Elektrische metingen van niet-elektrische grootheden

De meting van verschillende niet-elektrische grootheden (verplaatsingen, krachten, temperaturen, etc.) met behulp van elektrische methoden wordt uitgevoerd met behulp van apparaten en instrumenten die niet-elektrische grootheden omzetten in elektrisch afhankelijke grootheden, die worden gemeten door elektrische meetinstrumenten met balansen gekalibreerd in eenheden van gemeten niet-elektrische grootheden.

Converters van niet-elektrische grootheden in elektrische of sensoren onderverdeeld in parametrische op basis van de verandering van een elektrische of magnetische parameter (weerstand, inductantie, capaciteit, magnetische permeabiliteit, etc.) onder invloed van de gemeten grootheid, en een generator waarin de gemeten niet-elektrische grootheid wordt omgezet in e. enz. (inductie, thermo-elektrisch, foto-elektrisch, piëzo-elektrisch en andere). Parametrische omvormers hebben een externe stroombron nodig en generatoreenheden zijn zelf stroombronnen.

Dezelfde transducer kan worden gebruikt om verschillende niet-elektrische grootheden te meten, omgekeerd kan de meting van niet-elektrische grootheden worden gedaan met behulp van verschillende soorten transducers.

Naast omvormers en elektrische meetapparatuur hebben installaties voor het meten van niet-elektrische grootheden tussenverbindingen: stabilisatoren, gelijkrichters, versterkers, meetbruggen, enz.

Gebruik voor het meten van lineaire verplaatsingen inductieve transducers - elektromagnetische apparaten waarin de parameters van het elektrische en magnetische circuit veranderen wanneer het ferromagnetische magnetische circuit of de armatuur die op het bewegende onderdeel is aangesloten, wordt verplaatst.

Om significante verplaatsingen om te zetten in een elektrische waarde, wordt een transducer met een beweegbare ferromagnetische translatie bewegende magi-conductor gebruikt (Fig. 1, a). Aangezien de positie van het magnetische circuit de inductantie van de omzetter bepaalt (Fig. 1, b) en dus de impedantie, dan met een gestabiliseerde spanning van de bron van elektrische energie met een wisselspanning van constante frequentie die het circuit van een voedt converter, volgens de stroom is het mogelijk om de beweging van het onderdeel dat mechanisch verbonden is met het magnetische circuit te schatten ... De schaal van het instrument is gegradueerd in de juiste meeteenheden, bijvoorbeeld in millimeters (mm).

Rijst. 1. Inductieve omzetter met een beweegbaar ferromagnetisch magnetisch circuit: a — diagram van het apparaat, b — grafiek van de afhankelijkheid van de inductantie van de omzetter van de positie van zijn magnetische circuit.

Om kleine verplaatsingen om te zetten in een waarde die geschikt is voor elektrische metingen, worden transducers met een variabele luchtspleet gebruikt in de vorm van een hoefijzer met een spoel en een anker (Fig. 2, a), dat stevig is verbonden met het bewegende deel. Elke beweging van het anker leidt tot een verandering in de stroom / in de spoel (Fig. 2, b), waardoor de schaal van het elektrische meetapparaat kan worden gekalibreerd in meeteenheden, bijvoorbeeld in micrometer (μm), bij een constante wisselspanning met een stabiele frequentie.

Rijst. 2. Inductieve omzetter met een variabele luchtspleet: a — diagram van het apparaat, b — grafiek van de afhankelijkheid van de stroom van de spoel van de omzetter van de luchtspleet in het magnetische systeem.

Differentiële inductieve omvormers met twee identieke magnetische systemen en één gemeenschappelijk anker, symmetrisch geplaatst ten opzichte van de twee magnetische circuits met een luchtspleet van dezelfde lengte (Fig. 3), waarin de lineaire beweging van het anker vanuit de middenpositie beide luchtspleten verandert evenzo, maar met verschillende signalen die de balans van de voorgebalanceerde AC-brug met vier spoelen verstoren. Dit maakt het mogelijk om de beweging van het anker te schatten volgens de stroom van de meetdiagonaal van de brug, als het vermogen ontvangt met een gestabiliseerde wisselspanning met constante frequentie.

Rijst. 3. Schema van het apparaat van de differentiële inductieve omzetter.

Gebruik om mechanische krachten, spanningen en elastische vervormingen te meten die optreden in onderdelen en samenstellingen van verschillende constructies draadspanningstransducers, die, samen met de bestudeerde onderdelen, hun elektrische weerstand veranderen als ze worden vervormd.Typisch is de weerstand van een rekstrookje enkele honderden ohm, en de relatieve verandering in zijn weerstand is een tiende van een procent en hangt af van de vervorming, die in de elastische limieten recht evenredig is met de uitgeoefende krachten en de resulterende mechanische spanningen.

De rekstrookjes zijn gemaakt in de vorm van een zeer resistente zigzagdraad (constantaan, nichroom, manganine) met een diameter van 0,02-0,04 mm of van een speciaal bewerkte koperfolie met een dikte van 0,1-0,15 mm, die zijn verzegeld met bakelietvernis tussen twee dunne lagen papier en onderworpen aan een warmtebehandeling (afb. 4, a).

Rijst. 4. Tenometer: a - diagram van het apparaat: 1 - vervormbaar onderdeel, 2 - dun papier, 3 - draad, 4 - lijm, 5 - klemmen, b - circuit voor het verbinden van een ongebalanceerde weerstandsbrug met de arm.

De gefabriceerde spanningsmeter wordt met een zeer dunne laag isolerende lijm op een goed schoongemaakt vervormbaar onderdeel gelijmd zodat de richting van de verwachte vervorming van het onderdeel samenvalt met de richting van de lange zijden van de draadlussen. Wanneer het lichaam wordt vervormd, neemt de gelijmde spanningsmeter dezelfde vervorming waar, die de elektrische weerstand verandert als gevolg van een verandering in de afmetingen van de meetdraad, evenals de structuur van het materiaal, wat de specifieke weerstand van de draad beïnvloedt.

Aangezien de relatieve verandering in de weerstand van de spanningsmeter rechtevenredig is met de lineaire vervorming van het bestudeerde lichaam en dienovereenkomstig met de mechanische spanningen van de interne elastische krachten, wordt met behulp van de aflezingen van de galvanometer op de meetdiagonaal van de voorgebalanceerde weerstandsbrug, waarvan een van de armen de spanningsmeter is, kan de waarde van de gemeten mechanische grootheden schatten (Fig. 4, b).

Het gebruik van een ongebalanceerde brug van weerstanden vereist stabilisatie van de spanning van de stroombron of het gebruik van een magneto-elektrische verhouding als een elektrisch meetinstrument, op basis waarvan een spanningsverandering binnen ± 20% van de nominale spanning aangegeven op de schaal van het apparaat heeft geen significant effect.

Gebruik thermogevoelige en thermo-elektrische transducers om de temperatuur van verschillende media te meten... Thermogevoelige transducers omvatten metalen en halfgeleiderthermistors, waarvan de weerstand grotendeels afhangt van de temperatuur (Fig. 5, a).

De meest voorkomende zijn platina-thermistors voor het meten van temperaturen in het bereik van -260 tot +1100 ° C en koperen thermistoren voor het temperatuurbereik van -200 tot +200 ° C, evenals halfgeleiderthermistors met een negatieve elektrische weerstandscoëfficiënt - thermistors , gekenmerkt door hoge gevoeligheid en kleine afmetingen in vergelijking met metalen thermistors, voor het meten van temperaturen van -60 tot +120 ° C.

Om de temperatuurgevoelige transducers tegen beschadiging te beschermen, zijn ze geplaatst in een dunwandige stalen buis met een afgedichte bodem en een apparaat om draden te verbinden met de draden van een ongebalanceerde weerstandsbrug (Fig. 5, b), waardoor het mogelijk is om de gemeten temperatuur langs de stroom van de meetdiagonaal te schatten.De schaal van de magneto-elektrische verhouding die als meter wordt gebruikt, is gegradueerd in graden Celsius (°C).

Rijst. 5. Thermistors: a — grafieken van de afhankelijkheid van de verandering in de relatieve weerstand van metalen van temperatuur, b — een circuit voor het verbinden van thermistors met de arm van een ongebalanceerde weerstandsbrug.

Thermo-elektrische temperatuurtransducers - thermokoppels, generatie van kleine e., enz. c) onder invloed van verhitting van de verbinding van twee verschillende metalen worden ze in een beschermende schaal van plastic, metaal of porselein geplaatst in het gebied van de gemeten temperaturen (fig. 6, a, b).

Rijst. 6. Thermokoppels: a — grafieken van de afhankelijkheid van d, etc. p. voor de temperatuur van thermokoppels: TEP-platina-rhodium-platina, TXA-chromel-alumel, THK-chromel-copel, b-montageschema voor het meten van temperatuur met behulp van een thermokoppel.

De vrije uiteinden van het thermokoppel zijn door homogene draden verbonden met een magneto-elektrische millivoltmeter, waarvan de schaalverdeling in graden Celsius is. De meest gebruikte thermokoppels zijn: platina-rhodium - platina voor het meten van temperaturen tot 1300 ° C en voor een korte tijd tot 1600 ° C, chromel-alumel voor temperaturen die overeenkomen met de aangegeven regimes - 1000 ° C en 1300 ° C en chromel-bastard, ontworpen voor langdurige meting van temperaturen tot 600 ° C en korte termijn - tot 800 ° C.

Elektrische methoden voor het meten van verschillende niet-elektrische grootheden.Ze worden in de praktijk veel gebruikt, omdat ze een hoge meetnauwkeurigheid bieden, verschillen in een breed bereik van meetwaarden, metingen en hun registratie mogelijk maken op een aanzienlijke afstand van de locatie van het gecontroleerde object, en geven ook de mogelijkheid om metingen uit te voeren op moeilijk bereikbare plaatsen.