Ηλεκτρικές μετρήσεις μη ηλεκτρικών μεγεθών
Η μέτρηση διαφόρων μη ηλεκτρικών μεγεθών (μετατοπίσεις, δυνάμεις, θερμοκρασίες κ.λπ.) με ηλεκτρικές μεθόδους πραγματοποιείται με τη βοήθεια συσκευών και οργάνων που μετατρέπουν μη ηλεκτρικά μεγέθη σε ηλεκτρικά εξαρτώμενα μεγέθη, τα οποία μετρώνται με ηλεκτρικά όργανα μέτρησης με ισοζύγια βαθμονομημένα σε μονάδες μετρούμενων μη ηλεκτρικών μεγεθών.
Μετατροπείς μη ηλεκτρικών μεγεθών σε ηλεκτρικά ή αισθητήρες που χωρίζονται σε παραμετρικούς με βάση την αλλαγή οποιασδήποτε ηλεκτρικής ή μαγνητικής παραμέτρου (αντίσταση, επαγωγή, χωρητικότητα, μαγνητική διαπερατότητα κ.λπ.) υπό την επίδραση της μετρούμενης ποσότητας και μια γεννήτρια στην οποία η το μετρούμενο μη ηλεκτρικό μέγεθος μετατρέπεται σε e. και τα λοιπά. (επαγωγική, θερμοηλεκτρική, φωτοηλεκτρική, πιεζοηλεκτρική και άλλα). Οι παραμετρικοί μετατροπείς απαιτούν μια εξωτερική πηγή ηλεκτρικής ενέργειας και οι ίδιες οι μονάδες γεννήτριας είναι πηγές ενέργειας.
Ο ίδιος μορφοτροπέας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση διαφορετικών μη ηλεκτρικών μεγεθών, αντίθετα, η μέτρηση οποιωνδήποτε μη ηλεκτρικών μεγεθών μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας διαφορετικούς τύπους μορφοτροπέων.
Εκτός από τους μετατροπείς και τις ηλεκτρικές συσκευές μέτρησης, οι εγκαταστάσεις μέτρησης μη ηλεκτρικών ποσοτήτων έχουν ενδιάμεσες συνδέσεις — σταθεροποιητές, ανορθωτές, ενισχυτές, γέφυρες μέτρησης κ.λπ.
Για τη μέτρηση γραμμικών μετατοπίσεων, χρησιμοποιήστε επαγωγικούς μετατροπείς — ηλεκτρομαγνητικές συσκευές στις οποίες αλλάζουν οι παράμετροι του ηλεκτρικού και μαγνητικού κυκλώματος όταν μετακινείτε το σιδηρομαγνητικό μαγνητικό κύκλωμα ή τον οπλισμό που είναι συνδεδεμένος στο κινούμενο μέρος.
Για τη μετατροπή σημαντικών μετατοπίσεων σε ηλεκτρική τιμή, χρησιμοποιείται ένας μορφοτροπέας με έναν κινητό σιδηρομαγνητικό μεταφορικά κινούμενο μάγο-αγωγό (Εικ. 1, α). Δεδομένου ότι η θέση του μαγνητικού κυκλώματος καθορίζει την επαγωγή του μετατροπέα (Εικ. 1, β) και, επομένως, την αντίστασή του, τότε με μια σταθεροποιημένη τάση της πηγής ηλεκτρικής ενέργειας με μια εναλλασσόμενη τάση σταθερής συχνότητας που τροφοδοτεί το κύκλωμα ενός μετατροπέας, σύμφωνα με το ρεύμα είναι δυνατή η κίνηση του εξαρτήματος που συνδέεται μηχανικά με το μαγνητικό κύκλωμα εκτιμάται ... Η κλίμακα του οργάνου είναι διαβαθμισμένη στις κατάλληλες μονάδες μέτρησης, για παράδειγμα σε χιλιοστά (mm).
Ρύζι. 1. Επαγωγικός μετατροπέας με κινητό σιδηρομαγνητικό μαγνητικό κύκλωμα: α — διάγραμμα της συσκευής, β — γράφημα της εξάρτησης της επαγωγής του μετατροπέα από τη θέση του μαγνητικού του κυκλώματος.
Για τη μετατροπή μικρών μετατοπίσεων σε τιμή κατάλληλη για ηλεκτρική μέτρηση, χρησιμοποιούνται μορφοτροπείς με μεταβλητό διάκενο αέρα με τη μορφή πετάλου με πηνίο και οπλισμό (Εικ. 2, α), ο οποίος είναι σταθερά συνδεδεμένος με το κινούμενο μέρος. Κάθε κίνηση του οπλισμού οδηγεί σε αλλαγή στο ρεύμα / στο πηνίο (Εικ. 2, β), που επιτρέπει τη βαθμονόμηση της κλίμακας της ηλεκτρικής συσκευής μέτρησης σε μονάδες μέτρησης, για παράδειγμα, σε μικρόμετρα (μm), σε σταθερή εναλλασσόμενη τάση με σταθερή συχνότητα.
Ρύζι. 2. Επαγωγικός μετατροπέας με μεταβλητό διάκενο αέρα: α — διάγραμμα της συσκευής, β — γράφημα της εξάρτησης του ρεύματος του πηνίου του μετατροπέα από το διάκενο αέρα στο μαγνητικό σύστημα.
Διαφορικοί επαγωγικοί μετατροπείς με δύο πανομοιότυπα μαγνητικά συστήματα και έναν κοινό οπλισμό, που βρίσκονται συμμετρικά με τα δύο μαγνητικά κυκλώματα με διάκενο αέρα ίδιου μήκους (Εικ. 3), όπου η γραμμική κίνηση του οπλισμού από τη μεσαία του θέση αλλάζει και τα δύο κενά αέρα εξίσου, αλλά με διάφορα σημάδια που διαταράσσουν την ισορροπία της προ-ισορροπημένης γέφυρας AC με τέσσερα πηνία. Αυτό καθιστά δυνατή την εκτίμηση της κίνησης του οπλισμού σύμφωνα με το ρεύμα της διαγωνίου μέτρησης της γέφυρας, εάν λαμβάνει ισχύ σε σταθεροποιημένη εναλλασσόμενη τάση σταθερής συχνότητας.
Ρύζι. 3. Σχέδιο της συσκευής του διαφορικού επαγωγικού μετατροπέα.
Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση μηχανικών δυνάμεων, τάσεων και ελαστικών παραμορφώσεων που συμβαίνουν σε μέρη και συγκροτήματα διαφόρων δομών μορφοτροπέων σύρματος - τάσης, οι οποίοι, παραμορφούμενοι, μαζί με τα υπό μελέτη μέρη, αλλάζουν την ηλεκτρική τους αντίσταση.Τυπικά, η αντίσταση ενός μετρητή τάσης είναι αρκετές εκατοντάδες ohms και η σχετική μεταβολή της αντίστασής του είναι ένα δέκατο τοις εκατό και εξαρτάται από την παραμόρφωση, η οποία στα ελαστικά όρια είναι ευθέως ανάλογη με τις ασκούμενες δυνάμεις και τις προκύπτουσες μηχανικές τάσεις.
Οι μετρητές καταπόνησης κατασκευάζονται με τη μορφή σύρματος ζιγκ-ζαγκ υψηλής αντοχής (constantan, nichrome, manganin) με διάμετρο 0,02-0,04 mm ή από ειδικά επεξεργασμένο φύλλο χαλκού πάχους 0,1-0,15 mm, τα οποία σφραγίζονται με βερνίκι βακελίτη ανάμεσα σε δύο λεπτές στρώσεις χαρτιού και υποβάλλεται σε θερμική επεξεργασία (Εικ. 4, α).
Ρύζι. 4. Τενόμετρο: α — διάγραμμα της συσκευής: 1 — παραμορφώσιμο μέρος, 2 — λεπτό χαρτί, 3 — σύρμα, 4 — κόλλα, 5 — ακροδέκτες, β — κύκλωμα για τη σύνδεση μιας γέφυρας μη ισορροπημένης αντίστασης στον βραχίονα.
Το κατασκευασμένο μετρητή τάσης είναι κολλημένο σε ένα καλά καθαρισμένο παραμορφώσιμο τμήμα με ένα πολύ λεπτό στρώμα μονωτικής κόλλας έτσι ώστε η κατεύθυνση της αναμενόμενης παραμόρφωσης του εξαρτήματος να συμπίπτει με την κατεύθυνση των μακριών πλευρών των συρμάτινων θηλειών. Όταν το σώμα παραμορφώνεται, ο κολλημένος μετρητής τάσης αντιλαμβάνεται την ίδια παραμόρφωση, η οποία αλλάζει την ηλεκτρική του αντίσταση λόγω αλλαγής των διαστάσεων του αισθητήρα σύρματος, καθώς και της δομής του υλικού του, η οποία επηρεάζει την ειδική αντίσταση του σύρματος.
Δεδομένου ότι η σχετική αλλαγή στην αντίσταση του μετρητή τάσης είναι ευθέως ανάλογη με τη γραμμική παραμόρφωση του υπό μελέτη σώματος και, κατά συνέπεια, με τις μηχανικές τάσεις των εσωτερικών ελαστικών δυνάμεων, τότε, χρησιμοποιώντας τις ενδείξεις του γαλβανόμετρου στη διαγώνιο μέτρησης του η προ-ισορροπημένη γέφυρα αντίστασης, ένας από τους βραχίονες της οποίας είναι ο μετρητής τάσης, μπορεί να εκτιμήσει την τιμή των μετρούμενων μηχανικών μεγεθών (Εικ. 4, β).
Η χρήση μιας μη ισορροπημένης γέφυρας αντιστάσεων απαιτεί σταθεροποίηση της τάσης της πηγής ισχύος ή τη χρήση μαγνητοηλεκτρικού λόγου ως ηλεκτρική συσκευή μέτρησης, στις μετρήσεις της οποίας μια αλλαγή τάσης εντός ± 20% της ονομαστικής τάσης που αναγράφεται στην κλίμακα της συσκευής δεν έχει σημαντική επίδραση.
Χρησιμοποιήστε θερμοευαίσθητους και θερμοηλεκτρικούς μετατροπείς για τη μέτρηση της θερμοκρασίας διαφόρων μέσων... Οι θερμοευαίσθητοι μετατροπείς περιλαμβάνουν θερμίστορ μετάλλων και ημιαγωγών, η αντίσταση των οποίων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία (Εικ. 5, α).
Τα πιο διαδεδομένα είναι τα θερμίστορ πλατίνας για τη μέτρηση θερμοκρασιών στην περιοχή από -260 έως +1100 ° C και τα θερμίστορ χαλκού για το εύρος θερμοκρασίας από -200 έως +200 ° C, καθώς και τα θερμίστορ ημιαγωγών με αρνητικό συντελεστή ηλεκτρικής αντίστασης — θερμίστορ , που χαρακτηρίζεται από υψηλή ευαισθησία και μικρό μέγεθος σε σύγκριση με τα μεταλλικά θερμίστορ, για μέτρηση θερμοκρασιών από -60 έως +120 ° C.
Για την προστασία των ευαίσθητων στη θερμοκρασία μορφοτροπέων από ζημιά, τοποθετούνται σε ένα χαλύβδινο σωλήνα λεπτού τοιχώματος με σφραγισμένο πάτο και μια συσκευή για τη σύνδεση καλωδίων με τα καλώδια μιας γέφυρας μη ισορροπημένης αντίστασης (Εικ. 5, β), που το καθιστά δυνατό για την εκτίμηση της μετρούμενης θερμοκρασίας κατά μήκος του ρεύματος της διαγωνίου μέτρησης Η κλίμακα του μαγνητοηλεκτρικού λόγου που χρησιμοποιείται ως μετρητής βαθμολογείται σε βαθμούς Κελσίου (°C).
Ρύζι. 5. Θερμίστορ: α — γραφήματα της εξάρτησης της μεταβολής της σχετικής αντίστασης των μετάλλων από τη θερμοκρασία, β — ένα κύκλωμα για τη σύνδεση θερμίστορ με τον βραχίονα μιας μη ισορροπημένης αντίστασης γέφυρας.
Θερμοηλεκτρικοί μετατροπείς θερμοκρασίας — θερμοστοιχεία, παραγωγή μικρών e., κ.λπ. γ) υπό την επίδραση θέρμανσης της ένωσης δύο διαφορετικών μετάλλων, τοποθετούνται σε προστατευτικό πλαστικό, μεταλλικό ή πορσελάνινο κέλυφος στην περιοχή των μετρούμενων θερμοκρασιών (Εικ. 6, α, β).
Ρύζι. 6. Θερμοζεύγη: α — γραφικές παραστάσεις της εξάρτησης του d κ.λπ. σελ. για τη θερμοκρασία των θερμοζευγών: TEP-πλατίνα-ρόδιο-πλατίνα, TXA-chromel-alumel, THK-chromel-copel, διάγραμμα b-συγκρότησης για μέτρηση θερμοκρασίας με χρήση θερμοστοιχείου.
Τα ελεύθερα άκρα του θερμοστοιχείου συνδέονται με ομοιογενή καλώδια με ένα μαγνητοηλεκτρικό χιλιοστόμετρο, η κλίμακα του οποίου είναι βαθμολογημένη σε βαθμούς Κελσίου. Τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα θερμοστοιχεία είναι: πλατίνα-ρόδιο — πλατίνα για μέτρηση θερμοκρασιών έως 1300 ° C και για μικρό χρονικό διάστημα έως 1600 ° C, chromel-alumel για θερμοκρασίες που αντιστοιχούν στα υποδεικνυόμενα καθεστώτα — 1000 ° C και 1300 ° C και chromel-bastard, σχεδιασμένο για μακροχρόνιες μετρήσεις θερμοκρασιών έως 600 ° C και βραχυπρόθεσμες - έως 800 ° C.
Ηλεκτρικές μέθοδοι μέτρησης διαφόρων μη ηλεκτρικών μεγεθών Χρησιμοποιούνται ευρέως στην πράξη, καθώς παρέχουν υψηλή ακρίβεια μέτρησης, διαφέρουν σε μεγάλο εύρος τιμών μέτρησης, επιτρέπουν μετρήσεις και καταγραφή τους σε σημαντική απόσταση από τη θέση του ελεγχόμενου αντικειμένου, και δίνουν επίσης τη δυνατότητα πραγματοποίησης μετρήσεων σε δυσπρόσιτα σημεία.