ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕРЕНИИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Электроизмерительная техника по сравнению с другими видами измерительных устройств обладает большей надежностью, точ­ностью, дешевизной и простотой.

По этим причинам электроизмерительные приборы широко при­меняют для измерения неэлектрических величин.

Основными частями элек­трической системы, служа­щей для измерения неэлек­трических величин, являют­ся преобразователь (датчик), промежуточные устройства и индикатор. Сущность электрических измерений неэлек­трических величин заключа­ется в том, что датчик пре­образует неэлектрическую величину, например измене­ние уровня жидкости, темпе­ратуры, скорости движения и т. п., в изменение электри­ческой величины сопротивления, тока или напряжения, которое измеряется индикатором, представляющим собой обычный электроизмерительный прибор.

Рассмотрим устройство некоторых электрических датчиков и примеры их применения для электрических измерений неэлектриче­ских величин.

Резисторный датчик (рис. 91) представляет собой изогнутую (или прямую) пластину 1 из изоляционного материала, на которую намотана проволока 4 из материала с большим удельным сопро­тивлением. При повороте оси 2 подвижный контакт-щетка 3 датчи­ка перемещается по проволоке, в результате чего изменяется ее со­противление, что соответственно воздействует на показания электро­измерительного прибора.

Резисторный датчик используют для измерения уровня жидкости в баке.

Действие прибора, предназначенного для определения количества жидкости в баке (рис. 92), основано на использовании резисторного датчика, сопротивление которого меняется при повышении или понижении уровня жидкости.

Этот прибор состоит из датчика 2 и индикатора 1, Ползунок датчика через систему рычагов скреплен с поплавком 3, находя­щимся на поверхности жидкости в баке. Индикатором служит при­бор магнитоэлектрической системы, шкала которого проградуирована в литрах.

Когда в баке много жидкости, поплавок перемещается вверх. Вместе с ним передвигается щетка датчика, сопротивление которо­го уменьшается. Ток в цепи возрастает, и стрелка индикатора откло­няется на большой угол, указывая по шкале количество жидкости. При опускании поплавка сопротивление датчика увеличивается, ток в цепи становится меньше и стрелка прибора отклоняется вле­во, указывая, что в баке мало жидкости.

Электроконтактные датчики служат для преобразования меха­нического перемещения измерительного штока, соприкасающегося с поверхностью контролируемого объекта, в замыкание или размы­кание электрической цепи. Наиболее простым электроконтактным датчиком является однопредельный, который имеет одну пару кон­тактов. Многопредельные датчики с несколькими парами контактов могут одновременно контролировать несколько различных объектов.

На рис. 93 приведена схема устройства и действия электрокон­тактного датчика, используемого для измерения размеров деталей. Измерительный шток 1 под действием пружины 2 стремится выдви­нуться из корпуса датчика вниз.

Если геометрический раз­мер контролируемой детали 3 больше заданного, измери­тельный шток поднимается, размыкает контакт 4 и замы­кает контакт 5. При нахож­дении под штоком изделия с размером меньше заданной величины контакт 5 размы­кается и замыкается контакт 4. При нормальном размере контролируемой детали кон­такты 4 и 5 остаются разом­кнутыми.

К датчику можно присоединить электроизмерительные приборы. Отклонение стрелки одного прибора соответствует большему разме­ру детали, а другого — меньшему размеру. Положение стрелок у нулевого деления означает, что под щупом датчика проходят детали заданных размеров.

Вместо электроизмерительных приборов можно подключить к датчику электромагнитные счетчики, при помощи которых учиты­вается количество деталей брака — большего и меньшего размеров.

Счетчики можно заменить разноцветными сигнальными лам­пами.

Индукционные датчики преобразуют неэлектрические величины 8 индуктированную э. д. с, которая измеряется электроизмеритель­ным прибором.

В индукционном датчике (рис. 94) катушка 1, помещенная на сердечнике 2, перемещается в зазоре постоянного магнита 3 (или электромагнита) и в ней индуктируется э. д. с.

Для автоматического контроля размеров дета­ли в процессе ее обработки на станке применяют виброконтактный прибор с индукционным датчи­ком. Он позволяет значительно увеличить произ­водительность станков, облегчает труд рабочих, резко сокращает брак.

Схема устройства виброконтактного прибора приведена на рис. 95. Деталь обрабатывается шлифовальным кругом 7. Размеры обрабатывае­мой детали контролируются датчиком-щупом 6, выполненным в виде рычага. Щуп прижимается к детали 8 под действием плоской пружины 5. Ког­да по электромагниту 4 пропускают переменный ток, выступ щупа то притягивается к сердечнику

этого электромагнита, то отходит от него. При этом щуп получает колебательные движения по вертикали (100 раз в секунду).

Верхний конец щупа соединен с намагниченным от постоянного магнита 2 сердечником 3 второго электромагнита, обмотка которо­го соединена с электроизмерительным прибором — индикатором 1, Шкала индикатора отградуирована в миллиметрах.

При колебаниях щупа магнитное поле сердечника 3 пересекает витки электромагнита и в ней индуктируется э. д. с, под действием которой по обмотке измерительного прибора начинает проходить ток.

Когда щуп подводят к обрабатываемой детали, его рабочая часть ударяет о ее поверхность. По мере обработки детали размах колебаний щупа изменяется, а вместе с этим меняются индуктируемая в электромагните э. д. с. и сила тока в инди­каторе. По положению стрелки на шкале индикатора рабочий следит за размером обрабатываемой детали,

Такой прибор может работать ав­томатически и в момент достижения заданного размера через специальное устройство остановить станок.

Для измерения скорости враще­ния вала применяют электрические тахометры. Они состоят из индукци­онного датчика и индикатора. Дат­чик представляет собой маленький генератор электрической энергии. Напряжение, даваемое этим генератором, изменяется пропорционально скорости вращения его оси К зажимам датчика присоединяется индикатор-вольтметр, шкал; которого отградуирована в единицах скорости.

Чтобы определить скорость вращения вала машины, ось датчике соединяют с валом при помощи зубчатой или иной передачи. В об­мотке датчика индуктируется э. д. с, пропорциональная скорости вращения вала. Ее величину показывает стрелка на шкале прибора.

Для измерения температуры используется зависимость величи­ны э. д. с. термопары от температуры нагрева места ее спая.

На рис. 96 показан термоэлектрический измеритель температу­ры. Он состоит из датчика 1 в виде термопары и индикатора 2 — электроизмерительного прибора, шкала которого отградуирована в градусах температуры. Этим электротермометром можно измерять температуру, например, в пределах от 0 до 100° С.

На рис. 97 показана схема использования пьезоэлектрического датчика для измерения давления.

Через трубку 1 пьезоэлектрического манометра пар, давление которого необходимо измерить, воздействует на мембрану 2 и через шайбу 3 передается на две пластинки 4 пьезоэлектрика из кварца. При сжатии кварца на его концах, соединенных с электродом 6, по­является отрицательный электрический заряд, а на противоположных концах кварцевых пласти­нок, соединенных с корпусом 5, -- положительный заряд.

Электрод 6 и корпус 5 мано­метра проводниками соединяются с индикатором — электроизмерительным прибором 7, шкала которого отградуирована в единицах измерения давления.

Этот прибор измеряет величину зарядов, возникающих на квар­цевых пластинках, а следовательно, и давление.

Пьезоэлектрические манометры пригодны для измерения больших и очень малых давлений. Это связано с тем, что ничтожно ма­лое количество электричества, появляющееся на концах пьезоэлектриков при весьма малых давлениях, можно подать на усилитель, а затем измерить электроизмерительным прибором.

Контрольные вопросы

1. Какими приборами измеряется сила тока, напряжение и сопротивление?
2. Назовите преимущества приборов электромагнитной системы.
3. На каком принципе основано действие приборов магнитоэлектрической системы?
4. Для чего к амперметру подключают шунт?
5. По какой формуле можно вычислить величину добавочного сопротивления, Присоединяемого к вольтметру?
6. Какими приборами измеряют расход электрической энергии?
7. Для чего служат датчики?
8. Изобразите схему включения ваттметра.
9. По какой формуле вычисляется неизвестное сопротивление, измеренное Гостом, при его электрическом равновесии?

ГЛАВА VII ТРАНСФОРМАТОРЫ