérő műszerekben (tachométer) és a rezgési paramétereket mérő műszerekben használják.

A fordulatszámmérők indukciós átalakítói kisméretű (1-100 W) generátorok állandó ill váltakozó áram rendszerint függetlenül gerjesztik egy állandó mágnessel, amelynek forgórésze mechanikusan kapcsolódik a vizsgált tengelyhez. Egyenáramú generátor használatakor a szögsebesség megítélése a generátor EMF-je alapján történik, váltóáramú generátor esetén pedig az EMF értékéből vagy frekvenciájából határozható meg a szögsebesség.

ábrán. A 11-21. ábrákon egy induktív jelátalakító látható az oda-vissza mozgás amplitúdójának, sebességének és gyorsulásának mérésére. Az átalakító egy hengeres tekercs /, amely a mágneses áramkör gyűrűs résében mozog 2. Hengeres állandó mágnes 3 állandó radiális mágneses teret hoz létre a gyűrű alakú résben. A tekercs mozgás közben keresztezi a mágneses tér erővonalait, és megjelenik benne a mozgás sebességével arányos emf.

Rizs. 11-21. Indukciós jelátalakító

Az indukciós jelátalakítók hibáit főként a mágneses tér időbeli és hőmérsékleti változása, valamint a tekercs ellenállásának hőmérsékleti változása határozza meg.

Az indukciós jelátalakítók fő előnyei a viszonylagos tervezési egyszerűség, a megbízhatóság és a nagy érzékenység. Hátránya a mért értékek korlátozott frekvenciatartománya.

Piezoelektromos átalakítók. Az ilyen jelátalakítók a közvetlen piezoelektromos hatás használatán alapulnak, amely a megjelenésből áll elektromos töltések egyes kristályok (kvarc, turmalin, Rochelle-só stb.) felületén mechanikai igénybevételek hatására.

Kvarckristályból egy lemezt vágnak ki, amelynek éleinek merőlegesnek kell lenniük az optikai tengelyre Óz, mechanikai tengely OUés elektromos tengely Ó kristály (11-22. ábra, a és b).

Fx az elektromos tengely mentén az oldalakon x díjak jelennek meg Q x = kF x , Ahol k- piezoelektromos együttható (modul).

Amikor ki van téve az erőlemeznek Fy a mechanikai tengely mentén ugyanazokon a felületeken x díjak merülnek fel Q y = kF y a/b, Ahol AÉs b- a lemezfelületek méretei.

A lemezen az optikai tengely mentén végzett mechanikai hatás nem okoz töltések megjelenését.

A változó gáznyomás mérésére szolgáló piezoelektromos jelátalakító berendezése az 1. ábrán látható. 11-23. Nyomás R fém membránon keresztül / fém tömítések közé kerül 2 kvarclemezek 3.

Rizs. 11-22. Kvarckristály (a) és lemez (b), belőle faragták

Labda 4 hozzájárul a nyomás egyenletes eloszlásához a kvarclemezek felületén. A középső távtartó az 5-ös csaphoz csatlakozik, amely egy jó szigetelőanyagú perselyen megy keresztül. Amikor nyomásnak van kitéve R potenciálkülönbség lép fel az 5. érintkező és a konverter háza között .

A piezoelektromos jelátalakítókban elsősorban a kvarcot alkalmazzák, amelyben a piezoelektromos tulajdonságok nagy mechanikai szilárdsággal és jó szigetelő tulajdonságokkal, valamint a piezoelektromos karakterisztika széles tartományban történő hőmérséklettől való függetlenségével párosulnak. Bárium-titanát, titanát és ólom-cirkonát polarizált kerámiáját is használják.

Rizs. 11-23. Piezoelektromos nyomásátalakító

A lemezek méreteit és darabszámát a tervezési szempontok és a szükséges töltési érték alapján választjuk ki.

A piezoelektromos jelátalakítóban fellépő töltés a szigetelés és a mérőeszköz bemeneti áramköre mentén "folyik". Ezért a piezoelektromos jelátalakítókon a potenciálkülönbséget mérő eszközöknek nagy bemeneti ellenállással kell rendelkezniük (10 12 -10 15 Ohm), amit gyakorlatilag a nagy bemeneti ellenállású elektronikus erősítők alkalmazása biztosít.

A töltés "lemerülése" miatt ezek az átalakítók csak gyorsan változó mennyiségek (változó erők, nyomások, rezgési paraméterek, gyorsulások stb.) mérésére szolgálnak.

Piezoelektromos átalakítókat használnak - piezorezonátorokat, amelyek mind közvetlen, mind fordított piezoelektromos hatásokat használnak. Ez utóbbi az, hogy ha a jelátalakító elektródáira váltakozó feszültséget kapcsolunk, akkor a piezoérzékeny lemezben mechanikai rezgések lépnek fel, amelyek frekvenciája (rezonanciafrekvencia) a vastagságtól függ. h lemez, rugalmassági modulus Eés anyagának p sűrűsége. Ha a generátor rezonanciaáramkörébe ilyen átalakító kerül, a generált elektromos rezgések frekvenciáját az f p frekvencia határozza meg. Az értékek megváltoztatásakor h, E vagy p mechanikai vagy termikus hatások hatására a /p frekvencia megváltozik, és ennek megfelelően a generált rezgések frekvenciája is megváltozik. Ezt az elvet a nyomás, az erő, a hőmérséklet és más mennyiségek frekvenciává alakítására használják.

Galvanikus átalakítók. A konverterek a galvánkör elektromotoros erejének az elektrolit ionok kémiai aktivitásától, azaz az ionok koncentrációjától és az elektrolitban végbemenő redox folyamatoktól való függésén alapulnak. Ezeket a konvertereket az oldat (savas, semleges, lúgos) reakciójának meghatározására használják, amely az oldat hidrogénionjainak aktivitásától függ.

A desztillált víz elektromos vezetőképessége gyenge, de jól meghatározott, ami a víz ionizációjával magyarázható, az a kémiai aktivitás megegyezik az ekvivalens koncentráció és az aktivitási együttható szorzatával (az oldat végtelen hígításával egységre hajlik).

Ha vízben oldunk egy savat, amely a disszociáció során H + ionokat képez, akkor az oldatban a H + ionok koncentrációja nagyobb lesz, mint a tiszta vízben, és az OH ~ ionok koncentrációja kisebb lesz a rész rekombinációja miatt. a H ​​+ ionok OH ionokkal.

Így az oldat hidrogénionjainak kémiai aktivitása az oldat reakciójának jellemzője. Az oldatreakciót numerikusan a hidrogénionok aktivitásának negatív logaritmusával jellemezzük - a pH-értékkel, desztillált víznél a pH-érték 7 pH-egység.

A vizes oldatok pH-változásának tartománya a t = 22 °С 0-14 pH-egység.

A pH mérésére az elektróda (határ)potenciál mérésén alapuló módszert alkalmazzák.

Ha egy fémelektródát az azonos nevű ionjait tartalmazó oldatba merítünk, akkor az elektród potenciált kap. A hidrogénelektróda hasonlóan viselkedik.

A hidrogén és az oldat közötti elektródpotenciál eléréséhez szükség van egy úgynevezett hidrogénelektródára. Hidrogénelektródot lehet létrehozni a hidrogén adszorpciós tulajdonságának kihasználásával a platina, irídium és palládium felületén. A hidrogénelektróda általában egy platinafekete bevonatú platinaelektróda, amelyhez folyamatosan hidrogéngázt vezetnek. Az ilyen elektród potenciálja az oldatban lévő hidrogénionok koncentrációjától függ.

A gyakorlatban lehetetlen megmérni a határpotenciál abszolút értékét. Ezért a galvanikus átalakító mindig két, egymással elektromosan összekapcsolt félcellából áll: egy működő (mérő) félcellából, amely egy elektródával ellátott tesztoldat, és egy összehasonlító (kiegészítő) félcellából, amelynek állandó határpotenciálja. , amely egy elektródából és egy állandó koncentrációjú oldatból áll. Referencia félcellaként egy normál, állandó hidrogénion-koncentrációjú hidrogénelektródát használnak. Ipari mérésekhez kényelmesebb referencia kalomel elektródát használnak.

Rizs. 11-24. Galvanikus átalakító

ábrán. A 11-24. ábrákon egy átalakító látható a hidrogénionok koncentrációjának mérésére. A kalomel elektróda összehasonlító félelemként szolgál. Ez egy üvegedény 4, melynek aljára kis mennyiségű higanyt, a tetejére pedig kalomel (Hg2Cb) pasztát teszünk. A paszta tetejére kálium-klorid-oldatot (KC1) öntünk. A potenciál a kalomel-higany határfelületen jelentkezik. A higannyal való érintkezéshez egy platina elektródát 5 forrasztanak az edény aljába. A kalomel elektróda potenciálja a higany koncentrációjától függ a higanyban, a higanyionok koncentrációja pedig a klorid koncentrációjától függ. ionok a kálium-klorid oldatban.

A vizsgálati oldatba hidrogénelektródát merítünk. Mindkét félcellát egy elektrolitkulcs köti össze, amely egy cső 2, általában telített KC1 oldattal töltik meg és félig áteresztő dugókkal zárják le 3. Az ilyen jelátalakító EMF-je a pH függvénye.

Az ipari típusú készülékekben a működő hidrogénelektródák helyett kényelmesebb antimon vagy kinhidron elektródákat használnak. Az úgynevezett üvegelektródákat is széles körben használják.

A galvanikus átalakítók EMF-jének mérésére elsősorban kompenzációs eszközöket használnak. Üvegelektródák esetén a mérőáramkörnek nagy bemeneti ellenállással kell rendelkeznie, mivel az üvegelektródák belső ellenállása eléri a 100-200 MΩ-ot. A pH galvanikus jelátalakítóval történő mérésekor korrekciót kell végezni a hőmérsékleti hatások miatt.