Meracie prevodníky neelektrických veličín delíme na parametrické a generátorové. V parametrických prevodníkoch je výstupnou hodnotou prírastok parametra elektrického obvodu ( R, L, M, S), takže pri ich používaní je potrebný ďalší zdroj napájania.

V generátorových meničoch je výstupnou veličinou EMF, ktorej prúd alebo náboj funkčne súvisí s meranou neelektrickou veličinou.

Pri vytváraní meracích prevodníkov neelektrických veličín sa usilujú o získanie lineárnej konverznej funkcie. Rozdiel medzi skutočnou kalibračnou charakteristikou a nominálnou lineárnou konverznou funkciou spôsobuje chybu nelinearity, ktorá je jednou z hlavných zložiek výslednej chyby pri meraní neelektrických veličín. Jedným zo spôsobov, ako znížiť chybu nelinearity, je vybrať také hodnoty, ako sú vstupné a výstupné hodnoty prevodníka, ktorých vzťah je bližšie k lineárnej funkcii. Takže napríklad pri meraní lineárnych posunov pomocou kapacitného prevodníka sa môže zmeniť buď medzera medzi doskami alebo oblasť ich prekrytia. V tomto prípade sa transformačné funkcie ukážu byť odlišné. Pri zmene medzery je závislosť kapacity od posunu pohyblivej dosky v podstate nelineárna, je opísaná hyperbolickou funkciou. Ak však ako výstupnú hodnotu meniča nepoužijeme jeho kapacitu, ale odpor pri určitej frekvencii, potom sa ukáže, že nameraný posun a špecifikovaná kapacita spolu súvisia lineárna závislosť.

Ďalším účinným spôsobom zníženia chyby nelinearity parametrických prevodníkov je ich diferenciálna konštrukcia. Akýkoľvek diferenciálny merací prevodník sú v skutočnosti dva podobné meracie prevodníky, ktorých výstupné hodnoty sa odčítajú a vstupná hodnota pôsobí na tieto prevodníky opačne.

Štrukturálna schéma prístroj s diferenciálnym meracím prevodníkom je znázornený na obrázku 16.1.

Meraná hodnota X pôsobí na dva podobné meracie prevodníky IP1 A IP2 a zodpovedajúce prírastky hodnôt výstupných veličín 1 A o 2 majú opačné znamenia. Okrem toho existuje určitá konštantná počiatočná hodnota x0 množstvá

na vstupoch týchto meničov, čo je zvyčajne určené konštrukčnými parametrami meničov. Výstupné množstvá 1 A o 2 sú odpočítané a ich rozdiel 3 merané elektrickým meracím prístrojom EIU (analógovým alebo digitálnym).

Predpokladajme, že konvertory IP1 A IP2 sú identické a ich transformačné funkcie sú celkom presne opísané algebraickým polynómom druhého rádu. V tomto prípade hodnoty 1 A o 2 na výstupoch meničov možno zapísať ako (16.1) /14/

Po odčítaní dostaneme (16.2) /14/

Obrázok 16.1 - Schéma štruktúry diferenciálu

vychovávateľka

To ukazuje, že výsledná transformačná funkcia y 3 \u003d f (x) sa ukázalo byť lineárne. Pretože 3 nezávisí od 0, potom sa kompenzujú systematické aditívne chyby meracích prevodníkov. Navyše v porovnaní s jedným prevodníkom je citlivosť takmer dvojnásobná. To všetko určuje široké využitie diferenciálnych meracích prevodníkov v praxi.

Stručne uvažujme o hlavných typoch používaných parametrických meničov neelektrických veličín.

V parametrických meničoch je výstupnou hodnotou parameter elektrického obvodu (R, L, M, C). Pri použití parametrických prevodníkov je potrebný prídavný zdroj energie, ktorého energia sa využíva na vytvorenie výstupného signálu prevodníka.

Reostatové konvertory. Reostatické prevodníky sú založené na zmene elektrický odpor vodič pod vplyvom vstupnej hodnoty - posunu. Reostatový prevodník je reostat, ktorého kefa (pohyblivý kontakt) sa pohybuje pod vplyvom meranej neelektrickej veličiny.

Medzi výhody prevodníkov patrí možnosť získania vysokej presnosti prevodu, významné výstupné signály a relatívna jednoduchosť konštrukcie. Nevýhody - prítomnosť posuvného kontaktu, potreba pomerne veľkých pohybov a niekedy značné úsilie pri pohybe.

Reostatické prevodníky sa používajú na premenu relatívne veľkých posunov a iných neelektrických veličín (sily, tlaky atď.), ktoré je možné premeniť na posun.

Tenzometrické prevodníky(senzory). Činnosť meničov je založená na tenzorovom efekte, ktorý spočíva v zmene aktívneho odporu vodiča (polovodiča) pôsobením mechanického namáhania a deformácie v ňom spôsobenej.

Ryža. 11-6. Tenzometrický drôtový prevodník

Ak je drôt vystavený mechanickému namáhaniu, napríklad naťahovaniu, jeho odpor sa zmení. Relatívna zmena odporu drôtu , kde S je koeficient deformačnej citlivosti; je relatívna deformácia drôtu.

Zmena odporu drôtu pri mechanickom pôsobení naň sa vysvetľuje zmenou geometrických rozmerov (dĺžka, priemer) a odporu materiálu.

V prípadoch, kde sa vyžaduje vysoká citlivosť, sa používajú prevodníky citlivé na napätie vyrobené vo forme pásikov z polovodičového materiálu. Koeficient S pre takéto meniče dosahuje niekoľko stoviek. Reprodukovateľnosť charakteristík polovodičových meničov je však slabá. V súčasnosti sa sériovo vyrábajú integrované polovodičové tenzometre, ktoré tvoria mostík alebo polovičný mostík s tepelnými kompenzačnými prvkami.

Ako meracie obvody pre tenzometre sa používajú rovnovážne a nerovnovážne mostíky. Tenzometrické snímače sa používajú na meranie deformácií a iných neelektrických veličín: síl, tlakov, momentov.

Prevodníky citlivé na teplotu(termistory). Princíp činnosti meničov je založený na závislosti elektrického odporu vodičov alebo polovodičov od teploty.

Na meranie teploty sú najbežnejšie termistory vyrobené z platinového alebo medeného drôtu. Štandardné platinové termistory sa používajú na meranie teplôt v rozsahu od -260 do +1100 ° C, medené - v rozsahu od -200 do +200 "C.

Na meranie teploty sa používajú aj polovodičové termistory (termistory) rôznych typov, ktoré sa vyznačujú väčšou citlivosťou (termistor TCR je záporný a pri 20°C je 10-15x vyšší ako TCR medi a platiny) a majú vyššie odpory (do 1 MΩ) pri veľmi malom Nevýhodou termistorov je slabá reprodukovateľnosť a nelinearita prevodnej charakteristiky:

kde RT a Ro sú odpory termistora pri teplotách T a To, To je počiatočná teplota prevádzkového rozsahu; B - koeficient.

Termistory sa používajú v teplotnom rozsahu od -60 do +120°C.

Na meranie teplôt od -80 do +150 °C sa používajú tepelné diódy a termotranzistory, v ktorých sa vplyvom teploty p-n odpor prechod a pokles napätia na tomto prechode. Tieto meniče sú zvyčajne zahrnuté v mostíkových obvodoch a obvodoch vo forme rozdeľovačov napätia.

Výhody tepelných diód a tepelných tranzistorov sú vysoká citlivosť, malé rozmery a nízka zotrvačnosť, vysoká spoľahlivosť a nízke náklady; nevýhody - úzky teplotný rozsah a zlá reprodukovateľnosť statických konverzných charakteristík.

Elektrolytické konvertory. Elektrolytické konvertory sú založené na závislosti elektrického odporu roztoku elektrolytu od jeho koncentrácie. Používajú sa najmä na meranie koncentrácie roztokov.

Indukčné prevodníky. Princíp činnosti meničov je založený na závislosti indukčnosti alebo vzájomnej indukčnosti vinutí na magnetickom obvode od polohy, geometrických rozmerov a magnetického stavu prvkov ich magnetického obvodu.

Obrázok 11-12 Magnetický obvod s medzerami a dvoma vinutiami

Indukčnosť vinutia umiestneného na magnetickom obvode, kde Zm je magnetický odpor magnetického obvodu; je počet závitov vinutia.

Vzájomná indukčnosť dvoch vinutí umiestnených na rovnakom magnetickom obvode, , kde a - počet závitov prvého a druhého vinutia. Magnetický odpor je daný

Kde - aktívna zložka magnetického odporu (zanedbávame rozptyl magnetického toku); - dĺžku, plochu prierezu a relatívnu magnetickú permeabilitu i-tej sekcie magnetického obvodu; mo - magnetická konštanta; d je dĺžka vzduchovej medzery; s - plocha prierezu vzduchovej časti magnetického obvodu, - reaktívna zložka magnetického odporu; P - straty energie v magnetickom obvode v dôsledku vírivých prúdov a hysterézie; w - uhlová frekvencia; Ф - magnetický tok v magnetickom obvode.

Vyššie uvedené vzťahy ukazujú, že indukčnosť a vzájomnú indukčnosť je možné meniť ovplyvnením dĺžky d, prierezu vzduchovej časti magnetického obvodu s, výkonových strát v magnetickom obvode a inými spôsobmi.

V porovnaní s inými prevodníkmi posuvu sa indukčné prevodníky vyznačujú vysokým výkonom výstupných signálov, jednoduchosťou a spoľahlivosťou prevádzky.

Ich nevýhodou je spätné pôsobenie meniča na skúmaný objekt (účinok elektromagnetu na kotvu) a vplyv zotrvačnosti kotvy na frekvenčné charakteristiky zariadenie.

Kapacitné prevodníky. Kapacitné meniče sú založené na závislosti elektrickej kapacity kondenzátora na rozmeroch, vzájomnej polohe jeho dosiek a na permitivite prostredia medzi nimi.

Pre dvojdoskový plochý kondenzátor elektrická kapacita , kde je elektrická konštanta; - relatívna permitivita média medzi platňami; s je aktívna oblasť dosiek; d je vzdialenosť medzi doskami. Citlivosť prevodníka sa zvyšuje s klesajúcou vzdialenosťou d. Takéto prevodníky sa používajú na meranie malých posunov (menej ako 1 mm).

Malý pracovný pohyb dosiek vedie k chybe zo zmeny vzdialenosti medzi doskami pri kolísaní teploty. Voľbou rozmerov častí a materiálov meniča sa táto chyba znižuje.

Prevodníky sa používajú na meranie hladiny kvapalín, vlhkosti látok, hrúbky výrobkov vyrobených z dielektrík.

Ryža. 11-16. Schéma ionizačného meniča

Ionizačné prevodníky. Konvertory sú založené na fenoméne ionizácie plynu alebo luminiscencie určitých látok pri pôsobení ionizujúceho žiarenia.

Ak je komora obsahujúca plyn ožiarená napríklad b-lúčmi, potom medzi elektródami zahrnutými v elektrický obvod(Obr. 11-16), potečie prúd. Tento prúd závisí od napätia aplikovaného na elektródy, od hustoty a zloženia plynného média, od veľkosti komory a elektród a od vlastností a intenzity ionizujúceho žiarenia. Tieto závislosti sa používajú na meranie rôznych neelektrických veličín: hustota a zloženie plynného média, geometrické rozmery častí.

Ako ionizačné činidlá sa používajú a-, b- a g-lúče rádioaktívnych látok, oveľa menej často - röntgenové žiarenie a neutrónové žiarenie.

Hlavnou výhodou prístrojov využívajúcich ionizujúce žiarenie je možnosť bezdotykového merania, čo má veľký význam napríklad pri meraní v agresívnom alebo výbušnom prostredí, ako aj v prostredí pod vysokým tlakom alebo vysokými teplotami. Hlavnou nevýhodou týchto zariadení je nutnosť použitia biologickej ochrany pri vysokej aktivite zdroja žiarenia.

Ministerstvo školstva Bieloruskej republiky

vzdelávacia inštitúcia

„Bieloruská štátna univerzita

informatika a rádioelektronika"

Katedra metrológie a normalizácie

Parametrický meracie prevodníky

Pokyny pre laboratórne práce E.5B

pre študentov odboru 54 01 01 - 02

"Metrológia, štandardizácia a certifikácia"

všetky formy vzdelávania

MDT 621 317,7 + 006,91 (075,8)

BBC 30.10ya73

Zostavil V.T. Revin, L.E. Bataille

Smernice obsahujú účel práce, stručné informácie z teórie, popis nastavenia laboratória, laboratórnu úlohu a postup pri vykonávaní práce, ako aj návod na formátovanie správy a Kontrolné otázky otestovať vedomosti študentov. Zvažujú sa hlavné typy parametrických meracích prevodníkov (reostatické, indukčné a kapacitné), ich hlavné charakteristiky a schémy zaradenia do meracieho obvodu. Vykonávanie laboratórnych prác zahŕňa určenie hlavných metrologických charakteristík (funkcia prevodu, citlivosť, základná chyba, chyba určenia citlivosti) uvažovaných meracích prevodníkov, ako aj zvládnutie techniky merania neelektrických veličín pomocou meracích prevodníkov a hľadanie chýb pri určovaní hodnôt. neelektrických veličín.

MDT 621 317,7 + 006,91 (075,8)

BBC 30:10 73

1 Účel práce

1.1 Štúdium princípu činnosti, konštrukcie a hlavných charakteristík reostatických, kapacitných a indukčných meracích prevodníkov neelektrických veličín na elektrické.

1.2 Štúdium metód merania neelektrických veličín pomocou reostatických, kapacitných a indukčných meracích prevodníkov.

1.3 Praktické definovanie hlavných charakteristík meracích prevodníkov a meranie lineárnych a uhlových posunov s ich pomocou.

2 Stručné informácie z teórie

Charakteristickým znakom moderných meraní je potreba určiť hodnoty mnohých fyzikálnych veličín, z ktorých väčšinu tvoria neelektrické veličiny. Na meranie neelektrických veličín sú elektrické meracie prístroje široko používané, vzhľadom na množstvo ich významných výhod. Patrí medzi ne vysoká presnosť merania, vysoká citlivosť a rýchlosť meracích prístrojov, možnosť diaľkových meraní, automatický prevod informácií o meraní, automatické riadenie procesu merania atď. Vlastnosťou elektrických meracích prístrojov určených na meranie neelektrických veličín je povinná prítomnosť primárneho meracieho prevodníka neelektrickej veličiny na elektrický.

Primárny merací prevodník vytvára jednoznačný funkčný vzťah medzi výstupnou elektrickou veličinou Y a vstupnou neelektrickou veličinou X: Y= f(X).

Podľa typu výstupného signálu sa primárne meracie prevodníky delia na parametrický a generátor.

IN parametrické Pri meracích prevodníkoch je výstupnou veličinou parameter elektrického obvodu: odpor R, indukčnosť L, vzájomná indukčnosť M alebo kapacita C. Pri použití parametrických prevodníkov je vždy potrebný prídavný zdroj energie, ktorého energia sa využíva na generovanie výstupného signálu. prevodníka.

IN generovanie Výstupné veličiny meracích prevodníkov sú EMF, prúd, napätie alebo náboj. Pri použití generátorových prevodníkov sa pomocné napájacie zdroje používajú len na zosilnenie prijatého signálu.

Podľa princípu činnosti sa parametrické meracie prevodníky delia na reostatické, deformačné (deformačné odpory), tepelne citlivé (termistory, termistory), kapacitné, indukčné, ionizačné.

Závislosť výstupnej hodnoty meracieho prevodníka Y od vstupnej hodnoty X, popísaná výrazom Y = f (X), volal konverzná funkcia.Často výstupná hodnota prevodníka Y závisí nielen od vstupnej nameranej hodnoty X, ale aj na nejaký vonkajší faktor Z. Preto vo všeobecnosti môže byť transformačná funkcia reprezentovaná funkčnou závislosťou: Y = f (X, Z).

Pri vývoji meracích prevodníkov neelektrických veličín sa usilujú o získanie lineárnej konverznej funkcie. Na popis lineárnej transformačnej funkcie stačí špecifikovať dva parametre: počiatočnú hodnotu výstupnej hodnoty Y 0 (nulová úroveň), zodpovedajúcu nule alebo inej počiatočnej hodnote vstupnej hodnoty X, a parameter S, ktorý charakterizuje sklon. transformačnej funkcie.

V tomto prípade môže byť transformačná funkcia reprezentovaná nasledovne:

Parameter S, ktorý charakterizuje strmosť transformačnej funkcie, sa nazýva citlivosť prevodníka. Citlivosť prevodníka je pomer zmeny výstupnej hodnoty meracieho prevodníka ΔY k zmene vstupnej hodnoty ΔX, ktorá to spôsobila:

. (2)

Citlivosť prevodníka je veličina, ktorá má rozmer a rozmer závisí od charakteru vstupných a výstupných veličín. Napríklad pre prevodník reostatu má citlivosť rozmer Ohm/mm, pre termoelektrický prevodník - mV/K, pre fotobunku - µA/lm, pre motor - otáčky/(sV) alebo Hz/V , pre galvanometer - mm/µA atď.

Najdôležitejším problémom pri návrhu a použití meracieho prevodníka je zabezpečiť stálosť jeho citlivosti. Citlivosť by mala čo najmenej závisieť od hodnôt vstupnej premennej X (v tomto prípade je transformačná funkcia lineárna), rýchlosť zmeny X, prevádzkový čas meniča, ako aj vplyv iných fyzikálnych veličín, ktoré charakterizujú nie samotný objekt, ale jeho prostredie (takéto veličiny sú tzv. ovplyvňovanie). Pri nelineárnej transformačnej funkcii závisí citlivosť od hodnôt vstupnej premennej: S = S(X) .

Rozsah hodnôt neelektrických veličín prepočítaných pomocou meracieho prevodníka je obmedzený na jednej strane medzou prevodu a na druhej strane prahom citlivosti.

Konverzný limit prevodník je maximálna hodnota vstupnej veličiny, ktorú môže prevodník akceptovať bez jeho poškodenia alebo skreslenia funkcie prevodu.

Prah citlivosti- ide o minimálnu zmenu hodnoty vstupnej veličiny, ktorá môže spôsobiť citeľnú zmenu výstupnej hodnoty meniča.

Pomer Y = f(X) vyjadruje vo všeobecnej teoretickej forme fyzikálne zákony, ktoré sú základom práce konvertorov. V praxi sa konverzná funkcia určuje experimentálne v numerickej forme ako výsledok kalibrácie prevodníka. V tomto prípade sa pre sériu presne známych hodnôt X merajú zodpovedajúce hodnoty Y. , čo vám umožňuje zostaviť kalibračnú krivku (obrázok 1, A). Pomocou zostrojenej kalibračnej krivky je možné podľa hodnôt elektrickej veličiny Y získaných ako výsledok merania nájsť zodpovedajúce hodnoty požadovanej neelektrickej veličiny X (obrázok 1, b).

A– zostrojenie kalibračnej krivky podľa nameraných hodnôt X a Y;

b použitie kalibračnej krivky na určenie vstupnej hodnoty X

Obrázok 1 - Kalibračná charakteristika meracieho prevodníka

Najdôležitejšou charakteristikou každého meracieho prevodníka je jeho základná chyba ktorý je spôsobený princípom činnosti, nedokonalosťou konštrukcie meniča alebo technológiou jeho výroby a prejavuje sa pri normálnych hodnotách ovplyvňujúcich veličín alebo keď sú v rozmedzí normálnych hodnôt.

Základná chyba meracieho prevodníka môže mať niekoľko komponentov v dôsledku:

Nepresnosť vzorových meracích prístrojov, pomocou ktorých bola určená transformačná funkcia;

Rozdiel medzi skutočnou kalibračnou charakteristikou a nominálnou konverznou funkciou; približné (tabuľkové, grafické, analytické) vyjadrenie transformačnej funkcie;

Neúplná zhoda konverznej funkcie s rastúcimi a klesajúcimi meranými neelektrickými veličinami (hysteréza konverznej funkcie);

Neúplná reprodukovateľnosť charakteristík meracieho prevodníka (najčastejšie citlivosť).

Pri kalibrácii série konvertorov rovnakého typu sa ukazuje, že ich charakteristiky sa od seba trochu líšia a zaberajú určité pásmo. Preto je v pase meracieho prevodníka uvedená nejaká priemerná charakteristika, tzv nominálny. Rozdiely medzi nominálnymi (pas) a reálnymi charakteristikami meniča sa považujú za jeho chyby.

Kalibrácia meracieho prevodníka (určenie skutočnej funkcie prevodu) sa vykonáva pomocou meracích prístrojov pre neelektrické a elektrické veličiny. Ako príklad je na obrázku 2 znázornený blokový diagram nastavenia na kalibráciu prevodníka reostatu. Ako prostriedok na meranie lineárneho posuvu (neelektrickej veličiny) sa používa pravítko a ako prostriedok na meranie elektrickej veličiny - aktívneho odporu digitálny merač L, C, R E7-8.

Obrázok 2 - Schéma konštrukcie zariadenia na kalibráciu meniča reostatu

Proces kalibrácie prevodníka je nasledujúci. Pohyblivý kontakt (motor) reostatického meniča sa pomocou pohybového mechanizmu postupne nastavuje na digitalizované značky stupnice pravítka a pri každej značke sa meria aktívny odpor meniča pomocou prístroja E7-8. . Namerané hodnoty lineárneho posuvu a aktívneho odporu sa zapisujú do kalibračnej tabuľky 1.

stôl 1

V tomto prípade získame prevodnú funkciu meracieho prevodníka, uvedenú v tabuľkovej forme. Ak chcete získať grafické znázornenie transformačnej funkcie, musíte použiť odporúčania zobrazené na obrázku 1, A.

Treba však mať na pamäti, že meranie lineárneho posunu a aktívneho odporu bolo vykonané s chybou v dôsledku inštrumentálnych chýb použitých meracích prístrojov. V tomto ohľade bola definícia transformačnej funkcie tiež vykonaná s určitou chybou (obrázok 3).

Obrázok 3 - Chyby pri určovaní transformačnej funkcie

Keďže citlivosť prevodníka S, daná strmosťou konverznej funkcie, je určená vzorcom (2), potom výpočet chyby pri určovaní citlivosti prevodníka Δ S by sa mali vykonávať na základe algoritmu na výpočet chyby výsledku nepriameho merania. Vo všeobecnosti vzorec výpočtu pre Δ S nasledovne:

Kde
,

Δ r 1 A Δ r 2 – chyby pri určovaní výstupných hodnôt y 1 a y 2 ,

Δ X 1 A Δ X 2 – chyby pri určovaní vstupných hodnôt x 1 a x 2 .

Ďalšie chyby meracieho prevodníka, spôsobené jeho princípom činnosti, nedokonalosťou konštrukcie a technológie výroby, vznikajú pri odchýlke ovplyvňujúcich veličín od normálnych hodnôt.

Okrem vyššie diskutovaných charakteristík sa meracie prevodníky neelektrických veličín na elektrické vyznačujú: variáciou výstupného signálu, výstupnou impedanciou, dynamickými charakteristikami. Medzi najdôležitejšie technické vlastnosti ďalej patria: rozmery, hmotnosť, odolnosť proti mechanickému, tepelnému, elektrickému a inému preťaženiu, spoľahlivosť, jednoduchosť inštalácie a údržby, bezpečnosť proti výbuchu, výrobné náklady atď. .

Meracie prevodníky sa líšia podľa princípu konverzie signálu.

Kedy analógový priama konverzia (Obrázok 4) sa meraná neelektrická veličina X privádza na vstup primárneho meracieho prevodníka (PMT). Výstupná elektrická hodnota Y prevodníka je meraná elektrickým meracím zariadením (EIM), ktoré obsahuje merací prevodník a indikačné zariadenie.

Obrázok 4 - Bloková schéma zariadenia s analógovým priamym prevodom meranej neelektrickej veličiny

V závislosti od typu výstupnej veličiny a požiadaviek na zariadenie môže byť elektrické meracie zariadenie rôznej zložitosti. V jednom prípade ide o magnetoelektrický milivoltmeter a v druhom o digitálny merací prístroj. Zvyčajne je stupnica indikačného zariadenia EIP odstupňovaná v jednotkách meranej neelektrickej veličiny. Nameranú neelektrickú veličinu je možné opakovane konvertovať tak, aby zodpovedala limitom jej merania limitom konverzie PIP a aby sa získal pohodlnejší typ vstupnej akcie pre PIP. Ak chcete vykonať takéto transformácie, vstúpte do zariadenia predbežnetelo prevodníky neelektrických hodnôt na neelektrické.

Pri veľkom počte medziprevodníkov v zariadeniach s priamym prevodom sa celková chyba výrazne zvyšuje. Na zníženie chyby použite diferenciál vonmeracie prevodníky, ktoré majú nižšiu aditívnu chybu, menšiu funkciu nelineárnej konverzie a vyššiu citlivosť v porovnaní so zariadeniami na priamu konverziu.

Obrázok 5 zobrazuje blokovú schému zariadenia s diferenciálnym meracím prevodníkom (DIP). Prevodník obsahuje diferenciálny spoj DZ s dvoma výstupmi, dvoma konverznými kanálmi (P1 a P2) a odčítačom VU. Keď sa vstupná nameraná hodnota x zmení z počiatočnej hodnoty x 0 na hodnotu (x 0 + Δx), výstupné hodnoty x 1 a x 2 na výstupe diaľkového prieskumu Zeme dostanú prírastky s rôznymi znamienkami. Po ich prevode na P1 a P2 sa odčítajú hodnoty na výstupe prevodníkov y 1 a y 2. Výsledkom je, že výstupná hodnota DIP (y = y 1 -y 2) privádzaná do meracieho mechanizmu MI je úmerná iba prírastku Δx meranej neelektrickej veličiny.

Obrázok 5 - Bloková schéma zariadenia s diferenciálnym prevodom meranej neelektrickej veličiny

V spotrebičoch s transformáciou na princípe kompenzácie (vyvažovania) v zariadení na porovnávanie US prevodníka prebieha porovnanie merateľné veľkosť a homogénne k nej premenlivý hodnota vytvorená uzlom spätnej väzby UOS (obrázok 6) Hodnoty sa porovnávajú, kým nie sú úplne vyrovnané. Ako uzly spätná väzba používajú sa spätné meniče, ktoré menia elektrickú veličinu na neelektrickú (napríklad žiarovky, elektromechanické meniče a pod.).

Obrázok 6 - Bloková schéma zariadenia s kompenzačným meracím prevodníkom

V porovnaní so zariadeniami na priamu konverziu poskytujú kompenzačné porovnávacie zariadenia vyššiu presnosť, rýchlejšiu odozvu a spotrebujú menej energie z predmetu štúdia.

Elektrické prístroje na meranie neelektrických veličín môžu byť buď analógové alebo digitálne.

Reostatové konvertory

Reostatické prevodníky sú založené na zmene elektrického odporu vodiča pod vplyvom vstupnej hodnoty - lineárneho alebo uhlového posunu. Reostatový prevodník je reostat (rám s drôteným vinutím), ktorého pohyblivý kontakt vykonáva lineárny alebo uhlový pohyb pod vplyvom meranej neelektrickej veličiny. Schematické znázornenia niektorých návrhov reostatických meničov sú znázornené na obrázku 6, a-c. Rozmery prevodníka sú určené hraničnými hodnotami nameraného posunu, odporu vinutia a elektrického výkonu rozptýleného vo vinutí. Na získanie nelineárnej transformačnej funkcie sa používajú funkčné konvertory reostatu. Požadovaná forma transformačnej funkcie sa dosiahne profilovaním rámu meniča (obrázok 6, V).

V reostatických meničoch má statická konverzná charakteristika stupňovitý charakter, pretože odpor sa skokovo mení ako odpor jednej otáčky. To spôsobí, že sa objaví zodpovedajúca chyba, ktorej maximálna hodnota môže byť vyjadrená ako:

, (4)

kde R je maximálny odpor jednej otáčky;

R je impedancia prevodníka.

IN reochord konvertory, v ktorých sa pohyblivý kontakt posúva pozdĺž osi drôtu, je možné tejto chybe predísť.

Reostatické prevodníky sa zaraďujú do meracích obvodov vo forme vyvážených a nerovnovážnych mostíkov, rozdeľovačov napätia a pod.

Obrázok 7 - Reostatické meracie prevodníky

Hlavnými nevýhodami reostatických meničov sú prítomnosť klzného kontaktu, potreba relatívne veľkých pohybov a niekedy značné úsilie pri pohybe. Medzi výhody patrí jednoduchosť dizajnu a schopnosť získať významné úrovne výstupných signálov.

Reostatické prevodníky sa používajú na meranie pomerne veľkých lineárnych a uhlových posunov, ako aj iných neelektrických veličín, ktoré je možné premeniť na posun (sila, tlak a pod.).

Indukčné prevodníky

Princíp činnosti indukčných meničov je založený na závislosti vlastnej alebo vzájomnej indukčnosti vinutí na magnetickom obvode od vzájomnej polohy, geometrických rozmerov a magnetického odporu prvkov magnetického obvodu. Z elektrotechniky je známe, že indukčnosť L vinutie umiestnené na magnetickom jadre (magnetický obvod) je určené výrazom:

, (5)

kde Z M  magnetický odpor magnetického obvodu;

w- počet závitov vinutia.

Vzájomná indukčnosť M dve vinutia umiestnené na rovnakom magnetickom obvode s magnetickým odporom Z M, je definovaný ako

, (6)

Kde w 1 A w 2  počet závitov prvého a druhého vinutia.

Magnetický odpor je daný:

, ` (7)

Kde	 aktívna zložka magnetického odporu;
l i, S i,  i	 dĺžku, prierez a relatívnu magnetickú permeabilitu i-tého úseku magnetického obvodu;
	 magnetická konštanta;
	 dĺžka a plocha prierezu vzduchovej časti magnetického obvodu;

	 reaktívna zložka magnetického odporu;
	 straty výkonu v magnetickom obvode v dôsledku vírivých prúdov a hysterézy;
	- uhlová frekvencia;
	- magnetický tok v magnetickom obvode.

Vyššie uvedené vzťahy ukazujú, že indukčnosť a vzájomnú indukčnosť možno meniť zmenou dĺžky δ alebo prierezu S vzduchovej časti magnetického obvodu, stratou výkonu P v magnetickom obvode atď.

Obrázok 8 schematicky znázorňuje rôzne typy indukčných meničov. Zmenu vzájomnej indukčnosti je možné dosiahnuť napríklad posunutím pohyblivého jadra (kotvy) 1 voči pevnému jadru 2 vložením nemagnetickej kovovej platne 3 do vzduchovej medzery (obrázok 8 A).

Obrázok 8 - Indukčné meracie prevodníky

Indukčný prevodník s premenlivou dĺžkou vzduchovej medzery  (obrázok 8, b) sa vyznačuje nelineárnou závislosťou L = f ( ). Takýto prevodník má vysokú citlivosť a zvyčajne sa používa pri pohybe kotvy magnetického obvodu v rozsahu od 0,01 do 5 mm.

Výrazne nižšia citlivosť, ale lineárna závislosť transformačnej funkcie L = f(S) konvertory s premenlivým prierezom vzduchovej medzery sa líšia (obrázok 8, V). Takéto prevodníky sa používajú na meranie posunov do 10-15 mm.

Indukčné diferenciálne meniče sú široko používané (obrázok 8, G), v ktorom je pohyblivá kotva umiestnená medzi dvoma pevnými jadrami s vinutiami. Pri pohybe kotvy pod vplyvom nameranej hodnoty sa dĺžky menia súčasne a s rôznymi znamienkami δ 1 A δ 2 vzduchové medzery meniča, pričom indukčnosť jedného vinutia sa zvýši a druhého zníži. Diferenciálne meniče sa používajú v kombinácii s mostíkovými meracími obvodmi. V porovnaní s nediferenciálnymi meničmi majú vyššiu citlivosť, menšiu nelinearitu konverznej funkcie a sú menej ovplyvnené vonkajšími faktormi.

Na prevod relatívne veľkých posunov (do 50 - 100 mm) sa používajú transformátorové prevodníky s otvoreným magnetickým obvodom (obrázok 8, d).

Ak je feromagnetické jadro meniča vystavené mechanickému pôsobeniu sily F, potom sa v dôsledku zmeny magnetickej permeability materiálu jadra zmení magnetický odpor obvodu, čo bude mať za následok aj zmenu indukčnosti L a vzájomná indukčnosť M vinutí. Princíp činnosti magnetoelastických meničov je založený na tejto závislosti (obrázok 8, e).

Indukčné prevodníky sa používajú na meranie lineárnych a uhlových posunov, ako aj iných neelektrických veličín, ktoré je možné previesť na posun (sila, tlak, krútiaci moment atď.). Konštrukcia prevodníka je určená rozsahom nameraných výchyliek. Rozmery meniča sa vyberajú na základe požadovaného výkonu výstupného signálu.

Na meranie výstupných parametrov indukčných meničov, mostíkových (rovnovážnych a nerovnovážnych) a generátorových meracích obvodov, ako aj obvodov s pomocou rezonančných obvodov, ktoré majú najväčšiu citlivosť vďaka veľkej strmosti konverznej funkcie.

V porovnaní s inými prevodníkmi posuvu sa indukčné prevodníky vyznačujú vysokým výkonom výstupných signálov, jednoduchosťou a spoľahlivosťou prevádzky.

Ich hlavné nevýhody sú: spätný vplyv na skúmaný objekt (vplyv elektromagnetu na kotvu) a vplyv zotrvačnosti kotvy na frekvenčné charakteristiky zariadenia.

Kapacitné prevodníky

Princíp činnosti kapacitných meracích prevodníkov je založený na závislosti elektrickej kapacity kondenzátora na rozmeroch, vzájomnej polohe jeho dosiek a permitivite prostredia medzi nimi.

Elektrická kapacita plochého kondenzátora s dvoma doskami je opísaná výrazom:

, (8)

Z tohto výrazu je vidieť, že kapacitný menič možno postaviť na základe využitia závislostí C =f( ), C =f(S) alebo C = f( ).

Obrázok 9 schematicky znázorňuje konštrukciu rôznych kapacitných meničov.

Obrázok 9 - Kapacitné meracie prevodníky

Prevodník na obrázku 9, A je kondenzátor, ktorého jedna doska sa pohybuje pôsobením meranej neelektrickej veličiny X voči pevnej doske. Statická charakteristika meniča pomocou závislosti C =f( ) je nelineárny. Citlivosť prevodníka sa zvyšuje so zmenšujúcou sa vzdialenosťou medzi doskami . Takéto prevodníky sa používajú na meranie malých posunov (menej ako 1 mm).

Používajú sa aj diferenciálne kapacitné prevodníky (obrázok 9, b), ktoré majú jednu pohyblivú a dve pevné dosky. Pod vplyvom nameranej hodnoty X tieto meniče súčasne menia kapacity C1 a C2.

Obrázok 9, V ukazuje diferenciálny kapacitný menič s premenlivou aktívnou plochou dosiek, ktorý využíva závislosť C =f(S) . Prevodníky s touto konštrukciou sa používajú na meranie relatívne veľkých posunov. V týchto meničoch možno požadovanú konverznú charakteristiku ľahko získať profilovaním dosiek.

Transformátory závislosti C =f( ) používa sa na meranie hladiny kvapalín, vlhkosti látok, hrúbky výrobkov vyrobených z dielektrík a pod. Ako príklad na obrázku 9 G je uvedené zariadenie prevodníka kapacitného hladinomera. Kapacita medzi elektródami spustenými do nádoby závisí od hladiny kvapaliny.

Na meranie výstupných parametrov kapacitných meracích prevodníkov sa používa mostík, meracie hodnoty generátora a obvody využívajúce rezonančné obvody. Posledne menované umožňujú vytvárať zariadenia s vysokou citlivosťou, ktoré sú schopné reagovať na lineárne posuny rádovo 10 µm. Obvody s kapacitnými meničmi sú zvyčajne napájané vysokofrekvenčným prúdom (až desiatky MHz).

spoľahlivosť testu karosérie auta

Merací prevodník -- technické prostriedky s normalizovanými metrologickými charakteristikami, ktorý slúži na premenu nameranej hodnoty na inú hodnotu alebo merací signál, vhodný na spracovanie, uchovávanie, ďalšie transformácie, indikáciu a prenos, ale priamo nevnímateľný operátorom. Merací prevodník alebo je súčasťou akéhokoľvek meracie zariadenie(meracia inštalácia, merací systém) alebo používané spolu s akýmkoľvek meracím prístrojom.

Podľa povahy transformácie sa rozlišujú tieto prevodníky:

Analógový merací prevodník je merací prevodník, ktorý prevádza jednu analógovú hodnotu (analógový merací signál) na inú analógovú hodnotu (merací signál);

Analógovo-digitálny merací prevodník je merací prevodník určený na prevod analógového meracieho signálu na číselný kód;

Digitálno-analógový merací prevodník je merací prevodník určený na prevod číselného kódu na analógovú hodnotu.

Podľa miesta v meracom obvode sa rozlišujú tieto prevodníky:

Primárny merací prevodník je merací prevodník, ktorý je priamo ovplyvnený meranou fyzikálnou veličinou. Primárny merací prevodník je prvým prevodníkom v meracom obvode meracieho prístroja;

Senzor je konštrukčne izolovaný primárny merací prevodník;

Detektor je senzor v oblasti merania ionizujúceho žiarenia;

Medziľahlý merací prevodník -- merací prevodník, ktorý zaberá miesto v meracom obvode za primárnym prevodníkom.

Vysielací merací prevodník je merací prevodník určený na diaľkový prenos signálu meracej informácie;

Merací prevodník stupnice -- merací prevodník určený na zmenu veľkosti veličiny alebo meraného signálu o daný počet krát.

Podľa princípu činnosti sú meniče rozdelené na generátorové a parametrické.

Generátor - sú to meniče, ktoré pod vplyvom vstupnej hodnoty sami generujú elektrickú energiu (s výstupnou hodnotou - napätím alebo prúdom). Generátorové meracie prevodníky je možné zaradiť do meracieho obvodu, kde nie je zdroj energie. Príkladmi generátorových meracích prevodníkov sú termoelektrické a fotoelektrické meracie prevodníky.

Parametrické - sú to prevodníky, ktoré pod vplyvom nameranej hodnoty menia hodnotu výstupnej hodnoty v závislosti od princípu činnosti (s výstupnou hodnotou vo forme zmeny odporu, kapacity a v závislosti od hodnoty vstupná hodnota), medzi ne patria termistické, kapacitné meracie prevodníky.

Podľa fyzickej zákonitosti, na ktorej je založená činnosť prevodníka, možno všetky meracie prevodníky rozdeliť do nasledujúcich skupín:

odporový;

Tepelné;

elektromagnetické;

elektrostatické;

Elektrochemické;

piezoelektrické;

fotovoltaické;

Elektronické;

Kvantové.

Pozrime sa podrobnejšie na niektoré skupiny meracích prevodníkov.

V súčasnosti sú najbežnejšie odporové prevodníky. Princíp činnosti je založený na zmene ich elektrického odporu pri zmene vstupnej hodnoty.

Obrázok 1. - Schéma odporového meracieho prevodníka

Pri konštrukcii odporového meracieho prevodníka sa usilujeme zabezpečiť, aby zmena odporu R nastala pri pôsobení jednej vstupnej hodnoty (menej často dvoch).

Medzi výhody tohto prevodníka patrí: jednoduchosť dizajnu, malé rozmery a hmotnosť, vysoká citlivosť, vysoké rozlíšenie na nízkej úrovni vstupný signál, absencia pohyblivých kontaktov zberača prúdu, vysoká rýchlosť, možnosť získania potrebného transformačného zákona voľbou vhodných konštrukčných parametrov, žiadny vplyv vstupného obvodu na merací obvod.

Elektromagnetické meracie prevodníky - takéto prevodníky tvoria veľkú skupinu prevodníkov na meranie rôznych fyzikálnych veličín a podľa princípu činnosti sú parametrické a generátorové.

Medzi parametrické meniče patria tie, pri ktorých sa výstupné mechanické pôsobenie premieňa na zmenu parametrov magnetického obvodu – magnetická permeabilita, magnetický odpor RM, indukčnosť L vinutia.

Do generátora - prevodníky indukčného typu, ktoré využívajú zákon elektromagnetickej indukcie na získanie výstupného signálu. Môžu byť vyrobené na základe transformátorov a elektrických strojov. Poslednou skupinou sú tachogenerátory, selsyny, rotačné transformátory.

Hodnoty L a M je možné zmeniť zmenšením alebo zväčšením medzery, zmenou polohy kotvy, zmenou prierezu S magnetického toku, otočením kotvy vzhľadom na stacionárnu časť magnetického obvodu, zavedením doska z feromagnetického materiálu do vzduchovej medzery, respektíve zníženie 0 a magnetického odporu medzery.

Meracie prevodníky, ktoré premieňajú prirodzenú vstupnú hodnotu vo forme posunu na zmenu indukčnosti, sa nazývajú indukčné.

Meniče, ktoré premieňajú pohyb na zmenu vzájomnej indukčnosti M, sa bežne nazývajú transformátory.

Obrázok 2 - Schéma meracieho prevodníka na základe zmeny magnetického odporu

V transformátorových meničoch možno zmenu vzájomnej indukčnosti M dosiahnuť nielen zmenou magnetického odporu, ale aj pohybom jedného z vinutí pozdĺž alebo naprieč magnetickým obvodom.

Ak na uzavretý magnetický obvod meniča pôsobia tlakové, ťahové alebo krútiace sily, potom sa pod ich vplyvom zmení magnetická permeabilita 0 jadra, čo povedie k zmene magnetického odporu jadra, a teda k zmena v L alebo M.

Meniče založené na zmene magnetického odporu v dôsledku zmeny magnetickej permeability feromagnetického jadra vplyvom mechanickej deformácie sa nazývajú magnetoelastické. Široko sa používajú na meranie síl, tlakov, momentov.

Ak sa vinutie v medzere permanentného magnetu alebo elektromagnetu, cez vinutie ktorého prechádza jednosmerný prúd, pohybuje vinutím, potom sa podľa zákona elektromagnetickej indukcie vo vinutí objaví EMF rovný

kde je rýchlosť zmeny magnetického toku prepojená so závitmi vinutia W.

Pretože rýchlosť zmeny magnetického toku je určená rýchlosťou vinutia vo vzduchovej medzere, menič má prirodzenú vstupnú hodnotu vo forme lineárnej alebo uhlovej rýchlosti posuvu a výstupnú hodnotu vo forme indukovanej EMF. Takéto meniče sa nazývajú indukčné.

Piezoelektrické meniče - princíp činnosti takýchto snímačov je založený na využití priameho a inverzného piezoelektrického javu.

Priamym účinkom je schopnosť niektorých materiálov generovať elektrické náboje na povrchu pri pôsobení mechanického zaťaženia.

Opačný efekt - zmena mechanického namáhania alebo geometrických rozmerov tvorí materiál pod vplyvom elektrického poľa.

Ako piezoelektrické materiály sa používajú prírodné materiály - kremeň, turmalín, ale aj umelo polarizovaná keramika na báze titanitu bária, titanitu olovnatého a zirkoničitanu olovnatého.

Kvantitatívne sa piezoelektrický efekt odhaduje pomocou piezoelektrického modulu Kd, ktorý stanovuje vzťah medzi vznikajúcim nábojom Q a aplikovanou silou F, čo možno vyjadriť vzorcom:

Zoberme si iný typ meracieho prevodníka - tepelné prevodníky.

Ich princíp činnosti je založený na využití tepelných procesov (ohrievanie, chladenie, výmena tepla) a vstupnou hodnotou takýchto snímačov je teplota.

Používajú sa však ako prevodníky nielen teploty, ale aj takých veličín, ako je tepelný tok, prietok plynu, vlhkosť, hladina kvapaliny.

Pri stavbe tepelných konvertorov sa najčastejšie používajú také javy, ako je výskyt termo-EMF, závislosť odporu látky od teploty.

Termočlánok je snímací prvok pozostávajúci z dvoch rôznych vodičov alebo polovodičov, ktoré sú elektricky prepojené a premieňajú kontrolovanú teplotu na EMF.

Princíp činnosti termoelektrického meniča je založený na využití termoelektromotorickej sily, ktorá vzniká v obvode dvoch rozdielnych vodičov, ktorých spoje (spojky) sú ohrievané na rôzne teploty.

Znamienko a hodnota termo-EMF v obvode závisí od typu materiálu a teplotného rozdielu na križovatkách.

Pri malom teplotnom rozdiele medzi križovatkami možno termo-EMF považovať za úmerné teplotnému rozdielu:

Na meranie teploty je možné použiť termočlánok.

Na termočlánky sa používajú rôzne materiály. vzácne kovy(platina, zlato, irídium, ródium a ich zliatiny), ako aj základné kovy (zliatiny ocele, niklu, chrómu, nichrómu).

Kremíkové a selénové termočlánky (polovodiče) sa používajú pomerne zriedkavo, majú nízku mechanickú pevnosť, majú vysoký vnútorný odpor, aj keď v porovnaní s kovmi poskytujú veľké termo-EMF.

Thermo-EMF sa vyskytuje iba v spojoch rôznych materiálov. Pri porovnávaní rôznych materiálov sa ako základ berie termo-EMF platiny, vo vzťahu ku ktorému sa určuje termo-EMF iných materiálov.

Na zvýšenie výstupného EMF sa používa sériové pripojenie termočlánkov, ktoré tvoria termočlánok.

Výhody termočlánkov - možnosť merania v širokom rozsahu teplôt; jednoduchosť zariadenia; prevádzková spoľahlivosť.

Nevýhody - nie vysoká citlivosť, veľká zotrvačnosť, nutnosť udržiavať konštantnú teplotu voľných spojov.

Termistorové meniče pracujú na základe vlastnosti vodiča alebo polovodiča meniť svoj elektrický odpor so zmenou teploty.

Pre takéto senzory sa používajú materiály, ktoré majú vysokú stabilitu, vysokú reprodukovateľnosť elektrického odporu pri danej teplote, značnú rezistivitu, stabilitu chemických a fyzikálnych vlastností pri zahrievaní a inertnosť voči vplyvu skúmaného média.

Medzi tieto materiály patrí predovšetkým platina, meď, nikel a volfrám. Najbežnejšie sú platinové a medené termistory.

Platinové termistory sa používajú v rozsahu od 0 do 6500 C; od 0 do - 2000 C. Ich nevýhodou je, že strácajú stabilitu charakteristík a pri vysokých teplotách sa zvyšuje krehkosť materiálu.

Medené termistory sa používajú v teplotnom rozsahu od 50 do 1800C, sú dosť odolné voči korózii, lacné.

Ich nevýhody: vysoká oxidovateľnosť pri zahrievaní, v dôsledku čoho sa používajú v relatívne úzkom teplotnom rozsahu v prostrediach s nízkou vlhkosťou a bez agresívnych plynov.

Polovodičové termistory sa od kovových líšia menšou veľkosťou a zotrvačnosťou. Nevýhodou je nelineárna závislosť odporu od teploty.

Na meranie teploty sa bežne používajú termistory. V tomto prípade by mal byť zaťažovací prúd, ktorý nimi prechádza, malý. Ak je tento prúd veľký, potom môže byť prehriatie termistora vo vzťahu k prostrediu významné. Nastavená hodnota prehriatia a podľa toho aj odpor v tomto prípade bude určená podmienkami prenosu tepla z povrchu termistora.

Obrázok 3 - Všeobecná forma termoelektrický menič

Ak je vyhrievaný termistor umiestnený v médiu s premenlivými termofyzikálnymi charakteristikami, potom je možné merať množstvo fyzikálnych veličín: prietok kvapaliny a plynov, hustotu plynov.

Citlivosť medených drôtových termistorov je konštantná, zatiaľ čo citlivosť platinových sa mení s teplotou. Pri rovnakých hodnotách R 0 je citlivosť medených termistorov vyššia.

Rozsah meraných teplôt pomocou termistorov s platinovými a medenými citlivými prvkami je od - 200 do + 1100 0 С.

Pri meraní vysokých teplôt sa používajú bezdotykové meracie prístroje - pyrometre, ktoré merajú teplotu tepelným žiarením. Pyrometre sú sériovo vyrábané, poskytujúce meranie teploty v rozsahu od 20 do 6000 0 С.

Bezkontaktná metóda merania teploty je založená na teplotnej závislosti žiarenia čierneho telesa, t.j. teleso schopné úplne absorbovať žiarenie akejkoľvek vlnovej dĺžky, ktoré naň dopadá.

Najdôležitejšie metrologické charakteristiky meničov sú: nominálna statická prevodná charakteristika, citlivosť, základná chyba, prídavné chyby alebo ovplyvňujúce funkcie, kolísanie výstupného signálu, výstupná impedancia, dynamické charakteristiky atď.

Medzi najdôležitejšie nemetrologické vlastnosti patria rozmery, hmotnosť, jednoduchosť inštalácie a údržby, bezpečnosť proti výbuchu, odolnosť proti mechanickému, tepelnému, elektrickému a inému preťaženiu, spoľahlivosť, náklady na výrobu a prevádzku atď.

Podľa typu výstupného signálu sa všetky meracie prevodníky delia na parametrické A generátor. Sú tiež klasifikované podľa princípu činnosti. Nižšie sú diskutované iba vysielače, ktoré boli najviac využívané.

13.1 Parametrické prevodníky

Všeobecné informácie. V parametrických prevodníkoch je výstupná hodnota parametrom elektrického obvodu (R, L, M, C). Pri použití parametrických prevodníkov je potrebný prídavný zdroj energie, ktorého energia sa využíva na vytvorenie výstupného signálu prevodníka.

Reostatové konvertory. Reostatické meniče sú založené na zmene elektrického odporu vodiča vplyvom vstupnej hodnoty - posunu. Reostatový prevodník je reostat, ktorého kefa (pohyblivý kontakt) sa pohybuje pod vplyvom meranej neelektrickej veličiny. Na obr. 11-5 schematicky znázorňuje niektoré konštrukcie reostatových meničov pre uhlové (obr. 11-5, A) a lineárne (obr. 11-5, b a c) pohyby. Prevodník pozostáva z vinutia aplikovaného na rám a kefy. Na výrobu rámov sa používajú dielektrika a kovy. Drôt vinutia je vyrobený zo zliatin (zliatina platiny s irídiom, konštantánom, nichrómom a fechralom). Na navíjanie sa zvyčajne používa izolovaný drôt. Po vytvorení vinutia sa izolácia drôtu v miestach kontaktu s kefou očistí. Konvertorová kefa je vyrobená buď z drôtov, alebo z plochých pružných pásikov, pričom sa používajú čisté kovy (platina, striebro) aj zliatiny (platina s irídiom, fosforový bronz a pod.).

Ryža. 11-5. Reostatické prevodníky pre uhlové (a), lineárne (b) posuny a na funkčnú transformáciu lineárnych posunov (c)

Rozmery meniča sú určené hodnotou nameraného posunu, odporu vinutia a uvoľneného výkonu vo vinutí.

Na získanie nelineárnej transformačnej funkcie sa používajú funkčné konvertory reostatu. Požadovaný charakter transformácie sa často dosiahne profilovaním rámu meniča (obr. 11-5, V).

V uvažovaných reostatických meničoch má statická konverzná charakteristika stupňovitý charakter, pretože odpor sa skokovo mení s odporom jednej otáčky, čo spôsobuje chybu. Niekedy sa používajú reochordové prevodníky, v ktorých sa kefka posúva pozdĺž osi drôtu. Tieto prevodníky nemajú špecifikovanú chybu. Reostatické prevodníky sa zaraďujú do meracích obvodov vo forme vyvážených a nerovnovážnych mostíkov, rozdeľovačov napätia a pod.

Reostatické prevodníky sa používajú na premenu relatívne veľkých posunov a iných neelektrických veličín (sily, tlaky atď.), ktoré je možné premeniť na posun.

Prevodníky citlivé na napätie (senzory).Činnosť meničov je založená na tenzorovom efekte, ktorý spočíva v zmene aktívneho odporu vodiča (polovodiča) pôsobením mechanického namáhania a deformácie v ňom spôsobenej.

Ryža. 11-6. Tenzometrický drôtový prevodník

Ak je drôt vystavený mechanickému namáhaniu, napríklad naťahovaniu, jeho odpor sa zmení. Zmena odporu drôtu pri mechanickom pôsobení naň sa vysvetľuje zmenou geometrických rozmerov (dĺžka, priemer) a odporu materiálu.

Snímače citlivé na napätie, v súčasnosti široko používané (obr. 11-6), sú tenké cik-cak položené a nalepené na pásik papierového (substrátového /) drôtu 2 (drôtený rošt). Prevodník je pripojený k obvodu pomocou zváraných alebo spájkovaných vodičov 3. Prevodník je prilepený k povrchu skúmaného dielu tak, aby sa smer očakávanej deformácie zhodoval s pozdĺžnou osou drôtenej mriežky.

Na výrobu meničov sa používa hlavne konštantánový drôt s priemerom 0,02-0,05 mm. (S== 1,9 - 2,1). Constantan má nízky teplotný koeficient elektrického odporu, čo je veľmi dôležité, pretože zmena odporu meničov pri deformáciách, napríklad oceľových častí, je úmerná zmene odporu meniča so zmenou teploty. Ako substrát sa používa tenký (0,03-0,05 mm) papier, ako aj film laku alebo lepidla a pri vysokých teplotách vrstva cementu.

Používajú sa aj fóliové prevodníky, v ktorých sú namiesto drôtu použité fóliové a filmové tenzometre získané sublimáciou materiálu citlivého na napätie s jeho následným nanesením na substrát.

Na prilepenie drôtu k podkladu a celého meniča k dielu sa používajú lepidlá (roztok celuloidu v acetóne, lepidlo BF-2, BF-4, bakelit a pod.). Pre vysoké teploty (nad 200 °C) sa používajú žiaruvzdorné cementy, silikónové laky a lepidlá a pod.

Prevodníky sú dostupné v rôznych veľkostiach v závislosti od účelu. Najčastejšie sa používajú prevodníky s dĺžkou mriežky (základňa) od 5 do 50 mm s odporom 30-500 ohmov.

Zmena teploty spôsobuje zmenu transformačných charakteristík tenzometrov, čo sa vysvetľuje teplotnou závislosťou odporu prevodníka a rozdielom teplotných koeficientov lineárnej rozťažnosti materiálu tenzometra a skúmanej časti. . Vplyv teploty sa zvyčajne eliminuje aplikáciou vhodných metód teplotnej kompenzácie.

Nalepený tenzometrický prevodník nemožno odstrániť z jednej časti a nalepiť na druhú. Preto sa na určenie charakteristík transformácie (koeficient S) uchýli k selektívnej kalibrácii meničov, ktorá udáva hodnotu koeficientu S s chybou ±1 %. Metódy určovania charakteristík tenzometrov upravuje norma. Výhodou týchto meničov je linearita statickej konverznej charakteristiky, malé rozmery a hmotnosť a jednoduchosť konštrukcie. Ich nevýhodou je nízka citlivosť.

Tepelne citlivé prevodníky (termistory). Princíp činnosti meničov je založený na závislosti elektrického odporu vodičov alebo polovodičov od teploty.

Počas procesu merania prebieha výmena tepla medzi termistorom a skúmaným médiom. Keďže termistor je súčasťou elektrického obvodu, pomocou ktorého sa meria jeho odpor, preteká ním prúd, ktorý v ňom uvoľňuje teplo. K výmene tepla termistora s médiom dochádza v dôsledku tepelnej vodivosti média a konvekcie v ňom, tepelnej vodivosti samotného termistora a armatúr, ku ktorým je pripojený, a nakoniec žiarením. Intenzita prestupu tepla a tým aj teplota termistora závisí od jeho geometrických rozmerov a tvaru, od konštrukcie ochranných armatúr, od zloženia, hustoty, tepelnej vodivosti, viskozity a iných fyzikálnych vlastností okolitého plynného alebo kvapalného média. termistora, ako aj na teplote a rýchlosti pohybu média.

Ryža. 11-7. Zariadenie (zariadenia) a vzhľad armatúry b) platinový termistor

Závislosť teploty a tým aj odporu termistora od vyššie uvedených faktorov sa teda môže použiť na meranie rôznych neelektrických veličín charakterizujúcich plynné alebo kvapalné médium. Pri návrhu prevodníka je cieľom zabezpečiť, aby výmena tepla termistora s médiom bola daná najmä meranou neelektrickou veličinou.

Podľa režimu činnosti sú termistory prehrievané a bez zámerného prehrievania. V konvertoroch bez prehriatia prúd prechádzajúci cez termistor prakticky nespôsobuje prehriatie a jeho teplota je určená teplotou média; tieto prevodníky sa používajú na meranie teploty. V prehrievajúcich sa meničoch spôsobuje elektrický prúd prehrievanie v závislosti od vlastností média. Snímače prehriatia sa používajú na meranie rýchlosti, hustoty, zloženia média atď. Keďže termistory prehrievania ovplyvňuje teplota média, na kompenzáciu tohto efektu sa zvyčajne používajú obvodové metódy.

Na meranie teploty sú najbežnejšie termistory vyrobené z platinového alebo medeného drôtu.

Štandardné platinové termistory sa používajú na meranie teploty v rozsahu od -260 do + 1100 ° C, medené - v rozsahu od - 200 do + 200 ° C (GOST 6651-78). Nízkoteplotné platinové termistory (GOST 12877-76) sa používajú na meranie teplôt v rozsahu od -261 do -183 °C.

Na obr. 11-7, A Je zobrazené zariadenie platinového termistora. V kanáloch keramickej trubice 2 sú dve (alebo štyri) sekcie špirály 3 vyrobené z platinového drôtu zapojeného do série. Prispájkujte vodiče na konce špirály 4, používa sa na zahrnutie termistora do meracieho obvodu. Upevnenie vývodov a tesnenie keramickej rúrky je prevedené glazúrou /. Kanály trubice sú pokryté bezvodým práškom oxidu hlinitého, ktorý pôsobí ako izolátor a držiak špirály. Bezvodý práškový oxid hlinitý s vysokou tepelnou vodivosťou a nízkou tepelnou kapacitou poskytuje dobrý prenos tepla a nízku zotrvačnosť termistora. Na ochranu termistora pred mechanickými a chemickými vplyvmi vonkajšieho prostredia je umiestnený v ochranných armatúrach (obr. 11-7, b) z nehrdzavejúcej ocele.

Počiatočné odpory (pri 0 ° C) platinových štandardných termistorov sú 1, 5, 10, 46, 50, 100 a 500 Ohmov, medené - 10, 50, 53 a 100 Ohmov.

Prípustná hodnota prúdu pretekajúceho termistorom pri jeho zaradení do meracieho obvodu musí byť taká, aby zmena odporu termistora pri zahrievaní nepresiahla 0,1 % počiatočného odporu.

Statické prevodné charakteristiky vo forme tabuliek (kalibrácia) a prípustné odchýlky týchto charakteristík pre štandardné termistory sú uvedené v GOST 6651-78.

Okrem platiny a medi sa niekedy na výrobu termistorov používa aj nikel.

Na meranie teploty sa používajú aj polovodičové termistory (termistory) rôznych typov, ktoré sa vyznačujú väčšou citlivosťou (TCS termistor-

odpor je negatívny a pri 20 °C je 10-15 krát vyšší ako TCR medi a platiny) a majú vyššie odpory (až 1 MΩ) pri veľmi malých veľkostiach. Nevýhodou termistorov je slabá reprodukovateľnosť a nelinearita prevodnej charakteristiky:

Kde rt A Ro- odpor termistora pri teplotách T A To; To- počiatočná teplota prevádzkového rozsahu; IN- koeficient.

Termistory sa používajú v teplotnom rozsahu od -60 do + 120°C.

Na meranie teplôt od -80 do -f-150°C sa používajú tepelné diódy a termotranzistory, u ktorých sa odpor mení vplyvom teploty R- i-prechod a pokles napätia na tomto prechode. Napäťová citlivosť termotranzistora je 1,5-2,0 mV/K, čo výrazne prevyšuje citlivosť štandardných termočlánkov (pozri tabuľku 11-1). Tieto meniče sú zvyčajne zahrnuté v mostíkových obvodoch a obvodoch vo forme rozdeľovačov napätia.

Tepelná zotrvačnosť štandardných termistorov podľa GOST 6651-78 je charakterizovaná indikátorom tepelnej zotrvačnosti v^, definovaným ako čas potrebný na to, aby sa rozdiel teplôt medzi médiom a ktorýmkoľvek bodom do neho zavedeného meniča rovnal 0,37 tú hodnotu pri uvedení meniča do prostredia s konštantnou teplotou, ktorú mala v čase nástupu pravidelného tepelného režimu. Index tepelnej zotrvačnosti sa určuje z tej časti krivky prechodného tepelného procesu meniča, ktorá zodpovedá regulárnemu režimu, t.j. má exponenciálny charakter (v semilogaritmickej mierke - priamka). Hodnota e^ pre rôzne typy štandardných prevodníkov sa pohybuje od niekoľkých desiatok sekúnd do niekoľkých minút.

Pri potrebe vysokoodporových termistorov sa na ich výrobu používa veľmi tenký drôt (mikrodrôt), prípadne sa používajú maloobjemové termistory (perličkové) alebo termotranzistory.

Ryža. 11-8. Konvertor analyzátora plynu založený na princípe merania tepelnej vodivosti

Rs. 11-9. Závislosť tepelnej vodivosti plynu od tlaku

Termistory sa používajú v prístrojoch na analýzu zmesí plynov. Mnohé zmesi plynov sa navzájom a od vzduchu líšia tepelnou vodivosťou.

V zariadeniach na analýzu plynov - analyzátoroch plynov - sa na meranie tepelnej vodivosti používa prehrievací platinový termistor (obr. 11-8) umiestnený v komore. 2 s analyzovaným plynom. Konštrukcia termistora, armatúr a komory, ako aj hodnota vykurovacieho prúdu sú zvolené tak, aby výmena tepla s médiom prebiehala najmä v dôsledku tepelnej vodivosti plynného média.

Na elimináciu vplyvu vonkajšej teploty sa okrem pracovnej teploty používa kompenzačná komora s termistorom naplnená plynom konštantného zloženia. Obe komory sú vyrobené vo forme jedného bloku, ktorý poskytuje komorám rovnaké teplotné podmienky. Pri meraniach sú pracovné a kompenzačné termistory zaradené do priľahlých ramien mostíka, čím dochádza ku kompenzácii vplyvu teploty.

Termistory sa používajú v zariadeniach na meranie stupňa riedenia. Na obr. 11-9 je znázornená závislosť tepelnej vodivosti plynu nachádzajúceho sa medzi telesami A A B, z jeho tlaku.

Tepelná vodivosť plynu sa tak stáva závislou od počtu molekúl na jednotku objemu, t.j. od tlaku (stupňa riedenia). Závislosť tepelnej vodivosti plynu od tlaku sa využíva vo vákuomeroch - zariadeniach na meranie stupňa riedenia.

Na meranie tepelnej vodivosti vo vákuomeroch sa používajú kovové (platinové) a polovodičové termistory umiestnené v sklenenej alebo kovovej nádobe, ktorá je napojená na kontrolované prostredie.

Termistory sa používajú v zariadeniach na meranie rýchlosti prúdenia plynu - teplovodných anemometroch. Ustálená teplota prehrievacieho termistora umiestneného v dráhe prúdu plynu závisí od prietoku. V tomto prípade bude hlavným spôsobom výmeny tepla medzi termistorom a médiom konvekcia (nútená). Zmena odporu termistora v dôsledku odvádzania tepla z jeho povrchu pohybujúcim sa médiom funkčne súvisí s rýchlosťou média.

Konštrukcia a typ termistora, armatúry a prúd vykurovacieho termistora sú zvolené tak, aby boli všetky cesty prenosu tepla obmedzené alebo vylúčené, okrem konvekčných.

Výhodou teplovodných anemometrov je vysoká citlivosť a rýchlosť. Tieto zariadenia umožňujú merať rýchlosti od 1 do 100-200 m/s pomocou meracieho obvodu, pomocou ktorého je teplota termistora automaticky udržiavaná takmer nezmenená.

elektrolytické konvertory. Elektrolytické konvertory sú založené na závislosti elektrického odporu roztoku elektrolytu od jeho koncentrácie. Používajú sa najmä na meranie koncentrácie roztokov.

Na obr. 11-10 sú napríklad znázornené grafy závislostí elektrickej vodivosti niektorých roztokov elektrolytov od koncentrácie. s rozpustená látka. Z tohto obrázku vyplýva, že v určitom koncentračnom rozsahu je závislosť elektrickej vodivosti od koncentrácie jednoznačná a možno ju použiť na určenie s.

Ryža. 11-10. Závislosť elektrickej vodivosti roztokov elektrolytov od koncentrácie rozpustenej látky

Ryža. 11-11. Laboratórny elektrolytický konvertor

Prevodník používaný v laboratóriu na meranie koncentrácie je nádoba s dvoma elektródami (elektrolytický článok) (obr. 11-11). Pre priemyselné kontinuálne merania sú prevodníky prietokové a často sa používajú konštrukcie, v ktorých steny nádoby (kov) zohrávajú úlohu druhej elektródy.

Elektrická vodivosť roztokov závisí od teploty. Pri použití elektrolytických meničov je teda potrebné eliminovať vplyv teploty. Tento problém sa rieši stabilizáciou teploty roztoku pomocou chladničky (ohrievača) alebo použitím teplotných kompenzačných obvodov s medenými termistormi, keďže teplotné koeficienty vodivosti roztokov medi a elektrolytov majú opačné znamienka.

Pri prejazde priamy prúd elektrolýza roztoku prebieha cez konvertor, čo vedie k skresleniu výsledkov merania. Preto sa merania odporu roztoku zvyčajne vykonávajú na striedavý prúd (700-1000 Hz), najčastejšie pomocou mostíkových obvodov.

Indukčné prevodníky. Princíp činnosti meničov je založený na závislosti indukčnosti alebo vzájomnej indukčnosti vinutí na magnetickom obvode od polohy, geometrických rozmerov a magnetického stavu prvkov ich magnetického obvodu.

Ryža. 11-12. Magnetický obvod s medzerami a dvoma vinutiami

Indukčnosť a vzájomnú indukčnosť možno meniť pôsobením na dĺžku b, prierez vzduchovej časti magnetického obvodu s, na výkonové straty v magnetickom obvode a inými spôsobmi. To sa dá dosiahnuť napríklad posunutím pohyblivého jadra (kotvy) / (obr. 11-12) vzhľadom na pevný 2, zavedenie nemagnetickej kovovej platne 3 do vzduchovej medzery a pod.

Na obr. 11-13 schematicky znázorňujú Rôzne druhy indukčné meniče. Indukčný prevodník (obr. 11-13, a) s premennou dĺžkou vzduchovej medzery b sa vyznačuje nelineárnou závislosťou L=f(b). Takýto prevodník sa zvyčajne používa, keď sa kotva pohybuje o 0,01-5 mm. Výrazne nižšia citlivosť, ale lineárna závislosť L=f(s) meniče s premenlivou vzduchovou medzerou sa líšia (obr. 11-13, b). Tieto prevodníky sa používajú pre pohyby do 10-15 mm.

Ryža. 11-13. Indukčné prevodníky s premenlivou dĺžkou medzery (a), s premenlivým prierezom medzery (b), diferenciál (V), diferenciálny transformátor (d), diferenciálny transformátor s otvoreným magnetickým obvodom (e) magnetoelastické (e)

Kotva v indukčnom prevodníku je vystavená (nežiaducej) príťažlivej sile z elektromagnetu

Kde Wm- energia magnetické pole; L- indukčnosť meniča; / - prúd prechádzajúci vinutím meniča.

Široko rozšírené indukčné diferenciálne meniče (obr. 11-13, V), pri ktorej sa vplyvom nameranej hodnoty menia dve medzery elektromagnetov súčasne a navyše s rôznymi znamienkami. Diferenčné prevodníky v kombinácii s príslušným meracím obvodom (najčastejšie mostíkom) majú vyššiu citlivosť, menšiu nelinearitu prevodnej charakteristiky, sú menej ovplyvnené vonkajšími faktormi a zníženou výslednou silou na kotvu od elektromagnetu ako nediferenciálne prevodníky. .

Na obr. 11-13, G znázorňuje spínací obvod diferenciálneho indukčného meniča, ktorého výstupné hodnoty sú vzájomné indukčnosti. Takéto meniče sa nazývajú vzájomne indukčné alebo transformátorové. Keď je primárne vinutie napájané striedavým prúdom a so symetrickou polohou kotvy vzhľadom na elektromagnety, EMF na výstupných svorkách je nula. Pri pohybe kotvy sa na výstupných svorkách objaví emf.

Na prevod pomerne veľkých posunov (do 50-100 mm) sa používajú transformátorové meniče s otvoreným magnetickým obvodom (obr. 11-13, Obr. O).

Aplikujte transformátorové meniče uhla natočenia pozostávajúce z pevného statora a pohyblivého rotora s vinutím. Vinutie statora je napájané striedavým prúdom. Otáčanie rotora spôsobuje zmenu hodnoty a fázy EMF indukovaného v jeho vinutí. Takéto prevodníky sa používajú na meranie veľkých uhlových posunov.

Induktozíny sa používajú na meranie malých uhlových posunov (obr. 11-14). Rotor / a stator 2 Inductosyn sa dodáva s potlačeným vinutím 3, majúci tvar radiálneho rastra. Princíp účinku induktozínu je podobný ako vyššie. Aplikáciou vinutí tlačeným spôsobom je možné získať veľký počet rozstupov pólového vinutia, čo zabezpečuje vysokú citlivosť prevodníka na zmenu uhla natočenia.

Ryža. 11-14. Zariadenie (a) a typ tlačeného vinutia (b) induktosyn

Ak je feromagnetické jadro meniča vystavené mechanickému namáhaniu F, potom v dôsledku zmeny magnetickej permeability materiálu jadra sa zmení magnetický odpor obvodu, čo bude mať za následok zmenu indukčnosti L a vzájomná indukčnosť M vinutia. Na tomto princípe sú založené magnetoelastické prevodníky (obr. 11-13, e).

Konštrukcia prevodníka je určená rozsahom meraného posunu. Rozmery meniča sa vyberajú na základe požadovaného výkonu výstupného signálu.

Na meranie výstupného parametra indukčných meničov sa najčastejšie používajú mostíkové (rovnovážne a nerovnovážne) obvody, ako aj kompenzačný (v automatických zariadeniach) obvod pre diferenciálne transformátorové meniče.

Indukčné prevodníky sa používajú na premenu výchylky a iných neelektrických veličín, ktoré je možné previesť na výchylku (sila, tlak, moment atď.).

V porovnaní s inými prevodníkmi posuvu sa indukčné prevodníky vyznačujú vysokým výkonom výstupných signálov, jednoduchosťou a spoľahlivosťou prevádzky.

Ich nevýhodou je spätný vplyv meniča na skúmaný objekt (vplyv elektromagnetu na kotvu) a vplyv zotrvačnosti kotvy na frekvenčnú charakteristiku zariadenia.

Ryža. 11-15. Kapacitné prevodníky s premenlivou vzdialenosťou medzi doskami (a), diferenciál (b), diferenciál s premenlivou aktívnou plochou dosiek (c) a s meniacou sa permitivitou média medzi doskami (d)

Kapacitné meniče. Kapacitné meniče sú založené na závislosti elektrickej kapacity kondenzátora na rozmeroch, vzájomnej polohe jeho dosiek a na permitivite prostredia medzi nimi.

Na obr. 11-15 schematicky znázorňuje usporiadanie rôznych kapacitných meničov. Prevodník na obr. 11-15, A je kondenzátor, ktorého jedna doska sa pohybuje pôsobením nameranej hodnoty X vzhľadom na pevnú dosku. Statická charakteristika transformácie C(b) je nelineárna. Citlivosť prevodníka sa zvyšuje s klesajúcou vzdialenosťou 6. Takéto prevodníky sa používajú na meranie malých posunov (menej ako 1 mm).

Malý pracovný pohyb dosiek vedie k chybe zo zmeny vzdialenosti medzi doskami pri kolísaní teploty. Voľbou rozmerov častí a materiálov meniča sa táto chyba znižuje.

V kapacitných meničoch je medzi doskami (nežiaduca) príťažlivá sila

Kde W 3- energia elektrického poľa; U a C sú napätie a kapacita medzi doskami.

Používajú sa aj diferenciálne prevodníky (obr. 11-15, b), ktoré majú jednu pohyblivú a dve pevné dosky. Pri vystavení nameranej hodnote X tieto meniče súčasne menia kapacity. Na obr. 11-15, V ukazuje diferenciálny kapacitný prevodník s variabilnou aktívnou plochou dosiek. Takýto prevodník sa používa na meranie relatívne veľkých lineárnych (viac ako 1 mm) a uhlových posunov. V týchto meničoch je ľahké získať požadovanú konverznú charakteristiku profilovaním dosiek.

Prevodníky (e) sa používajú na meranie hladiny kvapalín, vlhkosti látok, hrúbky dielektrických produktov atď. Napríklad (obr. 11-15, Obr. G) je uvedené zariadenie kapacitného meniča hladinomeru. Kapacita medzi elektródami spustenými do nádoby závisí od hladiny kvapaliny, pretože zmena hladiny vedie k zmene priemernej permitivity média medzi elektródami. Zmenou konfigurácie dosiek je možné získať požadovaný charakter závislosti údajov prístroja od objemu (hmotnosti) kvapaliny.

Na meranie výstupného parametra kapacitných meničov sa používajú mostíkové obvody a obvody využívajúce rezonančné obvody. Tie umožňujú vytvárať zariadenia s vysokou citlivosťou, schopné reagovať na posuny rádovo 10~7 mm. Obvody s kapacitnými meničmi sú zvyčajne napájané vysokofrekvenčným prúdom (až do desiatok megahertzov), čo je spôsobené túžbou zvýšiť signál vstupujúci do meracieho zariadenia a potrebou znížiť bočný efekt izolačného odporu.

ionizačné konvertory. Konvertory sú založené na fenoméne ionizácie plynu alebo luminiscencie určitých látok pri pôsobení ionizujúceho žiarenia.

Ak je komora obsahujúca plyn ožiarená napríklad lúčmi p, potom medzi elektródami zapojenými do elektrického obvodu potečie prúd (obr. 11-16). Tento prúd závisí od napätia aplikovaného na elektródy, od hustoty a zloženia plynného média, od veľkosti komory a elektród, od vlastností a intenzity ionizujúceho žiarenia atď. Tieto závislosti sa využívajú na meranie rôznych neelektrických veličín. : hustota a zloženie plynného média, geometrické rozmery častí atď.

Ryža. 11-16. Schéma ionizačného meniča

Ryža. 11-17. Voltampérová charakteristika ionizačného prevodníka

Ako ionizačné činidlá sa používajú a-, p- a y-lúče rádioaktívnych látok, oveľa menej často - röntgenové a neutrónové žiarenie.

Na meranie stupňa ionizácie sa používajú konvertory - ionizačné komory a ionizačné čítače, ktorých pôsobenie zodpovedá rôznym oblastiam voltampérová charakteristika plynová medzera medzi dvoma elektródami. Na obr. 11-17 je znázornená závislosť prúdu v komore (obr. 11-16) s konštantným zložením plynu od použitého napätia U a intenzitu žiarenia. Poloha zapnutá A charakteristiky, prúd sa zvyšuje priamoúmerne s napätím, potom sa jeho rast spomalí a v oblasti B dosiahne saturáciu. To znamená, že všetky ióny generované v komore sa dostanú k elektródam. Poloha zapnutá IN ionizačný prúd začne opäť rásť, čo je spôsobené sekundárnou ionizáciou pri zrážke primárnych elektrónov a iónov s neutrálnymi molekulami. S ďalším zvýšením napätia (oddiel G) ionizačný prúd prestáva závisieť od počiatočnej ionizácie a prichádza

nepretržité vypúšťanie (oddiel D) ktorý už nie je závislý od vystavenia rádioaktívnemu žiareniu.

Pozemky A a B prúdovo-napäťové charakteristiky popisujú činnosť ionizačných komôr a sekcií IN A G - ionizačné počítadlá. Ako ionizačné konvertory sa okrem ionizačných komôr a čítačov používajú scintilačné (luminiscenčné) čítače. Princíp činnosti týchto počítadiel je založený na výskyte v určitých látkach - fosforoch (sulfid zinočnatý aktivovaný striebrom, sulfid kademnatý a pod.) - pod vplyvom rádioaktívneho žiarenia svetelných zábleskov (scintilácií), ktoré sú zaznamenávané v počítadlách. pomocou fotonásobičov. Jas týchto zábleskov, a teda aj prúd fotonásobiča, sú určené rádioaktívnym žiarením.

Výber typu ionizačného prevodníka závisí vo veľkej miere od ionizujúceho žiarenia.

Alfa lúče (jadrá atómu hélia) majú vysokú ionizačnú silu, ale majú nízku penetračnú silu. V pevných látkach sú a-lúče absorbované vo veľmi tenkých vrstvách (niekoľko až desiatky mikrometrov). Preto pri použití a-lúčov je a-emitor umiestnený vo vnútri prevodníka.

Lúče beta sú prúd elektrónov (pozitrónov); majú oveľa nižšiu ionizačnú silu ako a-lúče, ale majú vyššiu penetračnú silu. Dĺžka dráhy v pevných látkach dosahuje niekoľko milimetrov. Preto môže byť žiarič umiestnený vo vnútri aj mimo konvertora.

Zmena vzdialenosti medzi elektródami, oblasť prekrytia elektród alebo poloha zdroja rádioaktívneho žiarenia vzhľadom na ionizačné komory alebo počítadlá ovplyvňuje hodnotu ionizačného prúdu. Preto sa tieto závislosti využívajú na meranie rôznych mechanických a geometrických veličín.

Na obr. 11-18 je ako príklad znázornený manometer s ionizačnou membránou, kde / je žiarič; 2 - membrána; 3 - pevná elektróda izolovaná od membrány. Medzi elektródami 2 a 3 použije sa potenciálny rozdiel dostatočný na dosiahnutie saturačného prúdu. Keď sa tlak zmení R membrána sa ohne, čím sa zmení vzdialenosť medzi elektródami a hodnota ionizačného prúdu.

Ryža. 11-18. Ionizačný membránový tlakomer

Ryža. 11-19. Počítadlo vypúšťania plynu

Gama lúče - elektromagnetické oscilácie veľmi malá vlnová dĺžka (10 ~ 8 -10 ~ "cm), vznikajúca pri rádioaktívnych premenách. Gama lúče majú vysokú prenikavú silu.

Konštrukcie ionizačných komôr a počítadiel sú rôzne a závisia od typu žiarenia.

Na registráciu jednotlivých častíc, ako aj na meranie malých y-žiarení sa široko používajú takzvané počítadlá plynových výbojov, ktorých činnosť je popísaná v odsekoch IN a G charakteristika prúdového napätia. Zariadenie počítadla vypúšťania plynu je znázornené na obr. 11-19. Počítadlo pozostáva z kovového valca /, vo vnútri ktorého je natiahnutý tenký volfrámový drôt 2. Obe tieto elektródy sú umiestnené v sklenenom valci. 3 s inertný plyn. Keď je plyn ionizovaný, v obvode počítadla sa objavujú prúdové impulzy, ktorých počet sa počíta.

Ako zdroje a-, p- a y-žiarenia sa zvyčajne používajú rádioaktívne izotopy. Zdroje žiarenia používané v meracej technike musia mať výrazný polčas rozpadu a dostatočnú energiu žiarenia (kobalt-60, stroncium-90, plutónium-239 atď.).

13.2 Generátorové meniče

Všeobecné informácie. V generátorových meničoch je výstupnou veličinou EMF alebo náboj, funkčne súvisiaci s meranou neelektrickou veličinou.

Termoelektrické meniče. Tieto meniče sú založené na termoelektrickom efekte, ktorý sa vyskytuje v obvode termočlánku.

Pri teplotnom rozdiele bodov / a 2, spojenie dvoch rozdielnych vodičov A a B(Obr. 11-20, a), tvoriaci termočlánok, vzniká v okruhu termočlánku termo-EMF.

Na meranie termo-EMF je v obvode termočlánku zahrnuté elektrické meracie zariadenie (milivoltmeter, kompenzátor) (obr. 11-20, b). Miesto pripojenia vodičov (elektród) sa nazýva pracovný koniec termočlánku, body 2 A 2" - voľné konce.

Aby bolo termo-EMF v obvode termočlánku jednoznačne určené teplotou pracovného konca, je potrebné udržiavať teplotu voľných koncov termočlánku rovnakú a nezmenenú.

Ryža. 11-20. Termočlánok (a) a spôsob zaradenia zariadenia do obvodu termočlánku (b)

Kalibrácia termoelektrických teplomerov - zariadení, ktoré používajú termočlánky na meranie teploty, sa zvyčajne vykonáva pri teplote voľných koncov 0 ° C. Kalibračné tabuľky pre štandardné termočlánky sú tiež zostavené za podmienky, že teplota voľných koncov je rovná 0 °C. O praktické uplatnenie termoelektrické teplomery, teplota voľných koncov termočlánku sa zvyčajne nerovná 0 °C a preto treba zaviesť korekciu.

Na výrobu termočlánkov, ktoré sa v súčasnosti používajú na meranie teploty, sa používajú najmä špeciálne zliatiny.

Na meranie vysokých teplôt sa používajú termočlánky typu TPP, TPR a TVR. Termočlánky vyrobené z ušľachtilých kovov (TPP a TPR) sa používajú pri meraniach so zvýšenou presnosťou. V ostatných prípadoch sa používajú termočlánky z iných ako drahých kovov (TXA, TXK).

Na ochranu pred vonkajšími vplyvmi (tlak, agresívne plyny a pod.) sú termočlánkové elektródy umiestnené v ochranných armatúrach, konštrukčne podobných armatúram termistorov (obr. 11-7, Obr. b).

Pre pohodlie stabilizácie teploty voľných koncov je niekedy termočlánok predĺžený pomocou takzvaných predlžovacích drôtov vyrobených buď zo zodpovedajúcich termoelektródových materiálov alebo zo špeciálne vybraných materiálov, ktoré sú lacnejšie ako elektródové materiály a spĺňajú podmienku termoelektrickej identity. s hlavným termočlánkom v rozsahu možných teplôt voľných koncov (zvyčajne od 0 do 100 °C). Inými slovami, predlžovacie vodiče musia mať rovnakú teplotnú závislosť termo-EMF v špecifikovanom teplotnom rozsahu ako hlavný termočlánok.

Zotrvačnosť termočlánkov je charakterizovaná indikátorom tepelnej zotrvačnosti. Sú známe konštrukcie termočlánkov s rýchlou odozvou, v ktorých je index tepelnej zotrvačnosti 5-20 s. Termočlánky v konvenčných armatúrach majú tepelnú zotrvačnosť niekoľko minút.

Indukčné prevodníky sa používajú na meranie rýchlosti lineárnych a uhlových posunov. Výstupný signál týchto meničov môže byť integrovaný alebo časovo diferencovaný pomocou elektrických integračných alebo diferenciačných zariadení. Po týchto transformáciách sa parameter informatívneho signálu stane úmerným posunutiu alebo zrýchleniu. Preto sa indukčné prevodníky používajú aj na meranie lineárnych a uhlových posunov a zrýchlení.

Indukčné prevodníky sa najviac používajú v prístrojoch na meranie uhlovej rýchlosti (tachometre) a v prístrojoch na meranie parametrov vibrácií.

Indukčné meniče pre tachometre sú malé (1-100 W) generátory konštantnej resp striedavý prúd zvyčajne nezávisle budené permanentným magnetom, ktorého rotor je mechanicky spojený so skúšaným hriadeľom. Pri použití generátora jednosmerného prúdu sa uhlová rýchlosť posudzuje podľa EMF generátora a v prípade generátora striedavého prúdu môže byť uhlová rýchlosť určená z hodnoty EMF alebo jeho frekvencie.

Na obr. 11-21 znázorňuje indukčný prevodník na meranie amplitúdy, rýchlosti a zrýchlenia vratného pohybu. Prevodník je valcová cievka /, pohybujúca sa v prstencovej medzere magnetického obvodu 2. Cylindrický permanentný magnet 3 vytvára konštantné radiálne magnetické pole v prstencovej medzere. Cievka pri pohybe pretína siločiary magnetického poľa a objavuje sa v nej emf, úmerné rýchlosti pohybu.

Ryža. 11-21. Indukčný prevodník

Chyby indukčných meničov sú určené najmä zmenou magnetického poľa v čase a so zmenami teploty, ako aj teplotnými zmenami odporu vinutia.

Hlavnými výhodami indukčných meničov sú relatívna jednoduchosť konštrukcie, spoľahlivosť a vysoká citlivosť. Nevýhodou je obmedzený frekvenčný rozsah nameraných hodnôt.

Piezoelektrické meniče. Takéto meniče sú založené na použití priameho piezoelektrického efektu, ktorý spočíva vo vzhľade elektrické náboje na povrchu niektorých kryštálov (kremeň, turmalín, Rochellova soľ a pod.) vplyvom mechanického namáhania.

Doska je vyrezaná z kryštálu kremeňa, ktorého okraje musia byť kolmé na optickú os Oz, mechanická os OU a elektrickú os Oh kryštál (obr. 11-22, a a b).

Fx pozdĺž elektrickej osi na tvárach X objavia sa poplatky Q x = kF x , Kde k- piezoelektrický koeficient (modul).

Pri vystavení silovej doske Fy pozdĺž mechanickej osi na rovnakých plochách X vznikajú poplatky Q y = kF y a/b, Kde A A b- rozmery plôch dosky.

Mechanické pôsobenie na dosku pozdĺž optickej osi nespôsobuje vzhľad nábojov.

Zariadenie piezoelektrického meniča na meranie premenlivého tlaku plynu je znázornené na obr. 11-23. Tlak R cez kovovú membránu / prenášané do vložené medzi kovové tesnenia 2 kremenné dosky 3.

Ryža. 11-22. Kryštál kremeňa (a) a doska (b), vytesané z nej

Lopta 4 prispieva k rovnomernému rozloženiu tlaku na povrch kremenných dosiek. Stredná rozpera je spojená s kolíkom 5, ktorý prechádza cez objímku z kvalitného izolačného materiálu. Pri vystavení tlaku R medzi kolíkom 5 a krytom prevodníka vzniká potenciálny rozdiel .

V piezoelektrických meničoch sa používa hlavne kremeň, v ktorom sú piezoelektrické vlastnosti kombinované s vysokou mechanickou pevnosťou a vysokými izolačnými vlastnosťami, ako aj s nezávislosťou piezoelektrickej charakteristiky od teploty v širokom rozsahu. Používa sa aj polarizovaná keramika z titaničitanu bárnatého, titaničitanu a zirkoničitanu olovnatého.

Ryža. 11-23. Piezoelektrický menič tlaku

Rozmery dosiek a ich počet sa volí na základe konštrukčných úvah a požadovanej hodnoty náboja.

Náboj, ktorý sa vyskytuje v piezoelektrickom prevodníku, "tečie" pozdĺž izolácie a vstupného obvodu meracieho zariadenia. Preto zariadenia, ktoré merajú potenciálny rozdiel na piezoelektrických meničoch, musia mať vysoký vstupný odpor (10 12 -10 15 Ohm), čo je prakticky zabezpečené použitím elektrónkových zosilňovačov s vysokým vstupným odporom.

Z dôvodu „odvodu“ náboja sa tieto prevodníky používajú na meranie len rýchlo sa meniacich veličín (premenlivé sily, tlaky, parametre vibrácií, zrýchlenia a pod.).

Používajú sa piezoelektrické meniče - piezorezonátory, ktoré využívajú priame aj spätné piezoelektrické efekty. Ten spočíva v tom, že ak sa na elektródy meniča privedie striedavé napätie, v piezocitlivej doske sa vyskytnú mechanické oscilácie, ktorých frekvencia (rezonančná frekvencia) závisí od hrúbky h doska, modul pružnosti E a hustota p jeho materiálu. Keď je takýto menič zahrnutý do rezonančného obvodu generátora, frekvencia generovaných elektrických kmitov je určená frekvenciou f p. Pri zmene hodnôt h, E alebo p vplyvom mechanických alebo tepelných vplyvov sa frekvencia /p zmení a podľa toho sa zmení aj frekvencia generovaných kmitov. Tento princíp sa používa na premenu tlaku, sily, teploty a iných veličín na frekvenciu.

Galvanické meniče. Konvertory sú založené na závislosti elektromotorickej sily galvanického obvodu na chemickej aktivite iónov elektrolytu, teda na koncentrácii iónov a redoxných procesoch v elektrolyte. Tieto konvertory sa používajú na stanovenie reakcie roztoku (kyslého, neutrálneho, zásaditého), ktorá závisí od aktivity vodíkových iónov roztoku.

Destilovaná voda má slabú, ale dobre definovanú elektrickú vodivosť, ktorá sa vysvetľuje ionizáciou vody Chemická aktivita a sa rovná súčinu ekvivalentnej koncentrácie a koeficientu aktivity (s tendenciou k jednote s nekonečným riedením roztoku).

Ak sa vo vode rozpustí kyselina, ktorá počas disociácie vytvára ióny H +, potom sa koncentrácia iónov H + v roztoku zvýši ako v čistej vode a koncentrácia iónov OH ~ bude nižšia v dôsledku rekombinácie časti z H+ iónov s OH iónmi.

Chemická aktivita vodíkových iónov roztoku je teda charakteristická pre reakciu roztoku. Reakcia v roztoku je číselne charakterizovaná záporným logaritmom aktivity vodíkových iónov - hodnotou pH, pre destilovanú vodu je hodnota pH 7 jednotiek pH.

Rozsah zmien pH vodných roztokov pri t = 22 °C je 0-14 jednotiek pH.

Na meranie pH sa používa metóda založená na meraní elektródového (hraničného) potenciálu.

Ak je kovová elektróda ponorená do roztoku obsahujúceho jej ióny s rovnakým názvom, potom elektróda získa potenciál. Podobne sa správa aj vodíková elektróda.

Na získanie elektródového potenciálu medzi vodíkom a roztokom je potrebné mať takzvanú vodíkovú elektródu. Vodíková elektróda môže byť vytvorená využitím adsorpčnej vlastnosti vodíka na povrchu platiny, irídia a paládia. Typicky je vodíkovou elektródou platinová elektróda potiahnutá čiernou platinou, do ktorej sa nepretržite dodáva plynný vodík. Potenciál takejto elektródy závisí od koncentrácie vodíkových iónov v roztoku.

V praxi je nemožné zmerať absolútnu hodnotu hraničného potenciálu. Preto sa galvanický menič skladá vždy z dvoch polčlánkov navzájom elektricky spojených: pracovného (meracieho) polčlánku, ktorý je skúšobným roztokom s elektródou, a porovnávacieho (pomocného) polčlánku s konštantným hraničným potenciálom. , pozostávajúci z elektródy a roztoku s konštantnou koncentráciou. Ako referenčný poločlánok sa používa vodíková elektróda s normálnou konštantnou koncentráciou vodíkových iónov. Na priemyselné merania sa používa vhodnejšia referenčná kalomelová elektróda.

Ryža. 11-24. Galvanický prevodník

Na obr. 11-24 ukazuje prevodník na meranie koncentrácie vodíkových iónov. Ako porovnávací poločlánok slúži kalomelová elektróda. Ide o sklenenú nádobu 4, na dne ktorej je umiestnené malé množstvo ortuti a na jej vrchu je pasta z kalomelu (Hg2Cb). Na vrch pasty sa naleje roztok chloridu draselného (KC1). Potenciál vzniká na rozhraní kalomel-ortuť. Pre kontakt s ortuťou je na dno nádoby prispájkovaná platinová elektróda 5. Potenciál kalomelovej elektródy závisí od koncentrácie ortuti v kalomeli a koncentrácia ortuťových iónov zasa od koncentrácie chloridu. ióny v roztoku chloridu draselného.

Vodíková elektróda sa ponorí do testovacieho roztoku. Oba poločlánky sú spojené elektrolytickým kľúčom, ktorým je trubica 2, zvyčajne naplnené nasýteným roztokom KC1 a uzavreté polopriepustnými zátkami 3. EMF takéhoto prevodníka je funkciou pH.

V zariadeniach priemyselného typu sa namiesto pracovných vodíkových elektród používajú pohodlnejšie antimónové alebo chinhydronové elektródy. Široko používané sú aj takzvané sklenené elektródy.

Na meranie EMF galvanických meničov sa používajú hlavne kompenzačné zariadenia. Pre sklenené elektródy musí mať merací obvod vysoký vstupný odpor, pretože vnútorný odpor sklenených elektród dosahuje 100-200 MΩ. Pri meraní pH galvanickými prevodníkmi je potrebné vykonať korekcie vplyvov teploty.