Измерение неэлектрических величин электрическими методами

Электрические измерительные приборы, применяемые для измерения неэлектрических величин, имеют большие преимущества по сравнению с неэлектрическими приборами, так как они позволяют как осу­ществлять дистанционные измерения, так и обеспечивать широкий диапазон чувствительности, а также позволяют измерять параметры различных быстропротекающих процессов.

Для измерения любой неэлектрической величины электрическим методом необходимо иметь преобразователь (датчик), преобразующий неэлектрическую величину в электрическую, измерительный прибор и промежуточную цепь, связывающую датчик с измерительным при­бором. Датчики подразделяют на две основные группы: параметри­ческие и генераторные. Параметрические датчики преобразуют не­электрические величины в электрические параметры r, L, С, М, μ Генераторные датчики преобразуют неэлектрические величины в Е, U, I, Р.

Электрические измерительные приборы, применяемые для измерения неэлектрических величин, градуируют непосредственно в единицах этих величин.

Датчики обычно характеризуют чувствительностью и разрешающей способностью. Под чувствительностью датчика понимают отношение

(10.19)

где ∆a_вых — изменение значения электрической величины на выходе дат­чика; ∆a_вх — изменение значения неэлектрической величины на его входе.

Под разрешающей способностью датчика понимают предел изменения измеряемой неэлектрической величины, в котором погрешность преобра­зования не превышает допустимого значения.

Из параметрических датчиков наиболее распространенными являют­ся реостатные (датчики сопротивления), емкостные, индуктивные дат­чики, датчики с терморезисторами, фотоэлектрические датчики, тензорезисторы, а из генераторных датчиков — термоэлектрические (термо­пары) и индукционные, в которых неэлектрическая величина преоб­разуется в э. д. с.

Реостатные датчики обычно используют в сочетании с магнито­электрическими логометрами. В этих датчиках измеряемая неэлектри­ческая величина воздействует на движок реостата, изменяя его положение и соответственно сопротивление реостата. Этот прибор может быть применен, например, для измерения уровня жидкости (рис. 10.14), причем шкалу логометра в этом случае можно отградуировать не­посредственно в единицах измеряемого уровня.

Для измерения деформаций различных конструкций используют тензорезисторы — датчики, сопротивление которых меняется вследствие изменения их геометрических размеров (рис. 10.15). Такие датчики изготовляют из константановой проволоки диаметром 20 — 30 мкм, об­ладающей большим удельным сопротивлением, и наклеивают не­посредственно на ту деталь, деформацию которой необходимо измерить.

Для измерения температур используют различные параметрические и генераторные преобразователи, наибольшее распространение из кото­рых получили термоэлектрические датчики (термопары) и терморезисто­ры (термисторы). Работа датчиков с термисторами основана на за­висимости сопротивления проводников и полупроводников от темпе­ратуры. Следует отметить, что при измерениях с использованием параметрических дат-

чиков всегда требуется вспомогательный источник электрической энергии.

Индуктивные и емкостные датчики применяют, как правило, в со­четании с электромагнитными и электродинамическими логометрами при питании измерительного устройства переменным током.

В качестве примера рассмотрим измерение уровня жидкости индук­тивным датчиком (рис. 10.16). Принцип работы прибора основан на изменении индуктивности катушки при перемещении ее сердечника (или изменений воздушного зазора) под действием измеряемой механической величины. Железный сердечник 2 связан с поплавком 3, перемещение которого влияет на индуктивность катушки 1. При изменении индук­тивности катушки происходит изменение ее индуктивного сопротивления и тока в ее цепи.

Индуктивные датчики могут быть использованы для измерения как для сравнительно больших, так и достаточно малых перемеще­ний, например для контроля небольших изменений толщины листа при прокатке.

Емкостные датчики применяют для измерения перемещений, толщины диэлектриков, механической силы и т. д. Например, в емкостном датчике при измерении толщины ленты 2(рис. 10.17) происходит изме­нение емкости за счет изменения размеров воздушного промежутка между пластинами 1 воздушного конденсатора, вследствие чего изме­няется емкостное сопротивление конденсатора и ток в измеритель­ной цепи.

В заключение отметим, что с помощью одного и того же типа датчика можно измерять и контролировать различные неэлектри­ческие величины. Если при измерениях и контроле изменения электрической величины на выходе датчика малы, то необходимо использовать промежуточные усилители.

Контрольные вопросы

1. Изобразите электрические схемы включения прибора с шунтом и добавочным сопротивлением.

2. Нарисуйте электрическую схему включения электродинамического ваттметра в цепь однофазного тока.

3. Поясните, как определить пределы измерения и цену деления ваттметра.

4. Объясните, в каких случаях измеряют активную мощность трехфазного потребителя одним, двумя и тремя ваттметрами.

5. Объясните особенности конструкции логометров.

6. Начертите мостовую схему измерения сопротивлений и запишите условие равновесия моста.

7. Поясните принцип измерения механических деформаций электрическим методом.

8. Поясните принцип измерения температуры электрическим методом.

9. Объясните назначение и принцип действия индуктивного и индукционного преобразователей.