Тема: Измерване на неелектрически ценности
1. Общи въпроси за измерване на неелектрически променливи по електрически път
В процеса на промишлени и научни дейности, заедно с измерване на електрически величини, съществува необходимост в измерването на голям брой на неелектрически количества (температура, налягане, поток, влажност и др равнище. Г.).
Измерване на неелектрически количества могат да бъдат изпълнени от неелектрически и електрически измервателни уреди.
Измерване неелектрически количества по електрически път има редица предимства, които определят тяхното широко използване. Основните предимства на прилагане на електрически средства са:
1) възможността за измерване на разстояние, когато резултатът от измерването може да бъде получено при значително разстояние от обекта на проучване;
2) лекота на използване на електрически измервателни сигнали за решаване на проблеми автоматични контрол;
3) с висока чувствителност и ниска инерция.
С всички разнообразие от начини и методи за измерване на неелектрически количества посредством електрически измервателни уреди, тяхната общоприложимост е, че неелектрически количеството измерена предварително превърнато в пропорционални електрически и (ток, напрежение, честота, устойчивост и т.н.) и след това се измерва известни средства за електрически измервания. Блоковата схема на измервателната схема, показана на фиг. 1.
Фиг. 1. Блоковата схема на измервателната верига:
х - измерена неелектрически количество; Y = е (х) - електрическа количество пропорционално на х; л - неелектрически измерената стойност брой; SP - предавател (датчик); IU - електрическа измервателно устройство (вторично устройство)
2. Измервателни преобразуватели на неелектрически ценности
Задължителен елемент на всяка неелектрически измервателна схема за измерване на електрически величини чрез датчик (SP).
По принципа на всички IP дейности са разделени на: 1) генератор; 2) параметри.
Генератор SP под влиянието на неелектрически количество измерена генерират (генерира) електрическата енергия (EMF и ток и т.н.), пропорционален на измерваната величина.
Параметрични наречен SP, в които под въздействието на измерените неелектрически количества променят всички електрически параметри (съпротивление, капацитет, индуктивност, и т.н.).
2.1 Генериране преобразуватели
2.1.1 Индукционна SP
Принципът на действие на IP основава на явлението електромагнитна индукция (индуцирана едн във веригата, разположен в променливата на магнитното поле
Le: д г г w). DT DT
Като пример за индукционен датчик може да служи tachometric скорост преобразувател, схематично показано на фиг. 2.
Фиг. 2. Индукционна SP
За този случай,
където к - конструктивен фактор F - магнитен поток.
Фиг. 3 индукционни параметри конвертор вибрации
2.1.2 пиезоелектричен SP
Принципът на работа на IP базирани на пряката пиезоелектричен ефект, е появата на elektrichesih такси върху кристалните лицата на някои диелектрици под влиянието на механични натоварвания, действащи върху тях.
Такива диелектрици наречен пиезоелектричен (фероелектричен). Типични пиезоелектричен приложимо в техниката за измерване са: сол на Рошел, кварц, турмалин, бариев титанат, и т.н.) ..
Фиг. 4 Функционални пиезоелектричен SP: 1 - плоча от пиезоелектричен материал; 2 - електроди
където Q - презареждането; F - сила; к г - пиезо модул.
2.1.3 термоелектрически SP (термодвойки)
Принципът на работа на IP базирани на термоелектрически ефект (Зеебек ефект) на, същността на която се състои в това, че когато двете различни проводници на мястото на тяхната връзка възниква EMF (термоелектрически), в зависимост от вида на диригент материал, както и температурата на кръстопът.
Проводниците, представляващи термодвойката се наричат thermoelectrodes. Поставете thermoelectrodes съединения, наречени работен или горещ възел. Противоположните краища се наричат студено или свободен (фиг. 5).
Фиг. 5. термоелектрически преобразувател (термодвойка):
1 - thermoelectrodes; 2 - гореща (работно) възел; 3 - студен (свободни краища)
Термо едн разработен от термодвойката е пропорционална на температурната разлика между горещия възел и студени краища и малък температурен диапазон може да се изрази чрез линейна зависимост на живота:
където т г - температурата на горещата възел; т х - температурата на свободните краища, - коефициент в зависимост от гама thermoelectrodes материала и температурата.
Като цяло NSH термодвойки за пълен мащаб са нелинейни и тяхното използване за измерване на температурата е необходимо да се предвидят мерки за линеаризация.
Като материал за thermoelectrodes използва двете чисти метали и техните сплави, такива като мед, никел, платина, chromel, хромалумелова, Copel и сътр.
2.2 параметрични преобразуватели
2.2.1 Индуктивен SP
Принципът на работа на тези конвертори, базирани на зависимостта на взаимно индуктор или дросели с феромагнитна сърцевина на позицията и геометричните размери на магнитното състояние на магнитни елементи верига.
Един от дизайнерските решения на индуктивен преобразувател обяснява принципа на неговото действие е показана на фиг. 6.
Фиг. 6 Принцип на действие на индуктивен SP: х R L Z m
Est зависимостта на импеданс Z на намотката на въздушната междина делта показано на фиг. 7.
Фиг. 7 Зависимостта на Z на δ
Примери на други структури SP индукция са показани на Фиг. 8
Фиг. Примери 8 индуктивни структури SP
2.2.2 Gage (щам) SP
В основата на щам наблюдение преобразуватели щам ефект е явление се състои в промяна на резистентност проводник (полупроводникови) при механична деформация.
Както е известно съпротивление на проводника, определена от отношението
Когато деформация променя дължина L и областта сечение S. и поради кристалната решетка деформация - съпротивление р, което води до промяна в R. на резистентност
Щам ефект е характеристика на материал относителна Gage фактор S М определя като съотношението на промяна резистентност към промените дължината на проводника .:
Дизайнът на tenzopreobrazovatel на проводник, показан на Фиг. 9.
Примери на структури саботира tensoconverters показани на Фиг. 10.
В момента, когато измерването на налягането на течности и газове, които обикновено се използват полупроводникови tenzopreobrazovatel в която тънък силициев плоча, разположен субстрат изолатор (сапфир, корунд и т. Н.), оформен от тензодатчика и свързващите проводници (фиг. 11).
Фиг. 11 опростен дизайн на полупроводникови щам преобразувател манометрично налягане 1 - силициевата пластина; 2 - мембрана
Термочувствителни 2.2.3 (РТС) SP
Принципът на работа на тези конвертори, базирани на зависимостта на електрически проводници резистентност и полупроводници от температурата.
Най-широко използваните Термисторите са изработени от мед и планове
За мед конвертор се характеризира с линейна устойчивост срещу температура:
където R 0 - съпротивление при 0 ° С; α - температурен коефициент
За платина конвертор нелинейна зависимост и при температури, вариращи от 0 ° С до 650 ° С се получава от:
R т R 0 (1 2 В Bt),
където А и В - постоянни коефициенти.
При -60 ° С от температурата варира до 120 ° С се използват полупроводникови термистори (температурен коефициент). Те могат да имат отрицателен температурен коефициент (TCR) - съпротивление намалява с повишаване на температурата (NTC -rezistory) и положителен (като проводници) TCS (PTC -rezistory). Липса на полупроводниковите термистори - лошо възпроизводимост и нелинейност на характеристиките на превръщане:
R т R 0 ехр [B (1 т 1 т 0)]
2.2.4 Capacitive SP
Принципът на работа на тези преобразуватели, основани на промяната на електрически капацитет от размера, взаимното разположение на своите плочи и диелектрична константа на средата между тях.
За кондензатор паралелна плоча:
0 където ε - диелектрична константа; ε - относителна диелектрична константа на средата между плочите; S - активната площ на електродите; г - разстоянието между електродите. От този израз може да се види, че сондата може да бъде изградена с помощта на зависимостта С = F 1 (г), C = F 2 (S) и С = е 3 (ε).
Примери за конструктивни решения капацитивен датчик, показани на фиг. 12.
3 Методи и средства за измерване на параметрите на процеса в AIC
3.1 Измерване на температурата
(Виж Lab №13)
Когато се използват термодвойки като SP, измерения обект да се отстрани влиянието на температурата върху свободните краища, те трябва да бъдат отстранени от температурна зона променлива.
За тази цел, проводниците от същите материали, както за thermoelectrodes или прилагат специални удължаващото термодвойка проводници взети от материали, които са сдвоени (в ограничен температурен интервал от 0 ° С до 100 ° С) генерира същия термоелектрически че работниците thermoelectrodes. Таблица. 1 показва някои характеристики на разширение термодвойка (компенсаторна) кабели.
Таблица 1 - Характеристики на разширение термодвойка (компенсаторни) проводници
Измерване 3.2 Ниво
(Виж Lab №14)
3.3 налягане за измерване на течности и газове
предаватели налягане в повечето случаи са комбинация от чувствителен щам елемент (мембрани, тръбна пружина духало - Фигура 13.) превръщане на налягането в пропорционален обем или щам и преобразувател на това изместване (деформиране) в информацията за електрически измерване сигнал.
Фиг. 13 Разширяване SE
Както обем (деформиране) се използват индуктивни датчици, щам габарит, пиезоелектричен капацитивни и SP (фиг. 14).
Свързани статии