Глава седьмая
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ
7.9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Все более широкое распространение получают электрические методы измерения неэлектрических величин. Указанные методы основаны на преобразовании неэлектрической величины в электрическую. Элемент измерительного устройства, выполняющий эту функцию, называется первичным измерительным преобразователем.
Преобразователи разделяются на две основные группы:
- параметрические преобразователи, в которых измеряемая неэлектрическая величина воздействует на резистивный, или индуктивный, или емкостный элемент так, что каждому значению неэлектрической величины соответствует определенное значение r, или L, или С активного, индуктивного или емкостного элемента электрической цепи измерительного устройства. При изменении измеряемой неэлектрической величины в той же степени изменяется r, или L, или С;
- генераторные преобразователи, которые преобразуют измеряемую неэлектрическую величину в ЭДС.
Наиболее распространенными параметрическими датчиками являются:
а) реостатные преобразователи, в которых измеряемая неэлектрическая величина (например, линейное или угловое перемещение) воздействует на движок, изменяя его положение и тем самым сопротивление реостата;
б) преобразователи с терморезисторами, предназначенные для измерения температуры и основанные на зависимости
сопротивления проводников и полупроводников от температуры ;
в) проволочные преобразователи или тензорезисторы, основанные на изменении сопротивления тонкой константовой проволоки при ее деформации (предназначаются для измерения деформаций и, следовательно, сил, их вызывающих);
г) емкостные преобразователи, представляющие собой плоские или цилиндрические конденсаторы, емкость которых изменяется под действием измеряемой неэлектрической величины (предназначаются для измерения перемещений, механической силы, толщины диэлектрика, содержания влаги и т. д.);
д) индуктивные преобразователи, основанные на изменении индуктивности катушки при перемещении ее сердечника (или изменении воздушного зазора) под действием измеряемой неэлектрической величины: силы, давления, линейного перемещения;
е) фотоэлектрические преобразователи, использующие чувствительность фотоприемников к падающему на их поверхность световому потоку.
Параметрические преобразователи требуют наличия вспомогательного источника электрической энергии. К генераторным преобразователям относятся:
а) термоэлектрические преобразователи, чувствительным элементом которых является термопара (служат для измерения температуры);
 |
| Рис. 7.26. Измерение уровня реостатным датчиком |
 |
| Рис. 7.27. Измерение толщины индуктивным датчиком |
б) индукционные преобразователи, в которых измеряемая механическая величина преобразуется в индуктированную ЭДС;
в) пьезоэлектрические преобразователи, в которых используется появление электрических зарядов на поверхности некоторых кристалических диэлектриков (кварц и др.) под влиянием механических давлений.
Один и тот же тип преобразователя может быть применен для контроля и измерения различных неэлектрических величин, и, наоборот, для измерения какой-либо неэлектрической величины могут быть использованы преобразователи различных типов.
Рассмотрим несколько простейших примеров измерения неэлектрических величин.
При измерении уровня (объема) жидкости в каком-либо резервуаре подвижная часть преобразователя обычно механически связана с поплавком П, положение которого определяется измеряемым уровнем (объемом) (рис. 7.26).
Изменение положения поплавка вызывает перемещение движка Д реостатного преобразователя. Так как реостат включен в цепь, присоединенную к источнику электрической энергии, то, очевидно, каждому значению измеряемого уровня будет соответствовать определенное значение сопротивлений r1 и r2 электрической цепи и соответствующее им отношение токов I1/I2. Поэтому шкала логометра Л может быть отградуирована непосредственно в единицах измеряемого уровня (объема).
Для измерения малых перемещений может быть использован индуктивный преобразователь. На рис. 7.27 схематически изображено устройство для контроля толщины ленты.
Изменение толщины ленты 1 влечет за собой перемещение ролика 2, связанного с якорем 3 магнитопровода преобразователя. Изменение воздушного зазора δ вызывает изменение индуктивного сопротивления обмотки 4 и, следовательно, тока в цепи катушки.
В качестве примера использования генераторного преобразователя рассмотрим принцип действия индукционного тахометра для измерения частоты вращения. Якорь маломощной магнитоэлектрической машины (генератора постоянного тока, см. § 9.7) соединен с валом испытуемой рабочей машины непосредственно или через редуктор. Индуктированная в якоре ЭДС прямо пропорциональна частоте вращения вала (Е = п). Шкала вольтметра, присоединенного к выводам якоря, может быть отградуирована непосредственно в единицах частоты вращения (об/мин).
На практике находят применение и более сложные схемы измерительных устройств, например мостовые схемы с усилителями, позволяющие значительно повысить чувствительность и точность измерений.