Электрические измерения неэлектрических величин

Измерение различных неэлектрических величин (перемещений, усилий, температур и т. п.) электрическими методами выполняют с помощью устройств и приборов, преобразующих неэлектрические величины в зависимые от них электрические, которые измеряют электроизмерительными приборами со шкалами, градуированными в единицах измеряемых неэлектрических величин.

Преобразователи неэлектрических величин в электрические, или датчики , разделяют на параметрические , основанные на изменении какого-либо электрического или магнитного параметра (сопротивления, индуктивности, емкости, магнитной проницаемости и т. п.) под действием измеряемой величины, и генераторные , в которых измеряемая неэлектрическая величина преобразуется в зависимую от нее э. д. с. (индукционные, термоэлектрические, фотоэлектрические, пьезоэлектрические и другие). Параметрическим преобразователям необходим посторонний источник электрической энергии, а генераторные сами являются источниками энергии.

Один и тот же преобразователь можно использовать для измерения различных неэлектрических величин и, наоборот, измерение какой-либо неэлектрической величины можно выполнить с помощью преобразователей различных типов.

Кроме преобразователей и электроизмерительных приборов, установки для измерения неэлектрических величин имеют промежуточные звенья — стабилизаторы, выпрямители, усилители, измерительные мосты и т. п.

Для измерения линейных перемещений применяют индуктивные преобразователи — электромагнитные устройства, у которых параметры электрических и магнитных цепей изменяются при перемещении ферромагнитного магнитопровода или якоря, соединенного с перемещающейся деталью.

Для преобразования значительных перемещений в электрическую величину используют преобразователь с подвижным ферромагнитным поступательно движущимся магиитопроводом (рис. 1, а). Поскольку положение магнитопровода определяет индуктивность преобразователя (рис. 1, б), а следовательно, и его полное сопротивление, то при стабилизированном напряжении источника электрической энергии переменного напряжения неизменной частоты, питающего цепь преобразователя, можно по току судить о перемещении детали, механически связанной с магнитопроводом. Шкалу прибора градуируют в соответствующих единицах измерения, например в миллиметрах (мм).

Рис. 1. Индуктивный преобразователь с подвижным ферромагнитным магнитопроводом: а — схема устройства, б — график зависимости индуктивности преобразователя от положения его магнитопровода.

Для преобразования малых перемещений в удобную для электрического измерения величину применяют преобразователи с изменяющимся воздушным зазором в виде подковы с обмоткой и якорем (рис. 2, а), который жестко связан с перемещаемой деталью. Всякое перемещение якоря приводит к изменению тока / в обмотке (рис. 2, б), что позволяет при неизменном переменном напряжении стабильней частоты градуировать шкалу электроизмерительного прибора в единицах измерения, например в микрометрах (мкм).

Рис. 2. Индуктивный преобразователь с изменяющимся воздушным зазором: а — схема устройства, б — график зависимости тока обмотки преобразователя от воздушного зазора в магнитной системе.

Большей чувствительностью обладают дифференциальные индуктивные преобразователи с двумя одинаковыми магнитными системами и одним общим якорем, расположенным симметрично относительно обоих магнитопроводов с воздушным зазором одинаковой длины (рис. 3), у которых линейное перемещение якоря из его среднего положения одинаково изменяет оба воздушных зазора, но с разными знаками, что нарушает равновесие предварительно уравновешенного моста переменного тока из четырех обмоток. Это дает возможность судить о перемещении якоря по току измерительной диагонали моста, если он получает питание при стабилизированном переменном напряжении неизменной частоты.

Рис. 3. Схема устройства дифференциального индуктивного преобразователя.

Для измерения механических усилий, напряжений и упругих деформаций, возникающих в деталях и узлах различных конструкций, применяют проволочные преобразователи — тензорезисторы , которые деформируясь, вместе с исследуемыми деталями, наменяют свое электрическое сопротивление. Обычно сопротивление тензорезистора составляет несколько сотен ом, а относительное изменение его сопротивления — десятые доли процента и зависит от деформации, которая в пределах упругости прямо пропорциональна приложенным усилиям и возникающим механическим напряжениям.

Тензорезисторы изготовляют в виде зигзагообразно расположенной проволоки большого удельного сопротивления (константан, нихром, манганин) диаметром 0,02 — 0,04 мм либо из медной специально обработанной фольги толщиной 0,1 — 0,15 мм, которые заклеивают бакелитовым лаком между двумя слоями тонкой бумаги и подвергают термической обработке (рис. 4, а).

Рис. 4. Тензорезистор: а — схема устройства: 1 — деформируемая деталь, 2 — тонкая бумага, 3 — проволока, 4 — клей, 5 — выводы, б — схема включения в плечо неуравновешенного моста резисторов.

Изготовленный тензорезистор приклеивают к тщательно очищенной деформируемой детали очень тонким слоем изоляционного клея так, чтобы направление ожидаемой деформации детали совпало с направлением длинных сторон петель проволоки. При деформации тела приклеенный тензорезистор воспринимает эту же деформацию, что изменяет его электрическое сопротивление вследствие изменения размеров проволоки датчика, а также структуры ее материала, которая сказывается на удельном сопротивлении проволоки.

Поскольку относительное изменение сопротивления тензорезистора прямо пропорционально линейной деформации исследуемого тела, а следовательно, и механическим напряжениям внутренних сил упругости, то, пользуясь показаниями гальванометра измерительной диагонали предварительно уравновешенного моста резисторов, одним из плеч которого является тензорезистор, можно судить о значениях измеряемых механических величин (рис. 4, б).

Применение неуравновешенного моста резисторов требует стабилизации напряжения источника питания или применения в качестве электроизмерительного прибора магнитоэлектрического логометра, на показания которого изменение напряжения в пределах ±20 % номинального, указанного на шкале прибора, существенного влияния не оказывает.

Для измерения температуры различных сред применяют термочувствительные и термоэлектрические преобразователи . К термочувствительным преобразователям относятся металлические и полупроводниковые терморезисторы, сопротивление которых в значительной степени зависит от температуры (рис. 5, а).

Наибольшее распространение получили платиновые терморезисторы для измерения температуры в диапазоне от -260 до +1100 °С и медные терморезисторы — для интервала температур от -200 до +200 °С, а также полупроводниковые терморезисторы с отрицательным коэффициентом электрического сопротивления — термисторы, отличающиеся высокой чувствительностью и малыми размерами по сравнению с металлическими терморезисторами, для измерения температур от -60 до +120 °С.

Для защиты термочувствительных преобразователей от повреждений их помещают в тонкостенную стальную трубу с запаянным дном и устройством для присоединения выводов к проводам неуравновешенного моста резисторов (рис. 5, б), что позволяет по току измерительной диагонали судить об измеряемой температуре. Шкалу магнитоэлектрического логометра, используемого в качестве измерителя, градуируют в градусах Цельсия (°С).

Рис. 5. Терморезисторы: а — графики зависимости изменения относительного сопротивления металлов от температуры, б — схема включения терморезисторов в плечо неуравновешенного моста резисторов.

Термоэлектрические преобразователи температуры — термопары , генерирующие небольшую э. д. с. под влиянием нагрева места соединения двух разнородных металлов, помещают в защитную пластмассовую, металлическую или фарфоровую оболочку в зоне измеряемых температур (рис. 6, а, б).

Рис. 6. Термопары: а — графики зависимости э. д. с. от температуры термопар: ТПП — платинородий-платиновой, ТХА — хромель-алюмелевой, ТХК-хромель-копелевой, б — схема установки для измерения температуры с помощью термопары.

Свободные концы термопары соединяют однородными проводниками с магнитоэлектрическим милливольтметром, шкала которого проградуирована в градусах Цельсия. Наибольшее распространение получили следующие термопары: платинородий — платиновая для измерения температур до 1300 °С и кратковременно до 1600 °С, хромель-алюмелевая для температур соответственно указанным режимам — 1000 °С и 1300 °С и хромель-копелевая, предназначенная для длительного измерения температур до 600 °С и кратковременного — до 800 °С.

Электрические методы измерения различных неэлектрических величин широко применяют в практике, поскольку они обеспечивают высокую точность измерений, отличаются широким диапазоном измеряемых величин, позволяют выполнять измерения и регистрацию их на значительном расстоянии от места расположения контролируемого объекта, а также дают возможность проводить измерения в труднодоступных местах.

Источник

Измерение неэлектрических величин электрическими методами.

Измерение неэлектрических величин электрическими методами — обширная область измерительной техники.

Быстрое развитие этой области объясняется возможностью непрерывного измерения, измерения на расстоянии, высокой точностью и чувствительностью.

Соблюдение любого технологического процесса можно обеспечить только применением измерительной техники и автоматики.

В большинстве случаев измерение неэлектрических величин сводится к тому, что неэлектрическая величина преобразуется в зависимую от нее электрическую, измерение которой позволяет определить и неэлектрическую величину. Элемент измерительного устройства, преобразующий неэлектрическую величину в электрическую, называется измерительным преобразователем.

Если неэлектрическая величина преобразуется в один из электрических параметров r, L или C, то преобразователь — параметрический, если неэлектрическая величина преобразуется в э.д.с., то преобразователь — генераторный.

Параметрические преобразователи делятся по принципу действия на следующие группы:

1. Реостатные преобразователи. Зависимость сопротивления реостата от измеряемой неэлектрической величины, которая воздействует на его движок, используется для измерения объема и уровня жидкостей, для измерения перемещения деталей и т.д.

2. Преобразователи контактного сопротивления. В основе их работы лежит зависимость контактного сопротивления от измеряемой величины, например давления, деформации и т.д.

3. Проволочные преобразователи. Их работа основана на изменении сопротивления проволоки при ее деформации.

4. Преобразователи-термосопротивления. Зависимость температуры и сопротивления провода при тепловом равновесии как от тока, так и от ряда физических величин, определяющих окружающую среду, используется для измерения температур, скорости движения газов, для определения составов газа и др.

5. Электролитические преобразователи. Зависимость электрического сопротивления раствора электролита от его концентрации используется для измерения концентрации растворов электролитов и для количественного анализа жидкостей и газов, растворенных в жидкости.

6. Индуктивные преобразователи. Зависимость индуктивности преобразователя от изменения положения одной из его частей под действием измеряемой величины используется для измерения силы, давления, линейного перемещения.

7. Магнитоупругие преобразователи. Зависимость магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника преобразователя, а следовательно и индуктивного сопротивления преобразователя от механических напряжений, действующих на сердечник, используется для измерения механических величин.

8. Емкостные преобразователи. Изменение емкости преобразователя под действием силы, давления, линейного перемещения, угла поворота, количества вещества, содержания влаги, используется для измерения этих величин.

9. Фотоэлектрические преобразователи. Получение фототока, определяемого световым потоком, который зависит от измеряемой неэлектрической величины, или получение импульса фототока, частота которых зависит от измеряемой величины, используется для измерения линейных размеров, температуры, прозрачности и мутности жидкостей и газовой среды.

10. Ионизационные преобразователи. Зависимость ионизационного тока от ряда факторов используется для анализа газа и определения его плотно- сти, определения геометрических размеров изделий и т.д.

Генераторные преобразователи делятся по принципу действия на следующие группы:

1. Индукционные преобразователи. Преобразование измеряемой неэлектрической величины в индуцированную э.д.с. используется для измерения скорости, линейных или угловых перемещений.

2. Термоэлектрические преобразователи. Возникновение термо-э.д.с. в цепи преобразователя и зависимость ее от температуры используется для измерения.

3. Пьезоэлектрические преобразователи. Пьезоэлектрический эффект, т.е. возникновение э.д.с. в некоторых кристаллах под действием механических сил, используется для измерения этих сил, давлений и геометрических размеров изделий.

Устройство для измерения неэлектрических величин электрическим путем в простейшем случае состоит из преобразователя, соединительных проводов и измерительного механизма, на шкале которого обычно наносятся значения измеряемой неэлектрической величины. В большинстве же случаев измерительные устройства усложняются применением: а) специальных схем; б) источников питания; в) стабилизаторов; г) выпрямителей; д) усилителей и т.д.

Принцип работы и упрощенные схемы некоторых наиболее распространенных измерительных преобразователей рассмотрены далее.

1. Реостатные преобразователи

Реостатный преобразователь — это реостат (рис. 57), движок которого перемещается под действием измеряемой неэлектрической величины х так, что величина сопротивления реостата r зависит от величины х. Измерив r, можно найти х.

В схемах на рис. 58а и 58б с реостатным преобразователем использованы однорамочные магнитоэлектрические измерительные механизмы, а в схеме на рис. 58в применен двухрамочный механизм логометра.

Пример применения реостатного преобразователя для измерения уровня или объема жидкости показан на рис. 59.

Изменение положения поплавка, определяемого уровнем или объемом жидкости, вызывает изменение сопротивлений r1 и r2 , включенных последовательно с катушками логометра. В результате изменяются отношения токов в катушках и показания прибора. Шкала прибора градуируется в значениях измеряемой величины объема или уровня жидкости.

Рис. 57. Реостатный преобразователь

Рис. 58. Схемы с реостатным преобразователем

Рис. 59. Схема уровнемера

2. Преобразователи контактного сопротивления

Столбик из 10—15 угольных шайб (d=0,5—1 см), на концах которого расположены латунные диски с выводами для включения в измерительную цепь, зажат между двумя винтами а и б (рис. 60), изолированными от столбика слюдяными прокладками. Электрическое сопротивление столбика зависит от его сжатия, так как при этом изменяется переходное сопротивление между шайбами. Таким образом, по изменению электрического сопротивления столбика можно определить механическую силу Р, действующую на винт б.

Применение двух столбиков (рис. 61) — при действии на которые измеряемой силы Р увеличивается сжатие одного и уменьшается сжатие другого столбика — дает увеличение точности измерения.

Включение двух столбиков в два смежных плеча измерительного моста устраняет влияние температуры на результат измерения, так как изменение температуры вызовет одинаковое изменение сопротивлений обеих столбиков и равновесие моста сохранится.

Рис. 60. Преобразователь с угольными шайбами

Рис. 61. Дифференциальный преобразователь с угольными шайбами

3. Проволочные преобразователи

Эти преобразователи изготавливаются из тонкой проволоки (d=0,02—0,04 мм), концы которой привариваются к медным выводам (рис. 62). Проволока закрепляется специальным клеем между двумя листочками тонкой бумаги площадью 0,1—10 см2.

Преобразователь приклеивается на поверхность испытываемой детали или конструкции и воспринимает ее деформацию, при этом изменяются размеры, удельное сопротивление материала и сопротивление преобразователя. По относительному изменению сопротивления можно определить механические напряжения, возникающие в детали или конструкции.

Рис. 62. Схема проволочного преобразователя

Для преобразователей применяется проволока из константана, нихрома или железо-хромоалюминиевого сплава — материалов, обладающих большой относительной чувствительностью, малым температурным коэффициентом и большим удельным сопротивлением.

Сопротивление преобразователя — несколько сотен ом, а относительное изменение сопротивления — десятые доли процента.

Для устранения влияния температуры применяют два одинаковых преобразователя: один — «рабочий», другой — «нерабочий», которые включаются в два смежных плеча измерительного моста. Рабочий преобразователь наклеивается на поверхность испытываемой детали, а нерабочий — на поверхность из такого же металла, что и испытываемая деталь.

Проволочные преобразователи являются разовыми, т.е. наклеиваются 1 раз.

Партия преобразователей, изготовленных из одной и той же проволоки, при одинаковом сопротивлении и одинаковой технологии обладает характеристиками совпадающими с точностью до 1%. Получив указанную характеристику для одного из преобразователей данной партии, можно применять ее для остальных преобразователей этой партии.

4. Термосопротивления

Прохождение электрического тока по проводу сопровождается выделением тепла, которое частично идет на нагревание провода, частично отдается в окружающую среду конвекцией, теплопроводностью и излучением.

При установившемся тепловом равновесии температура провода и его сопротивление зависят от тока в проводе и от причин, влияющих на отдачу тепла в окружающую среду. К ним относятся: размеры провода, его конфигурация и арматура, температура провода и среды, скорость движения среды, ее состав, плотность и др.

Указанные зависимости используются для измерения температуры, скорости, плотности и состава газовой среды по сопротивлению провода. Провод, предназначенный для указанной цели, является измерительным преобразователем и носит название термосопротивления.

При применении термосопротивления необходимо создать условия, в которых измеряемая неэлектрическая величина оказывает наибольшее влияние на величину термосопротивления, а остальные величины, наоборот, по возможности не влияют на его величину. Следует стремиться к уменьшению теплоотдачи, возникающей благодаря теплопроводности выводных зажимов провода и лучеиспусканию. При длине провода, превосходящей в 500 или большее число раз его диаметр, отдачей через теплопроводность выводных зажимов провода можно пренебречь, если разность температур провода и среды не превышает 100 °C.

Рассмотрим газоанализаторы, в которых термосопротивление применяется для определения содержания газа в газовой смеси.

Смесь из двух газов, не вступающих друг с другом в химическую реакцию, имеет теплопроводность, равную среднему арифметическому теплопроводностей составляющих,

где l12, l1, l2 — теплопроводности смеси и ее составляющих; a и b — процентное содержание составляющих газовой смеси.

Приняв во внимание, что (b = 100 – a), можем написать:

Измерив теплопроводность смеси l12 и зная теплопроводности l1 и l2, можно определить процентное содержание одной из составляющих газовой смеси. При этом необходимо, чтобы температура термосопротивления, а следовательно, и его сопротивление при прохождении по нему тока I = const зависели только от теплопроводности смеси.

Газоанализатор углекислого газа (рис. 63) имеет два одинаковых термосопротивления r1 и r2, включенных в два смежных плеча моста. Первое — рабочее — находится в камере, в которой проходит газовая смесь, второе — нерабочее, расположенное в камере с воздухом. На шкале измерителя нанесены деления, дающие значения содержания СО2.

В термометрах сопротивления термосопротивления применяются для измерения температур. Обычно они изготавливаются из проволоки, материал которой должен обладать большим температурным коэффициентом сопротивления: платина до 500 °C, никель до 300 °C, медь до 150 °C. Проволоку наматывают на каркас из пластмассы или слюды и помещают в защитную оболочку, размеры и форма которой определяются назначением термометра.

Сопротивление термометра обычно составляет 50 или 100 Ом.

По величине сопротивления преобразователя определяют его температуру, а следовательно и температуру окружающей его среды.

Для измерения часто применяют схему неуравновешенного моста с магнитоэлектрическим логометром (рис. 64). Три плеча моста r1, r2, r3 выполнены из манганина, четвертое rT — термосопротивление. Две рамки (rЛ1 и rЛ2) логометра включены в диагональ моста, общая точка их через сопротивление r5 соединена с вершиной моста г.

При равновесии моста (r2=r3, r1=rТ, rЛ1=rЛ2), когда потенциалы точек б и в одинаковые, в рамках логометра идут одинаковые токи встречного направления. При нарушении равновесия токи в рамках логометра изменяются. Их приращения не равны и имеют противоположные знаки, что влечет за собой поворот стрелки логометра.

Рис. 63. Схема газоанализатора СО₂

Рис. 64. Схема моста с логометром термометра сопротивления

5. Электролитические преобразователи

Удельная электропроводность электролита зависит от его концентрации, поэтому концентрацию можно определить по величине его сопротивления.

Измерительный электролитический преобразователь представляет собой сосуд с испытуемым электролитом и двумя электродами (рис. 65).

Во избежание электролиза измерение сопротивления электролита производится на переменном токе. Для устранения влияния температуры применяется температурная компенсация. Один из термокомпенсаторов показан на рис. 65. Он представляет собой медно-никелевое сопротивление rк, расположенное в растворе и соединенное с разветвлением из искомого сопротивления rх и шунтирующего манганинового сопротивления r1. Сопротивления r1 и rк подобраны так, что изменение сопротивления электролита, вызванное изменением его температуры, с точностью до 1—2% компенсируется изменением сопротивления rк.

Рис. 65. Схема электролитического преобразователя

Измеряемое сопротивление rх находится по сопротивлению rа,б между точками а, б схемы, которое определяется обычно при помощи неуравновешенного измерительного моста, в одно из плеч которого включаются зажимы а, б электролитического преобразователя. Мост питается через стабилизатор от сети переменного тока. На выходе моста включается выпрямительный миллиамперметр, шкала которого проградуирована в значениях концентрации раствора электролита.

6. Индуктивные преобразователи

Индуктивный преобразователь (рис. 66) — это электромагнит, якорь которого перемещается под действием измеряемой механической величины Р: силы, давления, линейного перемещения. Изменение положения якоря изменяет воздушный зазор d, а следовательно и индуктивность катушки электромагнита и ее полное сопротивление.

В дифференциальном преобразователе (рис. 67) перемещение якоря вызывает увеличение индуктивности одной катушки и уменьшение индуктивности другой, что повышает чувствительность преобразователя. Включение двух катушек в смежные плечи измерительного моста дает температурную компенсацию. В индуктивном преобразователе трансформаторного типа (рис. 68) первичная обмотка питается переменным током с постоянным действующим значением. Под действием измеряемой механической величины Р изменяется воздушный зазор d, магнитное сопротивление цепи, а следовательно и магнитный поток, пронизывающий вторичную обмотку, к зажимам которой присоединен вольтметр. Таким образом, вторичная индуктированная э.д.с. и показания вольтметра зависят от измеряемой величины.

Рис. 66. Схема индуктивного преобразователя

Рис. 67. Схема индуктивного дифференциального преобразователя

Рис. 68. Схема индуктивного преобразователя-трансформатора

7. Емкостные преобразователи

Емкостный преобразователь представляет собой конденсатор, емкость которого изменяется под действием измеряемой неэлектрической величины.

Так как емкость конденсатора зависит от площади электродов, их формы, расстояния между ними и его диэлектрической проницаемости, то эти преобразователи можно применять для измерения тех неэлектрических величин, значения которых влияют на один из перечисленных выше параметров емкостного преобразователя.

В емкостных манометрах и динамометрах под действием измеряемого давления P или силы F изменяется воздушный зазор d (рис. 69) между двумя пластинами конденсатора.

Работа емкостного преобразователя для измерения толщины резиновой ленты 1, которая протягивается между двумя неподвижными электродами 3 (рис. 70), основана на влиянии толщины ленты на изменение воздушного зазора и емкости преобразователя.

Емкостный преобразователь для измерения влажности зерна, порошка, волокна, пряжи, представляет собой цилиндрический конденсатор (рис. 71). Внутренний электрод имеет форму цилиндрического стержня, наружный электрод — форму стакана, внутреннее пространство до определенного уровня заполняется

Рис. 69. Принцип работы емкостного манометра и динамометра

Рис. 70. Схема устройства емкостного преобразователя для измерения толщины ленты

Рис. 71. Принцип устройства емкостного преобразователя влагомера

испытываемым материалом. Содержание влаги в испытываемом материале резко увеличивает емкость вследствие большой диэлектрической проницаемости воды.

Емкостные преобразователи имеют малую емкость, поэтому измерение их емкости производится при повышенной или высокой частоте с помощью электронных усилителей.

8. Ионизационные преобразователи

Структурная схема одного из ионизационных преобразователей с радиоактивным изотопом для непрерывного измерения толщины движущейся ленты или стального проката показана на рис. 72.

Радиоактивное излучение изотопа 1 частично поглощается изделием 2. Количество энергии, полученной датчиком 3, зависит от толщины изделия и материала. Датчик 3 через усилитель 4 соединен с измерительным механизмом 5, дающим значение измеряемой величины.

В измерителе давления газа под действием излучения изотопа 1 (рис. 73) в сосуде 2 происходит ионизация газа. Интенсивность ионизации и ионизационный ток, проходящий по цепи под действием напряжения U, зависят от давления газа. Измерительный механизм 5 включен через усилитель 4 на сопротивление 3, на котором создается падение напряжения, пропорциональное ионизационному току.

Рис. 72. Схема ионизационного преобразователя для измерения толщины ленты

Рис. 73. Схема прибора для измерения давления газа

9. Индуктивные преобразователи

В индукционном преобразователе — приборе для измерения скорости вращения — измеряемая величина преобразуется в пропорциональную ей э.д.с. Тахометр (рис. 74) представляет собой маленькую магнитоэлектрическую машинку, якорь которой вращается между полюсами постоянного магнита, а напряжение на зажимах будет пропорционально скорости вращения якоря. Якорь механически связан с валом машины, скорость которой измеряется, поэтому показание вольтметра, присоединенного к зажимам якоря, пропорционально измеряемой скорости вращения.

Индукционный тахометр с вращающимся магнитом (рис. 75) состоит из алюминиевого диска 1, укрепленного на одной оси со стрелкой 2, и постоянного магнита, механически связанного с валом машины, скорость которой измеряется. При вращении постоянного магнита в диске индуцируется э.д.с. и вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с полем постоянного магнита создается вращающий момент, вызывающий поворот диска на угол, при котором этот момент уравновешивается моментом пружины 3. Каждой скорости вращения

соответствует определенный угол поворота подвижной части.

Рис. 74. Схема индукционного тахометра

Рис. 75. Устройство тахометра с вращающимся магнитным полем

10. Пьезоэлектрические преобразователи

Пьезоэлектрический эффект, используемый в преобразователях, заключается в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллических диэлектриков (кварц) под действием механических напряжений или деформаций.

Измеряемое давление Р действует на дно корпуса преобразователя (рис. 76), являющееся мембраной. Две пластинки кварца зажаты между тремя металлическими прокладками. Между верхней прокладкой и крышкой корпуса расположен шарик, обеспечивающий равномерность распределения измеряемого давления. К средней прокладке — отрицательному электроду — присоединен провод, изолированный от корпуса втулкой.

Рис. 76. Пьезоэлектрический кварцевый преобразователь для измерения давления

Разность потенциалов между отрицательным электродом и корпусом пропорциональна давлению Р, которое и определяют по разности потенциалов.

Заряды при снятии давления исчезают, поэтому необходима хорошая изоляция отрицательного электрода.

Отрицательный электрод соединяется с сеткой первой лампы усилителя, на выходе которого включается измерительный механизм.

11. Термоэлектрические преобразователи

Сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма с термоэлектрическим преобразователем — термопарой (рис. 77), предназначенное для измерения температур, называется термоэлектрическим пирометром.

Нагревание рабочего конца термопары вызывает термо-э.д.с. и ток в цепи измерительного механизма, по отклонению подвижной части которого и определяется температура. Провода термопары должны быть достаточно длинными, чтобы их свободные концы находились в среде с температурой, при которой градуировался пирометр. При измерении невысоких температур влияние температуры свободных концов термопары может быть очень большим. Для устранения этого влияния свободные концы помешают в термостат с постоянной температурой.

Для термопар применяют: медь — константан (до 300 °C), медь — никель (до 600 °C), железо — копель (до 800 °C), хромель — копель (до 800 °C), хромель — алюмель (до 1300 °C), платину — платинородий (до 1600 °C).

Рис. 77. Схема термоэлектрического пирометра

Для защиты от механических повреждений и действия газов термопары помещают в защитные трубки из латуни, стали, фарфора или других материалов.

Источник