Mesures elèctriques de magnituds no elèctriques

La mesura de diverses magnituds no elèctriques (desplaçaments, forces, temperatures, etc.) per mètodes elèctrics es realitza amb l'ajuda d'aparells i instruments que converteixen magnituds no elèctriques en magnituds elèctricament dependents, que es mesuren amb instruments de mesura elèctrics amb balances calibrades en unitats de magnituds mesurades no elèctriques.

Convertidors de magnituds no elèctriques en elèctriques o sensors dividits en paramètrics basats en el canvi de qualsevol paràmetre elèctric o magnètic (resistència, inductància, capacitat, permeabilitat magnètica, etc.) sota la influència de la magnitud mesurada, i un generador en què el la quantitat no elèctrica mesurada es transforma en e. etc. (inducció, termoelèctrica, fotoelèctrica, piezoelèctrica i altres). Els convertidors paramètrics requereixen una font externa d'energia elèctrica, i les unitats generadores són fonts d'energia.

El mateix transductor es pot utilitzar per mesurar diferents magnituds no elèctriques, a la inversa, la mesura de qualsevol magnitud no elèctrica es pot fer utilitzant diferents tipus de transductors.

A més dels convertidors i aparells elèctrics de mesura, les instal·lacions de mesura de magnituds no elèctriques disposen de connexions intermèdies: estabilitzadors, rectificadors, amplificadors, ponts de mesura, etc.

Per mesurar desplaçaments lineals, utilitzeu transductors inductius: dispositius electromagnètics en què els paràmetres del circuit elèctric i magnètic canvien quan es mou el circuit magnètic ferromagnètic o l'induït connectat a la part mòbil.

Per convertir desplaçaments significatius en un valor elèctric, s'utilitza un transductor amb un magiconductor ferromagnètic mòbil que es mou en translació (Fig. 1, a). Atès que la posició del circuit magnètic determina la inductància del convertidor (Fig. 1, b) i, per tant, la seva impedància, llavors amb una tensió estabilitzada de la font d'energia elèctrica amb una tensió alterna de freqüència constant alimentant el circuit d'un convertidor, segons el corrent és possible que s'estima el moviment de la peça connectada mecànicament al circuit magnètic... L'escala de l'instrument es gradua en les unitats de mesura adequades, per exemple en mil·límetres (mm).

Arròs. 1. Convertidor inductiu amb circuit magnètic ferromagnètic mòbil: a — esquema del dispositiu, b — gràfic de la dependència de la inductància del convertidor de la posició del seu circuit magnètic.

Per convertir petits desplaçaments en un valor convenient per a la mesura elèctrica, s'utilitzen transductors amb un espai d'aire variable en forma de ferradura amb una bobina i una armadura (Fig. 2, a), que està fermament connectada a la part mòbil. Cada moviment de l'induït provoca un canvi en el corrent / a la bobina (Fig. 2, b), que permet calibrar l'escala del dispositiu de mesura elèctrica en unitats de mesura, per exemple, en micròmetres (μm), a una tensió alterna constant amb una freqüència estable.

Arròs. 2. Convertidor inductiu amb entrefer variable: a — diagrama del dispositiu, b — gràfic de la dependència del corrent de la bobina del convertidor de l'entrefer en el sistema magnètic.

Convertidors inductius diferencials amb dos sistemes magnètics idèntics i una armadura comuna, situats simètricament als dos circuits magnètics amb un entrefer de la mateixa longitud (Fig. 3), en els quals el moviment lineal de l'induït des de la seva posició mitjana modifica ambdós entrefers. igualment, però amb diversos signes que pertorben l'equilibri del pont de CA de quatre bobines pre-equilibrat. Això permet estimar el moviment de l'induït segons el corrent de la diagonal de mesura del pont, si aquest rep energia a una tensió alterna estabilitzada de freqüència constant.

Arròs. 3. Esquema del dispositiu del convertidor inductiu diferencial.

S'utilitza per mesurar forces mecàniques, tensions i deformacions elàstiques que es produeixen en peces i conjunts de diverses estructures transductors fil - tensió, els quals, en ser deformats, juntament amb les peces objecte d'estudi, modifiquen la seva resistència elèctrica.Normalment, la resistència d'un extensímetre és de diversos centenars d'ohms, i el canvi relatiu de la seva resistència és d'una dècima per cent i depèn de la deformació, que en els límits elàstics és directament proporcional a les forces aplicades i les tensions mecàniques resultants.

Els extensometres es fabriquen en forma de filferro en ziga-zaga d'alta resistència (constantan, nicrom, manganina) amb un diàmetre de 0,02-0,04 mm o d'una làmina de coure especialment processada amb un gruix de 0,1-0,15 mm, que estan segellades amb vernís de baquelita entre dues capes fines de paper i sotmès a tractament tèrmic (Fig. 4, a).

Arròs. 4. Tenòmetre: a — esquema del dispositiu: 1 — peça deformable, 2 — paper prim, 3 — filferro, 4 — cola, 5 — terminals, b — circuit per connectar un pont de resistències desequilibrades al braç.

L'extensímetre fabricat s'enganxa a una peça deformable ben neta amb una capa molt fina de cola aïllant de manera que la direcció de la deformació esperada de la peça coincideixi amb la direcció dels costats llargs dels bucles de filferro. Quan el cos es deforma, l'extensòmetre enganxat percep la mateixa deformació, que modifica la seva resistència elèctrica a causa d'un canvi en les dimensions del cable de detecció, així com l'estructura del seu material, que afecta la resistència específica del cable.

Com que el canvi relatiu en la resistència de l'extensímetre és directament proporcional a la deformació lineal del cos objecte d'estudi i, en conseqüència, a les tensions mecàniques de les forces elàstiques internes, aleshores, utilitzant les lectures del galvanòmetre a la diagonal de mesura de el pont de resistències preequilibrades, un dels braços del qual és l'extensomètrica, pot estimar el valor de les magnituds mecàniques mesurades (Fig. 4, b).

L'ús d'un pont de resistències desequilibrats requereix l'estabilització de la tensió de la font d'alimentació o l'ús d'una relació magnetoelèctrica com a dispositiu de mesura elèctrica, en les lectures del qual canvia la tensió dins del ± 20% de la tensió nominal indicada a l'escala. del dispositiu no té cap efecte significatiu.

Utilitzeu transductors termosensibles i termoelèctrics per mesurar la temperatura de diversos medis... Els transductors termosensibles inclouen termistors metàl·lics i semiconductors, la resistència dels quals depèn en gran mesura de la temperatura (Fig. 5, a).

Els més estesos són els termistors de platí per mesurar temperatures en el rang de -260 a +1100 ° C i els termistors de coure per a l'interval de temperatura de -200 a +200 ° C, així com els termistors semiconductors amb un coeficient negatiu de resistència elèctrica: termistors , caracteritzat per una alta sensibilitat i mida reduïda en comparació amb els termistors metàl·lics, per mesurar temperatures de -60 a +120 ° C.

Per protegir els transductors sensibles a la temperatura dels danys, es col·loquen en un tub d'acer de parets primes amb un fons segellat i un dispositiu per connectar cables als cables d'un pont de resistències desequilibrades (Fig. 5, b), cosa que fa possible per estimar la temperatura mesurada al llarg del corrent de la diagonal de mesura.L'escala de la relació magnetoelèctrica utilitzada com a metre es gradua en graus Celsius (°C).

Arròs. 5. Termistors: a — gràfics de la dependència del canvi de la resistència relativa dels metalls a la temperatura, b — un circuit per connectar termistors al braç d'un pont de resistències desequilibrades.

Transductors de temperatura termoelèctrics: termoparells, generació de petits e., etc. c) Sota la influència de l'escalfament del compost de dos metalls diferents, es col·loquen en una carcassa protectora de plàstic, metall o porcellana a la zona de les temperatures mesurades (Fig. 6, a, b).

Arròs. 6. Termoparells: a — gràfics de la dependència de d, etc. pàg per a la temperatura de termoparells: TEP-platí-rodi-platí, TXA-chromel-alumel, THK-chromel-copel, diagrama de muntatge b per mesurar la temperatura mitjançant un termopar.

Els extrems lliures del termoparell estan connectats per cables homogenis a un mil·livoltòmetre magnetoelèctric, l'escala del qual es gradua en graus Celsius. Els termoparells més utilitzats són: platí-rodi — platí per mesurar temperatures fins a 1300 ° C i durant un curt període de temps fins a 1600 ° C, cromel-alumel per a temperatures corresponents als règims indicats — 1000 ° C i 1300 ° C i chromel-bastard, dissenyat per a la mesura a llarg termini de temperatures de fins a 600 ° C i a curt termini - fins a 800 ° C.

Mètodes elèctrics per mesurar diverses magnituds no elèctriques S'utilitzen àmpliament a la pràctica, ja que proporcionen una alta precisió de mesura, es diferencien en una àmplia gamma de valors mesurats, permeten mesuraments i el seu registre a una distància considerable de la ubicació de l'objecte controlat, i també donen la possibilitat de realitzar mesures en llocs de difícil accés.