Тензорезисторные акселерометры

В тензорезисторных акселерометрах инерционный элемент изгибает плоскую пружину, а проволочные тензорезисторны, наклеенные на пружину, изменяют свое сопротивление пропорционально её деформации.

Акселерометрами(рис. 127, а) с помощью тензопреобразователей R₁ и R₂ можно измерять вертикальное ускорение детали. Сила инерции , действующая со стороны груза массой m, изгибает пружину 2 и вызывает напряжение , пропорциональное массе т и ускорению: .

Акселерометр на проволочном тензорезисторном преобразователе

Тензорезисторный измерительный преобразователь больших сил

Применение:измерение действующих сил (электрический динамометр).

Принцип работы: тензорезисторы 3 наклеиваются на специально подготовленные места упругого элемента 1. Корпус 2 обеспечивает защиту тензорезисторов и закрепление выводных проводов. В данном случае упругий элемент работает на сжатие и его деформация передается проволочкам тензорезистора, активное сопротивление которых изменяется пропорционально этой деформации.

69. Индуктивные преобразователи

ИндуктивностьL электромагнитной системы, содержащей обмотку и фер- ромагнитный сердечник с небольшим воздушным зазором , зависит от числа витков w, активного магнитного сопротивления сердечника R_ж, магнитного сопротивления воздушного зазора и реактивной составляющей магнитного сопротивления х_м, обусловленной вихревыми токами и потерями на гистерезис:

Все эти параметры по­ложены в основу построения различных индуктивных преобразователей.

Индуктивный бесконтактный преобразователь с ферритовым сердечником

Конструкция бесконтактного индуктивного преобразователя с ферритным сердечником для исследования колебаний столов, суппортов и вращающихся шпинделей приведена на рис. 128, а. Сопротивление магнитопровода изменяется с изменением зазора между ферритовым сердечником 2 и колеблю­щейся деталью 1, которая выполняет роль якоря. Катушка 3 имеет 400 витков из проволоки ПЭЛ—0,1 мм. Чувствительность преобразователя в комп­лекте с усилителем ТА-5 и осцилло­графом Н-700: в статике мм/мкм; на частоте исследуемо­го процесса 100 Гц мм/мкм (для схемы включения по рис. 129, а). В качестве выходного параметра здесь принято перемещение «зайчика» на эк­ране осциллографа, пропорциональное току преобразователя.

Индуктивные преобразователи имеют малый участок линейной характеристи­ки — рабочий участок (рис. 128, б). При 6 = 0 в системе есть остаточный ток I₀. Поэтому при исследовании устанавливают начальный зазор , с которого начинается линейная харак­теристика (система координат ).

Индуктивные датчики относятся к бесконтактным и применяются для измерения положений узлов, малых перемещений (амплитуды колебания).

Принцип работы: сопротивление магнитопровода изменяется с изменением воздушного зазора магнитной цепи или магнитной проницаемости железного сердечника, входящего в магнитную цепь.

Рис.

Бесконтактные датчики перемещений индуктивного типапред­назначены для прецизионного измерения перемещений (примерно 0,5, 1, 5, 50 мм), частоты вращения валов, зубчатых колес, имеют неболь­шие размеры (диаметр 10—60 мм, длина 25—50 мм), несущую частоту сигнала 2 – 40 кГц и позволяют измерять параметры вибрации вращаю­щихся узлов станка (валов, шпинделей и т. п.) относительно опор, т. е. могут использоваться в системах обеспечения точности станков. Например, фирма Deckel (Германия) совместно с Университетом. Дармштадт для пятикоординатных фрезерных станков скоростного фрезерования (частота вращения шпинделя 15 000-20 000 оборотов в минуту) разработала конструкцию прецизионного шпинделя.

Рис. 9.39. Схема определения параметров траектории движения оси шпинделя: 1 – шпиндель; 2, 3 – бесконтактные датчики перемещения; 4, 5 – нормирующие преобразователи; 6 - результаты измерения; 7 – траектория оси шпинделя; 8 – блок коррекции положения оси шпинделя

Разработала конструкцию прецизионного шпинделя на магнитных опорах, роль датчиков положения в котором играют индуктивные бесконтактные пре­образователи перемещений (рис. 9.39). Такие датчики выпускает, на­пример, фирма Hottinger Baldwin Messtechnik (Германия). В СНГ преобразователи такого типа производятся, как правило, в составе из­мерительной аппаратуры (например, скобы измерительные БВ-6182, БВ-6067 со встроенными индуктивными преобразователями и т. п.) [13].

Магнитоупругие индуктивные преобразователи

Свойство ферромагнитных материалов изменять свою магнитную прони­цаемость под действием создаваемых в них механических напряжений исполь­зуется для создания магнитоупругих индуктивных преобразователей [53| Их применяют для измерения крутя­щих моментов, малых перемещений в станках с ЧПУ. Здесь роль сердечни­ка обычно выполняет какая-либо конст­рукционная деталь, передающая на­грузку и выполненная специально из ферромагнитного материала (пермал­лой и др.).

Контактные измерительные приборы с индуктивными преобразователями используют для статических измере­ний или при небольших скоростях и ускорениях.

70. Мостовая схема включения преобразователей

Для повышения чувствительности пре­образователи первой группы включают по мостовой схеме (рис. 129). Преобразователи, которые изменяют свое сопротивление под воздействием входных параметров, называют активными , если они не изменя­ют сопротивление,— пассивными (R₀).

Чувствительнрсть мостовой схемы оп­ределяется отношением тока I₀ в изме­рительной диагонали к входному параметру. Величина тока зависит от на­пряжения на диагонали моста U, от числа активных преобразователей, изменения их сопротивления и способа включения в мостовую схему (рис. 129, в, см. индексы при R внутри мостовой схемы). Величину тока для рис. 129 определяют по формуле:

(137)

Схема включения преобразователей

71. Пьезоэлектрические преобразователи

Пьезоэлектрический преобразователь. В нем использован прямой пьезоэффект. Преобразователь широко применяется для изменения сил, давлений, уско­рений. На рис. 130, а представлена типовая конструкция акселерометра. При воздействии на корпус 1 механи­ческих колебаний с ускорением инер­ционная масса m с силой де­формирует пьезокерамические элементы 2. Возникающий электрический заряд q пропорционален силе F и следовательно, ускорению.

Чувствительность преобразователя определяется как отношение напряже­ния и (заряда q) на обкладках пьезоэлемента к воздействующему на него колебательному ускорению:

или

Для пьезоэлектрических преобра­зователей характерны малые габаритные размеры и масса (5—60 г), они работают в диапазоне от долей Гц до десятков кГц. Диапазон измеряе­мых ускорений , высокая чувствительность . При исследованиях преобразователь жестко прикрепляют к исследуемой детали; если рабочая частота — преобразователи приваривают или приклеивают. Масса преобразователя не должна превышать 10% массы исследуемой детали. Диапазон рабочих частот выбирают.в пределах 30—20% резонансной частоты. Необходимо учитывать наличие поперечной чувствительности, достигающей 2-20%.

В этом типе датчиков в качестве чувствительных элементов используют кристаллы некоторых диэлектриков (кварца, сегенетовой соли, титаната бария, фосфата аммония и др.), которые обладают пьезоэлектрическими свойствами.

Их действие основано на пьезоэлектрическом эффекте – возникновение при их деформации заряда на гранях пластинок вырезанных из кристаллов некоторых диэлектриков (кварца, сегенетовой соли, титаната бария, фосфата аммония и др.). Пьезоэффект заключается в том, что при сжатии или растяжении пластины, изготовленной из такого кристалла, на гранях появляется электрический заряд, пропорциональный действующий силе. Знак заряда зависит от вида деформации при переходе от сжатия к растяжению меняется на противоположный.

Наиболее широко применяют пластинки из кварца. Это объясняется его высокой механической и электрической прочностью. Пьезоэлектрические свойства кварца в меньшей степени зависят от температуры и не изменяются даже при температуре до 300° С. Хотя наибольшей чувствительностью обладает сегнетова соль. Однако применение её в измерительных приборах ограничена, т.к. пьезоэлектрические свойства сегнетовой соли в большей степени зависят от температуры, а при температуре 38° С почти полностью исчезает.

Пьезоэлектрические датчики относятся к группе генераторных преобразователей. Отличительной особенностью пьезоэлектрических преобразователей является невозможность измерения статической составляющей деформации. В следствие быстрого стекания образовавшегося на пластинах заряда. Пьезоэлектрические датчики широко применяются для измерения быстроменяющихся сил, давлений и параметров вибраций (акселерометр для измерения виброускорения).

Наибольшее распространение получили пьезоэлектрические акселерометры.

Пьезоэлектрические акселерометры

Наибольшее распространение получили пьезоэлектрические акселерометры (рис. 1.24). Корпус 5 крепится к изучаемому объекту. Силы инерции, действующие на инерционный элемент (груз) 4, воспринимаются пьезоэлемептом 1, который может работать как на сжатие (рис. 1.24, а), так и на сдвиг (рис 1.24, б). В первом случае груз прижимается к пьезоэлементам при помощи крышки 3 и тарельчатой пружины 2.

Современные акселерометры, могут измерять виброускорения от 10^-3 до 10⁵ м/с² в диапазоне частот от 0,5 Гц до 50 кГц. Однако наиболее широко применяют акселерометры, рассчитанные на измерение ускорений до 10⁴ м/с²

Рис. 1.24. Пьезоэлектрические акселерометры

с частотами до 10..15 кГц. Основная погрешность измерений 2..10%. Масса некоторых акселерометров составляет десятые доли грамма [13].

Для уменьшения погрешностей измерения виброускорений высокой частоты необходимо резьбовое крепления акселерометра уплотнять клеем. Кабель следует закреплять, особенно в непосредственной близости от акселерометра. Чрезмерно высокая чувствительность прибора обусловливает увеличение нелинейных искажений. После первичного преобразователя рекомендуется включать фильтр, ограничивающий с обеих сторон рабочий диапазон частот.

Акселерометр на пьезоэлектрических преобразователях

Принцип работы: при воздействии на корпус 1 механических колебаний с ускорением a инерционная масса m с силой F = ma деформирует пьезокерамические элементы 2. Возникающий электрический заряд q пропорционален силе F и, следовательно ускорению.

Пьезоэлектрический датчик давления

Применение: измерение давления.

Принцип работы: давление Q при воздействии на корпус деформирует пьезокерамический элементы. Возникающий электрический заряд q пропорционален давлению.

Пьезоэлектрический трансформатор

Пьезоэлектрический трансформатор (б), пьезоэлемент 1 с тремя электродами 7, 3 и 5, образующими две системы. Часть пьезоэлектрического трансформатора, подключенную к источнику питания, называют возбудителем, а часть, подключенную к измерительной схеме 4, - генератором. В возбудителе переменный ток за счет обратного пьезоэффекта преобразуется в энергию акустических волн, которые, зарождаясь на границах электродов, распространяются по всему объему трансформатора.

Применение: измерение переменных (а) и постоянных (б) сил.

Принцип работы: схема «измерительной шайбы» (а). При ее нагружении силой вдоль оси на поверхностях кварцевых пластинок 1 и 4 появляется пропорциональный нагрузке электрический заряд. Элементы 3 и 6 шайбы создают предварительное нагружение пластинок за счет завальцовки, что необходимо для повышения жесткости преобразователя. Пластинки кварца прилегают друг к другу гранями противоположной полярности, т. е. они включены в электрическую цепь параллельно. Сигнал с электрода 2 снимается проводником через вывод 5 и при помощи усилителя с большим входным сопротивлением преобразуется в соответствующее электрическое напряжение. Такой преобразователь позволяет измерять динамические силы высоких частот (до 100 кГц). Погрешность измерения не превышает 1%.

72. Преобразователи генераторной группы

К этой группе датчиков относятся пьезоэлектрические, индукционные, вихретоковые и термоэлектрические преобразователи.

Индукционный преобразователь. При движении электрического проводника длиной l со скоростью v относительно магнитного поля с индукцией В в про­воднике наводится электродвижущая сила E при числе витков w:

Это явление электромагнитной индук­ции положено в основу работы индук­ционных преобразователей. Наводимая ЭДС пропорциональна измеряемой ли­нейной v или угловой w скоростям. На рис. 130, в показана схема индукци­онного преобразователя для измерения линейной скорости. Сердечник 1 вместе с катушкой 2 перемещается между. полюсами магнита N и S. Наводимая ЭДС пропорциональна скорости под­вижной части конструкции 3, скреплен­ной с сердечником.

В металлорежущих станках индукционные преобразователи широко используют для измерения скорости вра­щения (тахогенераторы постоянного и переменного тока). Для измерения . длины или ускорения на выходе преобразователя включают соответственно интегрирующий или дифференцирую­щий.контур.

72.1. Индукционные преобразователи

Рис. 130. Преобразователь группы электрического генератора:

а – пьезоэлектрический;

в – индукционный.

Их действие основано на эффекте возникновения Э.Д.С. в катушке при перемещении в ней магнита или перемещение катушки в магнитном поле (в том числе другой катушки). Индукционные датчики относятся к группе генераторных преобразователей и могут быть использованы для измерения скорости изменения динамических деформаций, т.к. Э.Д.С. на выводах катушки пропорционально скорости изменения магнитного поля.

Применение: измерение скорости вращения, длины и ускорения (со включенным интегрирующим или дифференцирующим контуром).

Принцип работы: для измерения линейной скорости сердечник 1 вместе с катушкой 2 перемещается между, полюсами магнита N и S. Наводимая ЭДС пропорциональна скорости подвижной части конструкции 3, скрепленной с сердечником.

72.2. Вихретоковые преобразователи

Во многих случаях хорошо себя зарекомендовали бесконтактные измерительные преобразователи относительных ви броперемещеиий. Действие такого преобразователя (рис. 1.25) основано на том, что в находящемся в магнитном поле рабочей катушки 2 токопроводящем колеблющемся теле 1 (объекте измерения) возникают короткозамкнутые (вихревые) токи, отсасывающие энергию поля. Поэтому амплитуда переменного тока в рабочей катушке зависит от расстояния х до колеблющегося тела, электропроводности и магнитных свойств его материала. Катушка 3 установлена для температурной компенсации. Обе катушки изолированы от корпуса 6 изоляционными втулками4 и 5 [13].

Бесконтактные датчики перемещений вихретокового типа Eddy Current Transducers по форме и размерам похожи на индуктивные, но отличаются несущей частотой сигнала (порядка 2—10 МГц), более высокими точностью и стоимостью (рис. 9.40). Нелинейность выходной характеристики системы датчик — нормирующий преобразователь может быть менее 0,2%. Такие датчики выпускаются фирмами Micro-Epsilon Messtechnik GmbH (Германия), Ono Sokki Co. Ltd, Keyence Corporation (Япония) и др. Типовые характеристики приведены в табл. 9.5 по данным фирмы Karl Schenk AG (Германия).

9.5. Технические характеристики бесконтактных

вихретоковых преобразователей

Можно отметить также цифровой измеритель перемещений ЦИП-2М, работающий в диапазонах измерения от -20 до +20 мкм и от -100 до +100 мкм (при номинальном зазоре шириной 0,3 мм) с разрешающей способностью 0,1 и 1 мкм, чувствительностью 10 и 100
мкм/В и погрешностью измерений соответственно ±1 мкм и ±5 мкм

72.3. Термоэлектрические преобразователи.

Термоэлектрический преобразова­тель. Из-за нагрева и разнородности материалов в процессе резания металлов возникает термоэлектрический ток в цепи станок — инструмент — изделие — станок (рис. 130, б). Боль­шая величина тока и малая инерцион­ность позволяют исследовать процесс резания и регистрировать характер из­менения сил резания, температуры, точ­но фиксировать время резания и производить другие измерения простыми средствами — стрелочным прибором I или осциллографом 2 без усилителя. Измерительную схему подключают к изолированному резцу и какой-либо корпусной детали 3. Для усиления сиг­нала рекомендуется производить под­ключение непосредственно к обрабаты­ваемой детали 4.

Термоэлектрические преобразова­тели особенно широко применяют в области измерения температур. В их конструкции реализуется эффект Зеебека: в спае из двух разнородных металлов возникают (генерируются) термо-ЭДС, величина которой приблизительно пропорциональна разности температур между самим спаем и его выводами, т.е. в термопаре в зависимости от температуры изменяется напряжение.

73. Регистрирующие измерительные приборы

Осциллограф - измерительный прибор для записи и наблюдения функциональной связи двух величин.

Основу осциллографа составляет измерительная система, преобразующая измеряемые физические величины в движение регистрирующих элементов, в качестве которых могут выступать: перо, световой или электронный луч.

Различают:

- перопишущие осциллографы, работающие в диапазоне частот 120-200 Гц;

- светолучевые осциллографы (до 10 кГц);

- электронно-лучевые осциллографы (свыше 10 кГц).

Схема общей установки:

74 Устройство и принцип работы магнитоэлектрического осциллографа

Принципиальная схема светолучевого (магнитоэлектрического) осциллографа:

1- зеркальце

2- вибратор (чувствительный элемент)

3- фотопленка (фотобумага)

4- зеркальный барабан

5- экран

6- петлеобразный проводник

Чувствительным элементом светолучевого осциллографа является вибратор 2. Он представляет собой петлеобразный проводник 6 с наклеенным зеркальцем 1, расположенным между полюсами магнита. Возбуждаемый преобразователем ток протекает по проводнику и взаимодействует с магнитным полем. Зеркальце поворачивается, смещая отраженный от него световой луч. Часть светового потока направляется на фотопленку 3 для записи процессов, а часть через зеркальный барабан 4 – на экран 5 для визуального наблюдения.

«+» - возможность регистрации нескольких параметров по 4-12 каналам 4

- возможность записи очень медленных и быстропротекающих процессов периодического и непериодического характера.

Схема расположения прибора для получения осциллограммы:

1- источник света

2- зеркальце

3- зеркальный многогранник

4- экран

Осциллограмма - это график зависимости, полученный с помощью осциллографа.

75 Устройство и принцип работы электроннолучевого осциллографа

Принципиальная схема электронно-лучевого (электронного) осциллографа:

1- катод

2- управляющий электрод

3,4- анод

5- горизонтальные пластины

6- вертикальные пластины

7- луч

8- экран

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) является главным элементом осциллографа. Излучаемый катодом 1 поток электронов с помощью управляющего электрода 2 и анодов 3,4 собирается в узкий луч 7, который оставляет на экране 8 яркое пятно. Напряжение от измерительного преобразователя Ип через усилитель Ув подается на пластины 5, смещающие луч в вертикальной плоскости. Другая пара пластин 6 получает напряжение от генератора развертки Г через усилитель Уг и создает линейную развертку – пятно на экране равномерно перемещается слева направо.

«+» - высокая чувствительность электронного луча позволяет исследовать как импульсные, так и периодические процессы;

«-» -невозможно регистрировать более одного или двух параметров.

77 Термоэлектические преобразователи

Схемы подключения термопары:

а - измерительный прибор подключен соединительными проводами к концам термоэлектродов;

б - измерительный прибор подключен в разрыв термоэлектрода;

T1, Т2 - температура «горячего» и «холодного» контактов (спаев) термопары

Применение: измерение температуры жидкостей, расплавов и т.п.

Принцип работы:Термопара состоят из двух соединённых между собой разнородных электропроводящих элементов (обычно металлических проводников, реже полупроводников). Если контакты (спаи) проводящих элементов, образующих термопару, находятся при разных температурах, то в цепи возникает эдс (термоэдс), величина которой однозначно определяется температурой «горячего» Т1 и «холодного» Т2 контактов и природой материалов, примененных в качестве термоэлектродов. Используются: медь - константан 70 - 800 К, хромель - копель 220 - 900 К, хромель - алюмель 220 - 1400 К, платинородий - платина 250 - 1900 К, вольфрам - рений 300 - 2800 К. Эдс термапары из металлических проводников обычно лежит в пределах 5 - 60 мВ. Точность определения температуры с их помощью составляет, как правило, несколько К.

Варианты исполнений термопар

Применение: измерение температуры жидкостей, расплавов и т.п.

76 Температурные деформации станков. Источники, способы измерения деформаций

Исследование тепловых деформаций станков

Оценка тепловых деформаций станков особенно важна для прецизионных станков, когда изменение температурных полей станка играет доминирующую роль в обеспечении требуемой точности. Проявляясь во времени, тепловые деформации (относящиеся к процессам средней скорости) изменяют геометрические параметры станка, например, они, смещают ось шпинделя, искривляют направляющие, деформируют станину и нарушают взаимное положение узлов станка, несущих заготовку и инструмент. Кроме того, тепловые деформации приводят к изменению жесткости системы. Так, за счет увеличения натяга в подшипниках качения при их нагреве, могут нарушиться условия контакта в направляющих станка, в результате чего изменяются характеристики стыка.

Источником тепловых деформаций и связанных с ними погрешностей является теплообразование в процессе работы.

Тепловые деформации могут быть вызваны следующими источниками:

1. Теплотой, выделяемой в процессе резания, которая распределяется между обрабатываемой деталью, стружкой, инструментом, смазочно-охлаждающей жидкостью и окружающей средой. При этом стружка и СОЖ отводят до 80…90 % теплоты, которая передается отдельным деталям и механизмам станка.

2. Теплотой от внутренних источников теплоты в станке, к которым относятся: электродвигатели, электроаппараты, лампы освещения, механические передачи, подшипники, направляющие, муфты, тормоза, гидравлические аппараты, гидроаппаратура, т.е. теплота от механических, электрических и гидравлических потерь.

3. Тепловые воздействия от внешних источников: элементы системы отопления цеха, нагрев солнечными лучами, соседние станки, изменение температуры в помещении, потоки теплого и холодного воздуха.

Для контроля температурных деформаций узлов станка часто используют те же приборы, что и при оценке геометрической точности и жесткости станков.

Однако специфика таких испытаний заключается в необходимости измерять процесс, поскольку деформация изменяется во времени. Для измерения деформаций элементов станков используют тензорезисторы в комплекте с тензоусилителем “ Топаз 3 – 01 ”.

При определении характеристик температурных полей измерительными преобразователями служат термопары, установленные в зоне источников теплоты и на исследуемых корпусных деталях. Схема термопары представлена на рис.1. Для исследования динамики тепловых полей применяют тепловизоры, регистрирующие инфракрасные излучения объекта. На рис.2 показана схема тепловизора. Обработка на ЭВМ результатов измерения тепловых полей позволяет построить изотермы и другие характеристики, которые являются диагностическим признаком для оценки теплового состояния системы.

Рис.2 .– Схема тепловизора

Кроме того, на основе анализа теплового поля станка выбирается несколько характерных мест интенсивного тепловыделения для установки в них датчиков. На основании информации от этих датчиков осуществляется программная компенсация тепловых деформаций и погрешностей.

Так, в токарном многооперационном станке Swedturn – 20 фирмы “ СМТ – Пуллмакс АБ ” ( Швеция ) установлены 5 первичных датчиков в определенных точках. Сигналы датчиков поступают в систему CNC управления станком, где по ним вычисляется температурное смещение шпинделя, а результаты вычисления используются для коррекции положения инструмента.

Алгоритм определения коррекции разработан на основе экспериментального исследования температурных деформаций станка в реальных условиях.

Методы контроля и регистрации температуры

Выбор метода измерения температуры определяется следующими основными факторами: областью измеряемых температур, чувствительностью и точностью термопреобразователя, инерционностью датчика, внешними условиями проведения измерений, доступностью средств измерений.

Наибольшее распространение получили следующие типы термопреобразователей:

термопреобразователи, основанные на тепловом расширении жидкостей, газов и твердых тел; термоэлектрические преобразователи (термопары); металлические термопреобразователи сопротивления; полупроводниковые термопреобразователи сопротивления (термисторы); термочувствительные кварцевые резонаторы; бесконтактные датчики измерения температуры; термоиндикаторы.

Жидкостно-стеклянные преобразователи температуры (термометры). Их используют для измерения температуры от -50° до +500…700°С. Точность измерения составляет 1…0,1°С у технических термометров, 0,05…0,01°С у лабораторных.

Жидкостные термометры используют при тарировке других типов термопреобразователей.

Термоэлектрические преобразователи (термопары). Термопара (термоэлемент) – теплоэлектрический прибор, основанный на использовании термоэлектрического эффекта Пельтье. Различают термоэлементы металлические, полупроводниковые и комбинированные. Принцип действия основан на возникновении в них термоэлектродвижущей силы при разности температур в местах соединения 2-х разнородных проводников (эффект Зеебека). Особенностью измерения t° с помощью ТП является необходимость стабилизации температуры свободных концов, либо компенсации влияния этой t°.

Диапазон t° (-200…+1000°С). При температуре от 0 до 100°С можно определить разность t° с точностью до 0,01°С. Материалы для термопар подбирают так, что бы в одном электроде возникала положительная э.д.с., а в другом отрицательная. Термопары изготовляют из благородных и неблагородных металлов. При измерении температуры, во время исследования станков, применяются термопары из неблагородных металлов и сплавов.

Хромель – копелевые (ХК ) – положительный электрод - хромелевый;

отрицательный электрод – из сплава копель.

Хромель – алюмелевые ( ХА) – положительный электрод – из хромеля.

Находят применение так же медь – константановые, имеющие высокую стабильность и воспроизводимость во времени, а так же железо – копелевые термоэлектрические преобразователи.

Уменьшение диаметров термоэлектродов ( 0,1…0,2 мм ) значительно понижает инерционность ТП. Для увеличения чувствительности используют несколько ТП, образующих термобатарею.

Металлические термопреобразователи сопротивления. Принцип действия основан на свойстве металлов изменять сопротивление при изменении температуры.

Выпускаются стандартные и нестандартные термометры сопротивления с применением платиновой ( ТСП ) или медной ( ТСМ ) проволоки. С помощью термометров сопротивления с платиновой проволокой можно измерять t от –260 до +1100°С, а с помощью ТСМ от –50 до +180°С.

Для измерения t° с помощью термопар и преобразователей сопротивления ( ТСМ ) может быть применен АЦП типа Ф 4833, обеспечивающий цифровую индикацию результатов измерения температуры в градусах с разрешающей способностью 0,1°С.

Полупроводниковые терморезисторы. Эти термометры по сравнению с металлическими термопреобразователями имеют больший температурный коэффициент сопротивления. Это позволяет изготовлять полупроводниковые терморезисторы малых размеров с высоким быстродействием. В основном ППТР применяют для измерения t° от –60 до +125°С.

К недостаткам полупроводниковых терморезисторов можно отнести нелинейный характер зависимости электрического сопротивления от температуры, разброс сопротивления ( до 20 %) даже для одного типа полупроводникового терморезистора, малую допустимую мощность рассеивания. Поэтому трудно обеспечить взаимозаменяемость полупроводниковых терморезисторов, в результате чего погрешность измерения температуры при их замене может составить 1…2 % и более.

Микротерморезисторы МТ-54, МТ-57, МТ-58 разработаны на основе медно-кобальто-марганцевых оксидных полупроводников. Полупроводниковый терморезистор МТ-54 представляет собой полупроводниковую бусинку диаметром до 0,5 мм, загерметизированную на конце тонкого капиллярного стеклянного корпуса. Электродами служат две тонкие платиновые проволоки, к которым приварены более толстые никелевые выводы.

В качестве термопреобразователей применяют так же полупроводниковые элементы с p-n переходами ( диоды, транзисторы, стабилитроны ). Достоинство – хорошая линейность в диапазоне от –20 до +100.

Термопреобразователи в виде термочувствительных кварцевых резонаторов. Пьезоэлектрический резонатор представляет собой акустически изолированный элемент, выполненный из монокристаллического или поликристаллического пьезоматериала с нанесенными на его поверхности токопроводящими электродами. Для возбуждения колебаний к электродам резонатора подводится переменное напряжение.

Термочувствительные кварцевые резонаторы,

В качестве бесконтактных датчиков t° применяют различные устройства, работающие с использованием бесконтактных методов измерения t° (оптических, ультразвуковых, радиометрических). Оптико-механические устройства бесконтактного измерения t° - пирометры.

Тепловизоры – устройства, предназначенные для создания видимых изображений объектов, благодаря различным излучательным свойствам отдельных участков этих объектов и окружающего фона. Принцип действия тепловизоров основан на действии теплового излучения на инфракрасный детектор пироэлектрического типа, т.е. в фотодатчиках в зависимости от температуры изменяется электрический ток. Пироэлектрические эффекты – это явление при которых на поверхности физического тела в следствии изменения поверхностного температурного «рельефа» возникают электрические заряды, соответствующие этим изменениям. Среди материалов, обладающих подобными свойствами находятся LiTaO₃, PbTiO₃, BaTiO₃ и другие пироэлектрические материалы (Како, Яманэ – датчики и микроЭВМ).

Преимущества оптических методов измерения t°:

- возможность измерения на расстоянии;

- высокое быстродействие;

- отсутствие влияния измерительного прибора на измеряемый объект.

Станки относятся к низкотемпературным объектам, для них можно рекомендовать пирометры ПИРС – 040; РАПИР с телескопами, тепловизор “ Рубин – 3 ” от 0 до 200°С. Погрешность 0,1°С, быстродействие – 40 с.

Термоиндикаторы бывают 2-х типов:

- индикаторы плавления, которые при достижении определенной t° переходят из твердого состояния в жидкое;

- термокраски, изменяющие свой цвет при нагреве до критических температур.

Используют терм