Măsurători electrice ale mărimilor neelectrice

Măsurarea diferitelor mărimi neelectrice (deplasări, forțe, temperaturi etc.) prin metode electrice se realizează cu ajutorul unor dispozitive și instrumente care convertesc mărimi neelectrice în mărimi dependente electric, care se măsoară prin instrumente electrice de măsură cu balanțe calibrate în unități de mărimi măsurate neelectrice.

Convertoare de mărimi neelectrice în electrice sau senzori împărțiți în parametrii pe baza modificării oricărui parametru electric sau magnetic (rezistență, inductanță, capacitate, permeabilitate magnetică etc.) sub influența mărimii măsurate și un generator în care mărimea neelectrică măsurată se transformă în e. etc. (inductie, termoelectrice, fotoelectrice, piezoelectrice si altele). Convertizoarele parametrice necesită o sursă externă de energie electrică, iar unitățile generatoare în sine sunt surse de energie.

Același traductor poate fi utilizat pentru a măsura diferite mărimi neelectrice invers, măsurarea oricăror mărimi neelectrice se poate face folosind diferite tipuri de traductoare.

Pe lângă convertoare și aparate electrice de măsură, instalațiile de măsurare a cantităților neelectrice au conexiuni intermediare — stabilizatoare, redresoare, amplificatoare, punți de măsurare etc.

Pentru a măsura deplasările liniare, utilizați traductoare inductive — dispozitive electromagnetice în care parametrii circuitului electric și magnetic se modifică la deplasarea circuitului magnetic feromagnetic sau a armăturii conectate la partea mobilă.

Pentru a converti deplasările semnificative într-o valoare electrică, se folosește un traductor cu un magiconductor feromagnetic mobil care se mișcă translațional (Fig. 1, a). Deoarece poziția circuitului magnetic determină inductanța convertorului (Fig. 1, b) și, prin urmare, impedanța acestuia, atunci cu o tensiune stabilizată a sursei de energie electrică cu o tensiune alternativă de frecvență constantă care alimentează circuitul unui convertor, în funcție de curent este posibilă mișcarea piesei conectate mecanic la circuitul magnetic este estimată ... Scara instrumentului este gradată în unitățile de măsură corespunzătoare, de exemplu în milimetri (mm).

Orez. 1. Convertor inductiv cu circuit magnetic feromagnetic mobil: a — diagrama dispozitivului, b — graficul dependenței inductanței convertizorului de poziția circuitului său magnetic.

Pentru a converti deplasările mici într-o valoare convenabilă pentru măsurarea electrică, traductoarele cu un spațiu de aer variabil sunt utilizate sub forma unei potcoave cu o bobină și o armătură (Fig. 2, a), care este ferm conectată la partea mobilă. Fiecare mișcare a armăturii duce la o modificare a curentului / în bobină (Fig. 2, b), ceea ce permite ca scara dispozitivului electric de măsurare să fie calibrată în unități de măsură, de exemplu, în micrometri (μm), la o tensiune alternativă constantă cu o frecvență stabilă.

Orez. 2. Convertor inductiv cu întrefier variabil: a — diagrama dispozitivului, b — graficul dependenței curentului bobinei convertizorului de întrefierul din sistemul magnetic.

Convertoare inductive diferențiale cu două sisteme magnetice identice și o armătură comună, situate simetric față de cele două circuite magnetice cu un întrefier de aceeași lungime (Fig. 3), în care mișcarea liniară a armăturii din poziția sa de mijloc modifică ambele întrefiere. în egală măsură, dar cu diverse semne care deranjează echilibrul punții de curent alternativ cu patru bobine pre-echilibrate. Acest lucru face posibilă estimarea mișcării armăturii în funcție de curentul diagonalei de măsurare a punții, dacă aceasta primește putere la o tensiune alternativă stabilizată de frecvență constantă.

Orez. 3. Schema dispozitivului convertorului inductiv diferenţial.

Se utilizează pentru măsurarea forțelor mecanice, tensiunilor și deformațiilor elastice care apar în piesele și ansamblurile diferitelor structuri fir - traductoare de tensiune, care, fiind deformate, împreună cu piesele studiate, își modifică rezistența electrică.În mod obișnuit, rezistența unui tensiometru este de câteva sute de ohmi, iar modificarea relativă a rezistenței sale este o zecime de procent și depinde de deformare, care în limitele elastice este direct proporțională cu forțele aplicate și tensiunile mecanice rezultate.

Extensometrele sunt realizate sub forma unui fir în zig-zag de înaltă rezistență (constantan, nicrom, manganin) cu diametrul de 0,02-0,04 mm sau dintr-o folie de cupru special prelucrată cu grosimea de 0,1-0,15 mm, care sunt sigilate cu lac de bachelit între două straturi subțiri de hârtie și supus tratamentului termic (Fig. 4, a).

Orez. 4. Tenometru: a — schema aparatului: 1 — piesa deformabila, 2 — hartie subtire, 3 — sarma, 4 — lipici, 5 — bornele, b — circuit pentru conectarea unei punte rezistente dezechilibrate la brat.

Extensometrul fabricat este lipit de o piesă deformabilă bine curățată cu un strat foarte subțire de adeziv izolator, astfel încât direcția deformării așteptate a piesei să coincidă cu direcția laturilor lungi ale buclelor de sârmă. Când corpul este deformat, extensometrul lipit percepe aceeași deformare, care își modifică rezistența electrică din cauza unei modificări a dimensiunilor firului de detectare, precum și a structurii materialului său, care afectează rezistența specifică a firului.

Deoarece modificarea relativă a rezistenței extensometrului este direct proporțională cu deformația liniară a corpului studiat și, în consecință, cu solicitările mecanice ale forțelor elastice interne, atunci, folosind citirile galvanometrului pe diagonala de măsurare a puntea de rezistență pre-echilibrată, al cărei brațe este extensometrul, poate estima valoarea mărimilor mecanice măsurate (Fig. 4, b).

Utilizarea unei punți de rezistențe dezechilibrate necesită stabilizarea tensiunii sursei de alimentare sau utilizarea unui raport magnetoelectric ca dispozitiv de măsurare electrică, la citirile căruia o tensiune se modifică în ± 20% din tensiunea nominală indicată pe scară. a dispozitivului nu are un efect semnificativ.

Utilizați traductoare termosensibile și termoelectrice pentru a măsura temperatura diferitelor medii... Traductoarele termosensibile includ termistori metalici și semiconductori, a căror rezistență depinde în mare măsură de temperatură (Fig. 5, a).

Cele mai răspândite sunt termistoarele de platină pentru măsurarea temperaturilor în intervalul de la -260 la +1100 ° C și termistoarele de cupru pentru intervalul de temperatură de la -200 la +200 ° C, precum și termistoarele semiconductoare cu un coeficient negativ de rezistență electrică - termistorii , caracterizat prin sensibilitate ridicată și dimensiuni reduse în comparație cu termistoarele metalice, pentru măsurarea temperaturilor de la -60 la +120 ° C.

Pentru a proteja traductoarele sensibile la temperatură împotriva deteriorării, aceștia sunt plasați într-un tub de oțel cu pereți subțiri, cu un fund etanș și un dispozitiv pentru conectarea firelor la firele unei punți de rezistență dezechilibrate (Fig. 5, b), ceea ce face posibilă pentru a estima temperatura măsurată de-a lungul curentului diagonalei de măsurare.Scara raportului magnetoelectric folosit ca metru este gradată în grade Celsius (°C).

Orez. 5. Termistoare: a — grafice ale dependenței variației rezistenței relative a metalelor de temperatură, b — un circuit pentru conectarea termistoarelor la brațul unei punți de rezistență dezechilibrate.

Traductoare termoelectrice de temperatură — termocupluri, generare de e. mici etc. c. sub influența încălzirii compusului a două metale diferite, acestea sunt plasate într-o carcasă de protecție din plastic, metal sau porțelan în zona temperaturilor măsurate (Fig. 6, a, b).

Orez. 6. Termocupluri: a — grafice ale dependenţei lui d etc. p. pentru temperatura termocuplurilor: TEP-platină-rodiu-platină, TXA-chromel-alumel, THK-chromel-copel, diagrama de ansamblu b pentru măsurarea temperaturii cu ajutorul unui termocuplu.

Capetele libere ale termocuplului sunt conectate prin fire omogene la un milivoltmetru magnetoelectric, a cărui scară este gradată în grade Celsius. Cele mai utilizate termocupluri sunt: ​​platină-rodiu — platină pentru măsurarea temperaturilor până la 1300 ° C și pentru o perioadă scurtă de timp până la 1600 ° C, cromel-alumel pentru temperaturi corespunzătoare regimurilor indicate — 1000 ° C și 1300 ° C și chromel- bastard, conceput pentru măsurarea pe termen lung a temperaturilor de până la 600 ° C și pe termen scurt - până la 800 ° C.

Metode electrice pentru măsurarea diferitelor mărimi neelectrice.Sunt utilizate pe scară largă în practică, deoarece oferă o precizie ridicată de măsurare, diferă într-o gamă largă de valori măsurate, permit măsurătorile și înregistrarea acestora la o distanță considerabilă de locația obiectului controlat, și oferă, de asemenea, posibilitatea de a efectua măsurători în locuri greu accesibile.