Ei-sähköisten suureiden sähköiset mittaukset

Erilaisten ei-sähköisten suureiden (siirtymien, voimien, lämpötilojen jne.) mittaus sähköisillä menetelmillä suoritetaan laitteilla ja instrumenteilla, jotka muuntavat ei-sähköisiä suureita sähköisesti riippuviksi suureiksi, jotka mitataan sähköisillä mittauslaitteilla, joissa on vaa'at, jotka on kalibroitu mitattujen ei-sähköisten suureiden yksiköissä.

Ei-sähköisten suureiden muuntimet sähköisiksi tai anturit, jotka on jaettu parametrisiksi minkä tahansa sähköisen tai magneettisen parametrin (resistanssi, induktanssi, kapasitanssi, magneettinen permeabiliteetti jne.) muutoksen perusteella mitatun suuren vaikutuksesta, sekä generaattori, jossa mitattu ei-sähköinen suure muunnetaan e. jne. (induktio, lämpösähköinen, valosähköinen, pietsosähköinen ja muut). Parametriset muuntimet vaativat ulkoisen sähkönlähteen, ja generaattoriyksiköt itse ovat virtalähteitä.

Samaa anturia voidaan käyttää erilaisten ei-sähköisten suureiden mittaamiseen päinvastoin, minkä tahansa ei-sähköisen suuren mittaus voidaan tehdä erityyppisillä muuntimilla.

Ei-sähköisten suureiden mittauslaitteistoissa on muuntimien ja sähkömittauslaitteiden lisäksi väliliitännät — stabilaattorit, tasasuuntaajat, vahvistimet, mittasillat jne.

Lineaaristen siirtymien mittaamiseen käytetään induktiivisia muuntimia — sähkömagneettisia laitteita, joissa sähkö- ja magneettipiirin parametrit muuttuvat liikutettaessa liikkuvaan osaan kytkettyä ferromagneettista magneettipiiriä tai ankkuria.

Merkittävän siirtymän muuntamiseen sähköisiksi arvoiksi käytetään muuntajaa, jossa on liikkuva ferromagneettinen translaatiossa liikkuva taikajohdin (kuva 1, a). Koska magneettipiirin asento määrittää muuntimen induktanssin (kuva 1, b) ja siten sen impedanssin, niin sähköenergian lähteen stabiloidulla jännitteellä vakiotaajuisella vaihtojännitteellä, joka syöttää virtapiirin muunnin, virran mukaan on mahdollista magneettipiiriin mekaanisesti kytketyn osan liikettä arvioida... Laitteen asteikko on jaettu sopiviin mittayksiköihin, esimerkiksi millimetreinä (mm).

Riisi. 1. Induktiivinen muunnin, jossa on liikkuva ferromagneettinen magneettipiiri: a — laitteen kaavio, b — kaavio muuntimen induktanssin riippuvuudesta sen magneettipiirin asennosta.

Pienten siirtymien muuttamiseksi sähkömittaukseen sopivaksi arvoksi käytetään muuntajia, joissa on säädettävä ilmaväli, hevosenkengän muodossa, jossa on kela ja ankkuri (kuva 2, a), joka on tiukasti liitetty liikkuvaan osaan. Jokainen ankkurin liike johtaa muutokseen virrassa / kelassa (kuva 2, b), mikä mahdollistaa sähköisen mittauslaitteen asteikon kalibroinnin mittayksiköissä, esimerkiksi mikrometreissä (μm), jatkuvalla vaihtojännitteellä vakaalla taajuudella.

Riisi. 2. Induktiivinen muunnin, jossa on säädettävä ilmaväli: a — laitteen kaavio, b — kaavio muuntimen käämin virran riippuvuudesta magneettijärjestelmän ilmavälistä.

Differentiaaliset induktiiviset muuntimet, joissa on kaksi identtistä magneettijärjestelmää ja yksi yhteinen ankkuri, jotka sijaitsevat symmetrisesti kahdelle magneettipiirille samanpituisella ilmavälillä (kuva 3), joissa ankkurin lineaarinen liike keskiasennosta muuttaa molempia ilmarakoja tasapuolisesti, mutta erilaisilla merkeillä, jotka häiritsevät esibalansoidun nelikelaisen AC-sillan tasapainoa. Tämä mahdollistaa ankkurin liikkeen arvioimisen sillan mittausdiagonaalin virran mukaan, jos se saa tehoa vakiintuneella vakiotaajuisella vaihtojännitteellä.

Riisi. 3. Differentiaalisen induktiivisen muuntimen laitteen kaavio.

Käytetään erilaisten rakenteiden osissa ja kokoonpanoissa esiintyvien mekaanisten voimien, jännitysten ja kimmoisten muodonmuutosten mittaamiseen lanka - jännitysanturit, jotka muotoutuessaan yhdessä tutkittavien osien kanssa muuttavat sähkövastusta.Tyypillisesti venymämittarin resistanssi on useita satoja ohmeja, ja sen resistanssin suhteellinen muutos on prosentin kymmenesosa ja riippuu muodonmuutoksesta, joka on kimmorajoissa suoraan verrannollinen kohdistettujen voimien ja niistä aiheutuvien mekaanisten rasitusten kanssa.

Venymämittarit on valmistettu korkearesistanssista siksak-langasta (konstantaani, nikromi, manganiini), jonka halkaisija on 0,02-0,04 mm, tai erikoiskäsitellystä kuparikalvosta, jonka paksuus on 0,1-0,15 mm ja jotka on tiivistetty bakeliittilakalla kahden ohuen paperikerroksen välissä ja lämpökäsitelty (kuva 4, a).

Riisi. 4. Tenometri: a — laitteen kaavio: 1 — muotoaan muuttava osa, 2 — ohut paperi, 3 — lanka, 4 — liima, 5 — liittimet, b — piiri epäsymmetrisen vastussillan liittämiseksi varteen.

Valmistettu venymäanturi liimataan hyvin puhdistettuun muotoaan muuttavaan osaan erittäin ohuella kerroksella eristävää liimaa siten, että osan odotetun muodonmuutoksen suunta osuu yhteen lankasilmukoiden pitkien sivujen suunnan kanssa. Kun runko muotoutuu, liimattu venymäanturi havaitsee saman muodonmuutoksen, joka muuttaa sen sähkövastusta anturilangan mittojen muutoksen vuoksi sekä sen materiaalin rakennetta, mikä vaikuttaa langan ominaisvastukseen.

Koska venymämittarin resistanssin suhteellinen muutos on suoraan verrannollinen tutkittavan kappaleen lineaariseen muodonmuutokseen ja vastaavasti sisäisten kimmovoimien mekaanisiin jännityksiin, käytetään galvanometrin lukemia mittausdiagonaalilla. esibalansoitu vastussilta, jonka yksi haaroista on venymäanturi, pystyy arvioimaan mitattujen mekaanisten suureiden arvon (kuva 4, b).

Epäsymmetrisen vastussillan käyttö edellyttää teholähteen jännitteen stabilointia tai magnetosähköisen suhteen käyttöä sähköisenä mittauslaitteena, jonka lukemissa jännite muuttuu ± 20 % asteikolla ilmoitetusta nimellisjännitteestä. laitteella ei ole merkittävää vaikutusta.

Käytä lämpöherkkiä ja lämpösähköisiä antureita eri väliaineiden lämpötilan mittaamiseen... Lämpöherkkiin muuntimiin kuuluvat metalli- ja puolijohdetermistorit, joiden resistanssi riippuu suurelta osin lämpötilasta (kuva 5, a).

Yleisimpiä ovat platinatermistorit lämpötilojen mittaamiseen alueella -260 - +1100 °C ja kuparitermistorit lämpötila-alueelle -200 - +200 °C, sekä puolijohdetermistorit, joilla on negatiivinen sähkövastuskerroin - termistorit , jolle on ominaista korkea herkkyys ja pieni koko verrattuna metallitermistoreihin, lämpötilan mittaamiseen -60 - +120 °C.

Lämpötilaherkkien muuntimien suojaamiseksi vaurioilta ne sijoitetaan ohutseinäiseen teräsputkeen, jossa on tiivis pohja ja laite johtojen yhdistämiseksi epäsymmetrisen vastussillan johtimiin (kuva 5, b), mikä mahdollistaa sen. Mitatun lämpötilan arvioimiseksi mittausdiagonaalin virtaa pitkin Mittarina käytetyn magnetosähköisen suhteen asteikko on asteikolla Celsius-asteina (°C).

Riisi. 5. Termistorit: a — kaavioita metallien suhteellisen resistanssin muutoksen riippuvuudesta lämpötilasta, b — piiri termistorien liittämiseksi epäsymmetrisen vastussillan varteen.

Lämpösähköiset lämpötila-anturit — termoparit, pienten sähköntuotto jne. c. kahden eri metallin yhdisteen kuumentamisen vaikutuksesta ne asetetaan suojaavaan muovi-, metalli- tai posliinikuoreen mitattujen lämpötilojen alueelle (kuva 6, a, b).

Riisi. 6. Termoparit: a — d:n riippuvuuden kuvaajat jne. p. lämpöparien lämpötilalle: TEP-platina-rodium-platina, TXA-kromi-alumel, THK-kromi-copel, b-kokoonpanokaavio lämpötilan mittaamiseen termoparilla.

Termoparin vapaat päät on yhdistetty homogeenisilla johtimilla magnetosähköiseen millivolttimittariin, jonka asteikko on asteikko Celsius-asteina. Yleisimmin käytetyt termoparit ovat: platina-rodium - platina lämpötilojen mittaamiseen 1300 °C asti ja lyhytaikaiseen lämpötilaan 1600 °C asti, kromeli-alumel lämpötiloihin, jotka vastaavat ilmoitettuja järjestelmiä - 1000 °C ja 1300 °C ja chromel-pastard, suunniteltu pitkäaikaiseen lämpötilamittaukseen jopa 600 ° C: een ja lyhytaikaiseen - jopa 800 ° C: een.

Sähköiset menetelmät erilaisten ei-sähköisten suureiden mittaamiseen. Niitä käytetään laajalti käytännössä, koska ne tarjoavat korkean mittaustarkkuuden, eroavat laajalla mittausarvoalueella, mahdollistavat mittaukset ja niiden rekisteröinnin huomattavan etäisyyden päässä ohjattavan kohteen sijainnista, ja antaa myös mahdollisuuden suorittaa mittauksia vaikeapääsyisissä paikoissa.