محولات القياس البارامترية. المحولات الوظيفية: القياس، البارامترية، المولد

العناصر الرئيسية لأدوات القياس الأكثر استخدامًا هي محولات طاقة القياس الأولية، والغرض منها هو تحويل الكمية المادية المقاسة (كمية الإدخال) إلى إشارة معلومات قياس (كمية الإخراج)، وعادة ما تكون كهربائية، ومناسبة لمزيد من المعالجة.

تنقسم المحولات الأولية إلى محولات حدودية ومولدات. في المحولات البارامترية، تمثل قيمة الخرج تغييرًا في أي معلمة للدائرة الكهربائية (المقاومة، الحث، السعة، إلخ)؛ في محولات المولدات، قيمة الخرج هي القوة الدافعة الكهربية أو التيار الكهربائي أو الشحنة الناشئة عن طاقة القياس المقاسة قيمة.

هناك فئة كبيرة من محولات الطاقة التي تكون كميات مدخلاتها هي الضغط أو القوة أو عزم الدوران. كقاعدة عامة، في محولات الطاقة هذه، تعمل كمية الإدخال على عنصر مرن وتسبب تشوهه، والذي يتم بعد ذلك تحويله إما إلى إشارة ينظر إليها المراقبون (أجهزة الإشارة الميكانيكية) أو إلى إشارة كهربائية.

إلى حد كبير، يتم تحديد خصائص القصور الذاتي للمحول من خلال التردد الطبيعي للعنصر المرن: كلما كان أعلى، كلما كان المحول أقل قصورًا ذاتيًا. الحد الأقصى لقيمة هذه الترددات عند استخدام السبائك الإنشائية هو 50...100 كيلو هرتز. تُستخدم المواد البلورية (الكوارتز والياقوت والسيليكون) لتصنيع عناصر مرنة لمحولات الطاقة الدقيقة بشكل خاص.

المحولات المقاومة هي محولات حدودية، وقيمة الخرج منها هي تغيير في المقاومة الكهربائية، والذي يمكن أن يكون ناجما عن تأثير كميات ذات طبيعة فيزيائية مختلفة - ميكانيكية، حرارية، خفيفة، مغناطيسية، إلخ.

محول قياس الجهد هو مقاومة متغيرة، يتم تحريك محركها تحت تأثير القيمة المقاسة (قيمة الإدخال). كمية الإخراج هي المقاومة.

تُستخدم محولات قياس الجهد لقياس موضع عناصر التحكم (الخطية والزاوية)، وفي أجهزة قياس المستوى، وفي أجهزة الاستشعار (على سبيل المثال، الضغط) لقياس تشوه عنصر الاستشعار المرن. تتمثل ميزة محولات قياس الجهد في إشارة خرج كبيرة واستقرار الخصائص المترولوجية والدقة العالية وخطأ بسيط في درجة الحرارة. العيب الرئيسي هو نطاق التردد الضيق (عدة عشرات من الهرتز).

يعتمد تشغيل مقاييس الانفعال على التغيرات في مقاومة الموصلات وأشباه الموصلات أثناء تشوهها الميكانيكي (تأثير الانفعال). مقياس ضغط السلك (أو الرقاقة) عبارة عن سلك رفيع منحني على شكل متعرج يبلغ قطره 0.02...0.05 مم أو شريط رقائق بسماكة 4...12 ميكرون (شبكة)، يتم لصقه على الركيزة من المواد العازلة الكهربائية. يتم توصيل الموصلات النحاسية الخارجة بنهايات الشبكة. محولات الطاقة، التي يتم لصقها على الجزء، تدرك تشوه الطبقة السطحية.

عند قياس التشوهات والإجهادات في الأجزاء والهياكل، كقاعدة عامة، لا توجد إمكانية لمعايرة قنوات القياس ويكون خطأ القياس 2...10%. في حالة استخدام مقاييس الانفعال في محولات القياس الأولية، يمكن تقليل الخطأ إلى 0.5...1% عن طريق المعايرة. العيب الرئيسي لمقاييس الضغط من هذا النوع هو إشارة الخرج الصغيرة.

لقياس التشوهات الصغيرة للعناصر الحساسة المرنة لقياس محولات الطاقة، يتم استخدام مقاييس ضغط أشباه الموصلات المزروعة مباشرة على عنصر مرن مصنوع من السيليكون أو الياقوت.

عند قياس السلالات الديناميكية بتردد يصل إلى 5 كيلو هرتز، يجب استخدام مقاييس سلالة الأسلاك أو الرقائق ذات القاعدة التي لا تزيد عن 10 مم، ويجب ألا يتجاوز الحد الأقصى للإجهاد 0.1٪ (0.02٪ لأشباه الموصلات).

يعتمد عمل محولات الطاقة الكهرضغطية على ظهور الشحنات الكهربائية عندما تتشوه البلورة (التأثير الكهرضغطي المباشر).

توفر محولات الطاقة الكهرضغطية القدرة على قياس الكميات المتغيرة بسرعة (يصل التردد الطبيعي لمحولات الطاقة إلى 200 كيلو هرتز)، وهي موثوقة للغاية ولها أبعاد ووزن إجمالي صغير. العيب الرئيسي هو صعوبة قياس الكميات المتغيرة ببطء وإجراء المعايرة الثابتة بسبب التسرب الكهربائي من سطح البلورة.

يمكن تمثيل المحول الكهروستاتيكي تخطيطيًا على شكل قطبين كهربائيين (لوحتين) بمساحة F، متوازيتين على مسافة d في وسط به ثابت العزل الكهربائي e.

عادة، يتم تصميم هذه المحولات بحيث تكون قيمة خرجها عبارة عن تغيير في السعة (في هذه الحالة تسمى بالسعة)، ويمكن أن تكون قيم الإدخال عبارة عن حركات ميكانيكية تغير الفجوة d أو المنطقة F، أو التغير في ثابت العزل الكهربائي للوسط e نتيجة للتغيرات في درجة حرارته وتركيبه الكيميائي وما إلى ذلك.

بالإضافة إلى السعة، يتم استخدام EMF كقيمة خرج للمحولات الكهروستاتيكية. المتولدة عن الحركة المتبادلة للأقطاب الكهربائية الموجودة في مجال كهربائي (وضع المولد). على سبيل المثال، تعمل الميكروفونات المكثفة في وضع المولد، حيث تحول طاقة الاهتزازات الصوتية إلى طاقة كهربائية.

ميزة المحولات الكهروستاتيكية هي عدم وجود ضوضاء وتسخين ذاتي. ومع ذلك، من أجل الحماية من التداخل، يجب حماية خطوط التوصيل والمحولات نفسها بعناية.

بالنسبة للمحولات الحثية، تكون قيمة الخرج عبارة عن تغيير في الحث، ويمكن أن تكون قيم الإدخال عبارة عن حركات الأجزاء الفردية للمحول، مما يؤدي إلى تغيير في مقاومة الدائرة المغناطيسية، والحث المتبادل بين الدوائر، وما إلى ذلك.

مزايا المحولات هي: الخصائص الخطية، والاعتماد المنخفض لإشارة الخرج على التأثيرات الخارجية والصدمات والاهتزازات؛ حساسية عالية. العيوب - إشارة خرج صغيرة والحاجة إلى جهد إمداد عالي التردد.

يعتمد مبدأ تشغيل محولات تردد الاهتزاز على تغيير التردد الطبيعي لسلسلة أو جسر رفيع عندما يتغير شدها.

الكمية المدخلة للمحول هي القوة الميكانيكية (أو الكميات المحولة إلى قوة - الضغط، عزم الدوران، وما إلى ذلك). والذي يتم إدراكه بواسطة عنصر مرن متصل بالعبور.

من الممكن استخدام محولات تردد الاهتزاز عند قياس الكميات الثابتة أو المتغيرة ببطء مع مرور الوقت (التردد لا يزيد عن 100...150 هرتز). تتميز بالدقة العالية، وتتميز إشارة التردد بزيادة مناعة الضوضاء.

تستخدم المحولات الكهروضوئية قوانين الانتشار والتفاعل مع مادة الموجات الكهرومغناطيسية في النطاق البصري.

العنصر الرئيسي للمحولات هو أجهزة استقبال الإشعاع. أبسطها - المحولات الحرارية - مصممة لتحويل كل الطاقة الإشعاعية الساقطة عليها إلى درجة حرارة (محول متكامل).

تُستخدم أيضًا المحولات الكهروضوئية المختلفة، التي تستخدم التأثير الكهروضوئي، كمستقبلات للإشعاع. المحولات الكهروضوئية انتقائية، أي. لديهم حساسية عالية في نطاق الطول الموجي الضيق نسبيًا. على سبيل المثال، يتم استخدام التأثير الكهروضوئي الخارجي (انبعاث الإلكترونات تحت تأثير الضوء) في الخلايا الضوئية والمملوءة بالغاز والمضاعفات الضوئية.

الخلية الكهروضوئية المفرغة هي عبارة عن أسطوانة زجاجية يتم وضع طبقة من المواد الحساسة للضوء على سطحها الداخلي لتشكل الكاثود. يتكون الأنود على شكل حلقة أو شبكة من الأسلاك المعدنية. عندما يضيء الكاثود، ينشأ تيار انبعاث ضوئي. لا تتجاوز تيارات الخرج لهذه العناصر عدة ميكروأمبير. في الخلايا الكهروضوئية المملوءة بالغاز (تُستخدم الغازات الخاملة Ne وAr وKr وXe للتعبئة)، يزداد تيار الخرج بمقدار 5...7 مرات بسبب تأين الغاز بواسطة الإلكترونات الضوئية.

في المضاعف الضوئي، يحدث تضخيم التيار الكهروضوئي الأساسي نتيجة لانبعاث الإلكترون الثانوي - "طرد" الإلكترونات من الكاثودات الثانوية (البواعث) المثبتة بين الكاثود والأنود. يمكن أن يصل إجمالي الكسب في الأنابيب المضخمة الضوئية متعددة المراحل إلى مئات الآلاف، ويمكن أن يصل تيار الخرج إلى 1 مللي أمبير. يمكن استخدام المضاعف الضوئي والعناصر الفراغية عند قياس الكميات المتغيرة بسرعة، نظرًا لأن ظاهرة الانبعاث الضوئي هي ظاهرة عديمة القصور الذاتي عمليًا.

قياس الضغط

لقياس الضغط الكلي أو الساكن، يتم وضع أجهزة استقبال خاصة بها فتحات استقبال في التدفق، والتي يتم توصيلها من خلال أنابيب ذات قطر صغير (خطوط هوائية) بمحولات الطاقة الأولية المقابلة أو أدوات القياس.

أبسط جهاز استقبال للضغط الكلي هو أنبوب أسطواني ذو نهاية مقطوعة بشكل عمودي، مثني بزاوية قائمة وموجه نحو التدفق. لتقليل حساسية جهاز الاستقبال لاتجاه التدفق (على سبيل المثال، عند إجراء قياسات للتدفقات مع دوامة طفيفة)، يتم استخدام تصميمات خاصة لجهاز الاستقبال. على سبيل المثال، تتميز مستقبلات الضغط الكلي ذات التدفق (الشكل 3.3) بوجود خطأ في القياس لا يزيد عن 1% عند الزوايا المائلة حتى 45 درجة عند رقم ماخ<0,8.

عند قياس الضغوط الساكنة بالقرب من جدران القنوات يتم عمل فتحات استقبال بقطر 0.5...1 ملم مباشرة في الجدران (فتحات الصرف). يجب ألا يكون هناك تفاوت في منطقة الصرف، ويجب ألا تحتوي حواف الثقوب على نتوءات. هذا النوع من القياس شائع جدًا عند دراسة التدفقات في الأنابيب والقنوات في غرف الاحتراق والناشرات والفوهات.

أرز. 3.3. مخطط استقبال الضغط الكامل:

أرز. 3.4. مخطط استقبال الضغط الثابت:

أ - على شكل إسفين.

ب - القرص.

ج - على شكل حرف L للقياسات بسعر م 1.5 جنيه

لقياس الضغوط الساكنة في التدفق، يتم استخدام أجهزة الاستقبال على شكل إسفين وقرص، بالإضافة إلى أجهزة الاستقبال على شكل أنابيب على شكل حرف L (الشكل 3.4) مع وجود فتحات استقبال على السطح الجانبي. تعمل أجهزة الاستقبال هذه بشكل جيد عند السرعات دون سرعة الصوت والسرعات الأسرع من الصوت.

لدراسة توزيع الضغوط في المقاطع العرضية للقنوات، انتشرت على نطاق واسع أمشاط الضغط الكلي والثابت التي تحتوي على عدة أجهزة استقبال، أو الأمشاط المركبة التي تحتوي على جهاز استقبال لكل من الضغوط الكلية والثابتة. عند إجراء قياسات في التدفقات ذات بنية تدفق معقدة (غرف الاحتراق، القنوات البينية للآلات التوربينية)، يتم استخدام مستقبلات الضغط الموجهة وغير القابلة للتوجيه، مما يجعل من الممكن تحديد قيم الضغوط الكلية والثابتة واتجاه الضغط ناقلات السرعة. تم تصميم أولها للقياسات في التدفقات ثنائية الأبعاد، ويسمح تصميمها، عن طريق الدوران، بتثبيت جهاز الاستقبال في موضع معين بالنسبة لمتجه سرعة التدفق المحلي.

يتم تجهيز أجهزة الاستقبال غير القابلة للتوجيه بعدة فتحات استقبال (5...7)، تصنع في جدران أسطوانة أو كرة ذات قطر صغير (3...10 مم) أو تقع في نهايات الأنابيب المقطوعة عند زوايا معينة (قطر 0.5...2 مم)، مدمجة في وحدة هيكلية واحدة (الشكل 3.5). مع تدفق التدفق حول جهاز الاستقبال، يتم تشكيل توزيع معين للضغط. باستخدام قيم الضغط المقاسة باستخدام فتحات الاستقبال ونتائج المعايرة الأولية لجهاز الاستقبال في نفق الرياح، يمكن تحديد قيم الضغوط الكلية والثابتة والاتجاه المحلي لسرعة التدفق.

عند سرعات التدفق الأسرع من الصوت، تحدث موجات الصدمة أمام أجهزة استقبال الضغط، ويجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار عند معالجة نتائج القياس. على سبيل المثال، من القيم المقاسة للضغط الساكن p في التدفق والضغط الكلي p*" خلف موجة الصدمة المباشرة، يمكن تحديد الرقم M باستخدام صيغة رايلي، ومن ثم قيمة الضغط الإجمالي في التدفق:

عند اختبار المحركات وعناصرها، يتم استخدام أدوات مختلفة لقياس الضغط (تشوه المؤشر، السائل، أجهزة قياس الضغط ذات التسجيل الجماعي)، مما يسمح للمشغل بالتحكم في أوضاع تشغيل الأجسام التجريبية. تستخدم أنظمة قياس المعلومات مجموعة متنوعة من المحولات الأولية. كقاعدة عامة، يعمل الضغط، أو بالأحرى الفرق في الضغط (على سبيل المثال، بين الضغط المقاس والغلاف الجوي، بين الكامل والثابت، وما إلى ذلك)، على عنصر استشعار مرن (غشاء)، يتم تحويل تشوهه إلى إشارة كهربائية . في أغلب الأحيان، يتم استخدام محولات الطاقة الحثية والحساسة للإجهاد عند قياس الضغوط الثابتة والمتغيرة ببطء، ومحولات الطاقة البلورية الانضغاطية والحثية عند قياس الضغوط المتغيرة.

أرز. 3.5. رسم تخطيطي لجهاز استقبال الضغط بخمس قنوات:

С x، С y، С z - مكونات ناقل السرعة ؛ ص ط - قيم الضغط المقاسة

كمثال في الشكل. يوضح الشكل 3.6 الرسم التخطيطي لمحول Sapphire-22DD. تتوفر محولات الطاقة من هذا النوع في العديد من التعديلات المصممة لقياس ضغط المقياس والضغط التفاضلي والفراغ والضغط المطلق وقياس الضغط والفراغ في نطاقات مختلفة. العنصر الحساس المرن عبارة عن غشاء معدني 2، حيث يتم لحام غشاء الياقوت مع مقاييس سلالة السيليكون المرشوش في الأعلى. يعمل فرق الضغط المقاس على كتلة مكونة من غشاءين 5. عند إزاحة مركزهما، تنتقل القوة باستخدام القضيب 4 إلى الرافعة 3، مما يؤدي إلى تشوه الغشاء 2 باستخدام مقاييس الضغط. تدخل الإشارة الكهربائية من أجهزة قياس الضغط إلى الوحدة الإلكترونية 4، حيث يتم تحويلها إلى إشارة موحدة - تيار مباشر 0...5 أو 0...20 مللي أمبير. يتم تشغيل المحول من مصدر تيار مستمر 36 فولت.

عند قياس الضغوط المتغيرة (على سبيل المثال، النبض)، فمن المستحسن تقريب محول الطاقة الأساسي قدر الإمكان من موقع القياس، نظرًا لأن وجود خط هوائي يُدخل تغييرات كبيرة في استجابة السعة والتردد لنظام القياس. الطريقة النهائية في هذا المعنى هي الطريقة بدون تصريف، حيث يتم تركيب محولات الضغط المصغرة بشكل متساوٍ مع تدفق السطح حولها (جدار القناة، شفرة الضاغط، وما إلى ذلك). يبلغ ارتفاع المحولات المعروفة 1.6 ملم وقطر الغشاء 5 ملم. تُستخدم أيضًا الأنظمة ذات مستقبلات الضغط والأدلة الموجية (l ~ 100 مم) (طريقة مستقبلات الضغط عن بعد) لتحسين الديناميكية

الخصائص، وتستخدم الروابط الصوتية والكهربائية التصحيحية.

مع وجود عدد كبير من نقاط القياس في أنظمة القياس، يمكن استخدام محولات هوائية خاصة عالية السرعة، والتي توفر اتصالاً بديلاً لعدة عشرات من نقاط القياس بمحول واحد.

لضمان الدقة العالية، من الضروري مراقبة أدوات قياس الضغط بشكل دوري في ظل ظروف التشغيل باستخدام وحدات التحكم الأوتوماتيكية.

قياس الحرارة

يتم استخدام مجموعة متنوعة من أدوات القياس لقياس درجات الحرارة. يتكون مقياس الحرارة الحراري (المزدوج الحراري) من موصلين مصنوعين من مواد مختلفة، متصلين (ملحومين أو ملحومين) ببعضهما البعض عند الأطراف (الوصلات). إذا كانت درجات حرارة الوصلات مختلفة، فسوف يتدفق تيار في الدائرة تحت تأثير القوة الدافعة الحرارية، والتي تعتمد قيمتها على مادة الموصلات وعلى درجات حرارة الوصلات. أثناء القياسات، كقاعدة عامة، يتم التحكم في إحدى الوصلات بشكل حراري (يتم استخدام ذوبان الجليد لهذا الغرض). ومن ثم فإن القوة الدافعة الكهربية للمزدوجة الحرارية ستكون مرتبطة بشكل فريد بدرجة حرارة الوصلة "الساخنة".

يمكن تضمين موصلات مختلفة في الدائرة الكهربائية الحرارية. في هذه الحالة، لن يتغير المجال الكهرومغناطيسي الناتج إذا كانت جميع المفاصل بنفس درجة الحرارة. هذه الخاصية هي الأساس لاستخدام ما يسمى بأسلاك التمديد (الشكل 3.7)، والتي تكون متصلة بأقطاب كهربائية حرارية ذات طول محدود، وهكذا وبهذه الطريقة، يتم تحقيق التوفير في المواد باهظة الثمن. في هذه الحالة، من الضروري ضمان تساوي درجات الحرارة عند نقاط اتصال أسلاك التمديد (Tc) والهوية الكهروحرارية بمزدوجتها الحرارية الرئيسية في نطاق التغيرات المحتملة في درجات الحرارة Tc وT0 (عادة لا تزيد عن 0.. .200 درجة مئوية). في الاستخدام العملي للمزدوجات الحرارية، قد تكون هناك حالات تختلف فيها درجة الحرارة T0 عن 0 درجة مئوية. ثم، لأخذ هذا الظرف في الاعتبار، القوة الدافعة الكهربية للمزدوجة الحرارية يجب تحديدها كـ E=E meas +DE(T 0) واستخدام اعتماد المعايرة للعثور على قيمة درجة الحرارة. هنا Emeas هي القيمة المقاسة لـ EMF؛ DE(T 0) - قيمة المجالات الكهرومغناطيسية المقابلة لقيمة T 0 ويتم تحديدها من خلال الاعتماد على المعايرة. يتم الحصول على اعتمادات المعايرة للمزدوجات الحرارية عند درجة حرارة الوصلات "الباردة" T0 التي تساوي 0 درجة مئوية. تختلف هذه التبعيات إلى حد ما عن التبعيات الخطية. كمثال في الشكل. يوضح الشكل 3.8 اعتماد المعايرة لمزدوجة حرارية من البلاتين والروديوم والبلاتين.

يتم عرض بعض خصائص المزدوجات الحرارية الأكثر شيوعًا في الجدول. 3.1.

من الناحية العملية، فإن المزدوجات الحرارية الأكثر شيوعًا هي تلك التي يبلغ قطر قطبها 0.2...0.5 ملم. يتم تحقيق العزل الكهربائي للأقطاب الكهربائية عن طريق لفها بخيوط الأسبستوس أو السيليكا، يليها التشريب بورنيش مقاوم للحرارة، ووضع الأقطاب الكهربائية الحرارية في أنابيب خزفية أو قطع توتير من هذه الأنابيب ("الخرز") عليها. أصبحت المزدوجات الحرارية من نوع الكابل منتشرة على نطاق واسع، وتتكون من قطبين كهربائيين حراريين موضوعين في غلاف رقيق الجدران مصنوع من الفولاذ المقاوم للحرارة. لعزل الأقطاب الكهربائية الحرارية، يتم ملء التجويف الداخلي للقشرة بمسحوق MgO أو Al 2 O 3. القطر الخارجي للقشرة 0.5...6 ملم.

الجدول 3.1

لقياس درجة حرارة العناصر الهيكلية بشكل صحيح، يجب تضمين المزدوجات الحرارية بحيث لا تبرز الوصلات الساخنة والأقطاب الكهربائية الحرارية القريبة منها فوق السطح، كما لا تتأثر ظروف نقل الحرارة من السطح الذي تم قياس الحرارة به بسبب تركيب الحرارية. لتقليل خطأ القياس بسبب تدفق (أو تدفق) الحرارة من الوصلة الساخنة على طول الأقطاب الكهربائية الحرارية بسبب التوصيل الحراري، يجب وضع الأقطاب الحرارية على مسافة معينة بالقرب من الوصلة (7...10 مم) تقريبًا على طول متساوي الحرارة . يظهر في الشكل مخطط الأسلاك للمزدوجة الحرارية التي تلبي المتطلبات المحددة. 3.9. يحتوي الجزء على أخدود بعمق 0.7 مم يتم فيه وضع الوصلة والأقطاب الكهربائية الحرارية المجاورة؛ يتم لحام الوصلة على السطح باستخدام اللحام التلامسي. الأخدود مغطى برقائق بسمك 0.2...0.3 مم.

تتم إزالة الأقطاب الحرارية من التجاويف الداخلية للمحرك أو مكوناته من خلال التركيبات. في هذه الحالة، من الضروري التأكد من أن الأقطاب الكهربائية الحرارية لا تزعج بنية التدفق كثيرًا وأن عزلها لا يتضرر بسبب الاحتكاك مع بعضها البعض وضد الحواف الحادة للهيكل.

عند قياس درجات حرارة العناصر الدوارة، يتم الحصول على قراءات المزدوجة الحرارية باستخدام الفرشاة أو مجمعات تيار الزئبق. ويجري أيضًا تطوير المجمعات الحالية غير المتصلة.

تظهر الرسوم البيانية للمزدوجات الحرارية المستخدمة لقياس درجة حرارة تدفق الغاز في الشكل. 3.10. الوصلة الساخنة 1 عبارة عن كرة بقطر d 0 (يمكن أيضًا لحام الأقطاب الكهربائية الحرارية بعقب) ؛ يتم تثبيت الأقطاب الكهربائية الحرارية 2 بالقرب من الوصلة في أنبوب خزفي عازل ثنائي القناة 3، ثم يتم إزالتها من المبيت 4. في الشكل، يظهر المبيت 4 كمبرد بالماء (التبريد ضروري عند قياس درجات حرارة تتجاوز 1300...1500 كلفن )، يتم توفير مياه التبريد وتصريفها من خلال التركيبات 5 .

عند درجات حرارة الغاز المرتفعة، تنشأ أخطاء منهجية بسبب إزالة الحرارة من الوصلة بسبب التوصيل الحراري من خلال الأقطاب الكهربائية الحرارية إلى جسم المزدوجة الحرارية والإشعاع في البيئة. يمكن التخلص بشكل كامل تقريبًا من فقدان الحرارة الناتج عن التوصيل الحراري من خلال التأكد من أن الجزء المتدلي من الأنبوب العازل يساوي 3...5 من أقطاره.

لتقليل إزالة الحرارة عن طريق الإشعاع، يتم استخدام التدريع للمزدوجات الحرارية (الشكل 3.10، ب، ج). وهذا أيضًا يحمي الوصلة من التلف، ويساعد تباطؤ التدفق داخل الشاشة على زيادة معامل استرداد درجة الحرارة عند قياس التدفقات عالية السرعة.

كما تم تطوير طريقة لتحديد درجة حرارة الغاز من قراءات اثنين من المزدوجات الحرارية التي تحتوي على أقطاب كهربائية حرارية مختلفة

أرز. 3.9. مخطط اتصال مزدوج حراري لقياس درجة حرارة عناصر غرفة الاحتراق

أرز. 3.10. الدوائر الحرارية لقياس درجة حرارة الغاز:

أ - المزدوجات الحرارية ذات الوصلة المفتوحة: ب، ج - المزدوجات الحرارية المحمية؛ ز - مزدوجة الحرارية؛ 1 - الوصلة: 2 - الأقطاب الكهربائية الحرارية. 3 - أنبوب السيراميك. 4 - الجسم. 5- تجهيزات إمدادات المياه والصرف الصحي

القطر (الشكل 3.10، د)، مما يسمح بمراعاة إزالة الحرارة بالإشعاع.

يعتمد القصور الذاتي للمزدوجات الحرارية على التصميم. وبالتالي، فإن الثابت الزمني يتراوح من 1...2 ثانية للمزدوجات الحرارية ذات الوصلة المفتوحة، إلى 3...5 ثانية للمزدوجات الحرارية المحمية.

عند دراسة مجالات درجة الحرارة (على سبيل المثال، خلف التوربينات وغرفة الاحتراق وما إلى ذلك)، يتم استخدام أمشاط مزدوجة حرارية، وفي بعض الحالات يتم تثبيتها في أبراج دوارة، مما يجعل من الممكن تحديد توزيع درجة الحرارة على كامل الجسم بتفاصيل كافية. المقطع العرضي.

يعتمد عمل مقياس حرارة المقاومة على التغير في مقاومة الموصل مع تغير درجة الحرارة. سلك بقطر 0.05...0.1 مم، مصنوع من النحاس (t=-50...+150 درجة مئوية)، النيكل (t=-50...200 درجة مئوية) أو البلاتين (t=-200. ..500 درجة مئوية).

يتم لف السلك حول الإطار ووضعه في علبة. تعتبر موازين الحرارة المقاومة دقيقة وموثوقة للغاية، ولكنها تتميز بالقصور الذاتي العالي ولا تصلح لقياس درجات الحرارة المحلية. تستخدم موازين الحرارة المقاومة لقياس درجة حرارة الهواء عند مدخل المحرك ودرجة حرارة الوقود والزيوت وما إلى ذلك.

تستخدم موازين الحرارة السائلة خاصية التمدد الحراري للسائل. يتم استخدام الزئبق (t=-30...+700 درجة مئوية)، والكحول (t=-100...+75 درجة مئوية) وغيرها كسوائل عمل، وتستخدم موازين الحرارة السائلة لقياس درجة حرارة السوائل والغازات. الوسائط في ظروف المختبر، وكذلك عند معايرة الأدوات الأخرى.

تعتمد الطرق البصرية لقياس درجة الحرارة على أنماط الإشعاع الحراري الصادر عن الأجسام الساخنة. من الناحية العملية، يمكن تنفيذ ثلاثة أنواع من البيرومترات: بيرومترات السطوع، التي يعتمد تشغيلها على تغير في الإشعاع الحراري لجسم تكون درجة حرارته عند طول موجي ثابت معين؛ البيرومترات الملونة التي تستخدم التغيرات في توزيع الطاقة مع درجة الحرارة ضمن جزء معين من طيف الإشعاع؛ البيرومترات الإشعاعية تعتمد على الاعتماد على درجة الحرارة لإجمالي كمية الطاقة المنبعثة من الجسم.

حاليًا، عند اختبار المحركات، تم استخدام البيرومترات السطوعية المستندة إلى أجهزة الاستقبال الكهروضوئية للطاقة الإشعاعية لقياس درجات حرارة العناصر الهيكلية. على سبيل المثال، يظهر في الشكل رسم تخطيطي لتثبيت البيرومتر عند قياس درجة حرارة شفرات التوربينات على محرك قيد التشغيل. 32.11. باستخدام العدسة 2، يقتصر "مجال الرؤية" لمحول الطاقة الأساسي على مساحة صغيرة (5...6 مم). يقوم البيرومتر "بفحص" حافة وجزء من الجزء الخلفي لكل شفرة. زجاج الحماية 1، مصنوع من الياقوت، يحمي العدسة من التلوث وارتفاع درجة الحرارة. يتم إرسال الإشارة من خلال الدليل الضوئي 3 إلى الكاشف الضوئي. نظرًا لقصوره الذاتي المنخفض، يتيح لك البيرومتر التحكم في درجة حرارة كل شفرة.

لقياس درجات حرارة العناصر الهيكلية للمحرك، يمكن استخدام مؤشرات درجة حرارة اللون (الدهانات الحرارية أو الورنيش الحراري) - مواد معقدة تغير لونها بشكل حاد عند الوصول إلى درجة حرارة معينة (درجة الحرارة الانتقالية) بسبب التفاعل الكيميائي للمكونات أو الطور التحولات التي تحدث فيها.

أرز. 3.11. مخطط تركيب البيرومتر على المحرك:

(أ) (1 - إمداد الهواء المنفوخ؛ 2 - المحول الأولي) ودائرة المحول الأولي

(ب) (1 - زجاج واقي؛ 2 - عدسة؛ 3 - دليل ضوئي)

الدهانات الحرارية والورنيشات الحرارية، عند تطبيقها على سطح صلب، تتصلب بعد التجفيف وتشكل طبقة رقيقة يمكن أن تغير لونها عند درجة حرارة التحول. على سبيل المثال، يصبح الطلاء الحراري الأبيض TP-560 عديم اللون عند الوصول إلى درجة الحرارة = 560 درجة مئوية.

باستخدام المؤشرات الحرارية، يمكنك اكتشاف مناطق الحرارة الزائدة في عناصر المحرك، بما في ذلك الأماكن التي يصعب الوصول إليها. تعقيد القياسات منخفض. ومع ذلك، فإن استخدامها محدود، لأنه ليس من الممكن دائمًا تحديد الوضع الذي تم فيه الوصول إلى درجة الحرارة القصوى. بالإضافة إلى ذلك، يعتمد لون المؤشر الحراري على وقت التعرض لدرجة الحرارة. لذلك، لا يمكن للمؤشرات الحرارية، كقاعدة عامة، أن تحل محل طرق القياس الأخرى (على سبيل المثال، استخدام المزدوجات الحرارية)، ولكنها تسمح بالحصول على معلومات إضافية حول الحالة الحرارية للكائن قيد الدراسة.

يتم تشغيل محولات الطاقة القياس في ظروف صعبة، حيث أن كائن القياس هو، كقاعدة عامة، عملية معقدة ومتعددة الأوجه تتميز بالعديد من المعلمات، كل منها يعمل على محول القياس جنبا إلى جنب مع المعلمات الأخرى. نحن مهتمون فقط بمعلمة واحدة تسمى كمية قابلة للقياس،ويتم أخذ جميع معلمات العملية الأخرى بعين الاعتبار التشوش.ولذلك، فإن كل محول قياس له كمية المدخلات الطبيعيةوهو ما يراه أفضل على خلفية التدخل. وبطريقة مماثلة يمكننا التمييز قيمة الناتج الطبيعيمحول قياس.

يمكن تقسيم محولات الكميات غير الكهربائية إلى كميات كهربائية، من وجهة نظر نوع الإشارة عند خرجها، إلى مولدات تنتج الشحنة أو الجهد أو التيار (كمية الخرج E = F (X) أو I = F (X) والمقاومة الداخلية ZBH = const)، والمعلمية مع مقاومة الخرج أو الحث أو السعة المتغيرة وفقًا للتغير في قيمة الإدخال (EMF E = 0 وقيمة الخرج في شكل تغيير في R أو L أو C كدالة لـ X).

يعود الفرق بين المولد والمحولات البارامترية إلى تعادلهما في الدوائر الكهربائية، مما يعكس اختلافات جوهرية في طبيعة الظواهر الفيزيائية المستخدمة في المحولات. محول المولد هو مصدر للإشارة الكهربائية الناتجة مباشرة، ويتم قياس التغيرات في معلمات المحول البارامترى بشكل غير مباشر، من خلال التغيرات في التيار أو الجهد نتيجة لإدراجه الإلزامي في دائرة بها مصدر طاقة خارجي. تقوم الدائرة الكهربائية المتصلة مباشرة بمحول الطاقة البارامترى بتوليد إشارتها. وبالتالي، فإن الجمع بين المحول البارامتري والدائرة الكهربائية هو مصدر الإشارة الكهربائية.

وفقا للظاهرة الفيزيائية الكامنة وراء العمل ونوع الكمية الفيزيائية المدخلة، يتم تقسيم المولدات والمحولات البارامترية إلى عدد من الأصناف (الشكل 2.3):

مولد - كهرضغطية،

الحرارية، وما إلى ذلك؛

مقاوم - للاتصال ،

ريوستاتيكي، وما إلى ذلك؛

الكهرومغناطيسية - إلى الاستقرائي،

محول، الخ.

وفقًا لنوع التعديل، يتم تقسيم جميع عناوين IP إلى مجموعتين كبيرتين: السعة والتردد والوقت والمرحلة. هناك الكثير من القواسم المشتركة بين الأصناف الثلاثة الأخيرة وبالتالي يتم دمجها في مجموعة واحدة.

أرز. 2.3. تصنيف محولات قياس الكميات غير الكهربائية إلى كهربائية.

2. حسب طبيعة التحول والكميات المدخلة:

خطي؛

غير خطية.

3. وفقا لمبدأ تشغيل محول القياس الأولي (PMT)، يتم تقسيمها إلى:

توليد؛

حدودي.

إشارة الخرج لنقاط PIP للمولد هي القوة الدافعة الكهربية والجهد والتيار والشحنة الكهربائية، المرتبطة وظيفيًا بالكمية المقاسة، على سبيل المثال، القوة الدافعة الكهربية للمزدوجة الحرارية.

في PIPs البارامترية، تؤدي الكمية المقاسة إلى تغيير متناسب في معلمات الدائرة الكهربائية: R، L، C.

المولدات تشمل:

تعريفي؛

كهرضغطية.

بعض أنواع المواد الكهروكيميائية.

إمدادات الطاقة المقاومة - تحويل القيمة المقاسة إلى مقاومة.

IP الكهرومغناطيسي – تحويلها إلى تغيير في الحث أو الحث المتبادل.

إمدادات الطاقة بالسعة - تحويل إلى تغيير في السعة.

IP كهرضغطية - تحويل القوة الديناميكية إلى شحنة كهربائية.

IP الجلفانومغناطيسي - بناءً على تأثير هول، يقومون بتحويل المجال المغناطيسي العامل إلى المجالات الكهرومغناطيسية.

الملكية الفكرية الحرارية - يتم تحويل درجة الحرارة المقاسة إلى قيمة المقاومة الحرارية أو emf.

IP الكهروضوئية – تحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية.

بالنسبة لأجهزة الاستشعار، الخصائص الرئيسية هي:

نطاق درجة حرارة التشغيل والخطأ ضمن هذا النطاق؛

مقاومة المدخلات والمخرجات المعممة؛

استجابة التردد.

في التطبيقات الصناعية، يجب ألا يزيد خطأ أجهزة الاستشعار المستخدمة في عمليات التحكم عن 1-2%. ولمهام التحكم – 2 – 3%.

2.1.3. دوائر التوصيل لمحولات القياس الأولية

محولات القياس الأولية هي:

بارامترية؛

توليد.

تنقسم دوائر التبديل لمحولات القياس الأولية البارامترية إلى:

الاتصال التسلسلي:

التبديل التفاضلي:

مع محول قياس أساسي واحد؛

مع اثنين من محولات القياس الأساسية؛

دوائر الجسر:

جسر متماثل غير متوازن بذراع واحدة نشطة؛

جسر متماثل غير متوازن بذراعين نشطين؛

جسر متماثل غير متوازن بأربعة أذرع نشطة.

تنقسم دوائر التبديل لمحولات قياس المولدات إلى:

تسلسلي؛

التفاضلي؛

تعويضية.

لا تحتاج المولدات إلى مصدر طاقة، لكن المولدات البارامترية هي التي تحتاجها. في كثير من الأحيان، يمكن تمثيل المولدات كمصدر للمجالات الكهرومغناطيسية، ويمكن تمثيل المعلمات كمقاوم نشط أو متفاعل، والتي تتغير مقاومتها مع التغيرات في القيمة المقاسة.

يمكن تطبيق التبديل المتسلسل والتفاضلي على كل من مصادر الطاقة البارامترية والمولدات. نظام التعويضات – للمولدات. الرصيف - إلى حدودي.

2.1.3.1. مخططات للاتصال المتسلسل لمحولات القياس البارامترية

الاتصال التسلسلي لمحول قياس حدودي واحد (الشكل 2.4):

أرز. 2.4. اتصال متسلسل لمصدر طاقة حدودي واحد.

https://pandia.ru/text/80/219/images/image012_106.gif" width="137" height="45 src=">;

https://pandia.ru/text/80/219/images/image014_89.gif" width = "247" height = "65 src = ">؛

https://pandia.ru/text/80/219/images/image016_83.gif" width="116 height=41" height="41"> - الحساسية الحالية؛

- حساسية الجهد.

حساسية الطاقة

أرز. 2.5. خصائص الإخراج لمصدر الطاقة المتصل بالسلسلة:

أ – حقيقي؛ ب – المثالية .

الاتصال التسلسلي لاثنين من محولات القياس البارامترية (الشكل 2.6).

الشكل 2.6. اتصال متسلسل لاثنين من مصادر الطاقة المعلمية.

https://pandia.ru/text/80/219/images/image022_71.gif" width="88" height="24 src=">;

تستخدم أدوات القياس الكهربائية على نطاق واسع لقياس الكميات غير الكهربائية. أصبح هذا ممكنا بفضل استخدام المحولات الخاصة (المحولات).

يتم إرسال إشارات الإخراج لهذه المحولات في شكل معلمات الدائرة أو EMF (الشحن)، المرتبطة بعلاقة وظيفية مع إشارة الدخل. تسمى الأولى بارامترية، والثانية تسمى مولدة.

من بين المحولات البارامترية، الأكثر استخدامًا هي الأجهزة المتغيرة المتغيرة، والحساسة للإجهاد، وحساسة لدرجة الحرارة، والتحليل الكهربائي، والتأين، والأجهزة الحثية والسعوية.

محولات الريوستاتإنها إطار معزول يتم فيه جرح الموصل وفرشاة تتحرك على طول المنعطفات. معلمة الإخراج الخاصة بهم هي مقاومة الدائرة.

يمكن أن تكون الكمية المقاسة Pr هي حركة الفرشاة في خط مستقيم أو في دائرة. بعد تحسين نظام الاستشعار، يمكن استخدام Pr لتحديد الضغط أو الكتلة التي سيتحرك شريط التمرير تحت تأثيرها.

بالنسبة لملف المقاومة المتغيرة، يتم استخدام المواد التي تعتمد مقاومتها قليلاً على العوامل الخارجية (درجة الحرارة والضغط والرطوبة وما إلى ذلك). يمكن أن تكون هذه المواد نيتشروم أو فشرال أو قسنطينة أو منجانين. من خلال تغيير الشكل والمقطع العرضي للنواة (يتغير طول دورة واحدة أيضًا وفقًا لذلك)، من الممكن تحقيق اعتماد غير خطي لمقاومة الدائرة على حركة شريط التمرير.

ميزة المحولات المتغيرة هي بساطة تصميمها. ومع ذلك، من المستحيل تحديد الحركة بدقة إذا تغيرت مقاومة الخرج خلال دورة واحدة. وهذا هو العيب الرئيسي لمثل هؤلاء الـ PRS، وهو ما يميز خطأهم.

محولات الطاقة الحساسة للإجهاد (TCTr). يعتمد تشغيلها على التغيير في المقاومة النشطة للموصل تحت تأثير الضغط أو التشوه الميكانيكي. وتسمى هذه الظاهرة تأثير الإجهاد.

يمكن أن تكون إشارة الإدخال لـ TCPR عبارة عن توتر أو ضغط أو أي نوع آخر من تشوه أجزاء المعدات أو الهياكل المعدنية، وإشارة الخرج هي تغيير في مقاومة المحول.

الأسلاك الحساسة للانفعال عبارة عن ركيزة رقيقة مصنوعة من الورق أو الفيلم ويتم لصق سلك ذو مقطع عرضي صغير جدًا عليها. عادةً ما يستخدم سلك كونستانتان، الذي يتمتع بمقاومة مستقلة عن درجة الحرارة، ويبلغ قطره 0.02-0.05 مم، كعنصر استشعار. يتم أيضًا استخدام رقائق TCPR ومقاييس سلالة الفيلم.

يتم لصق محول PM على الجزء الذي يتم قياسه، بحيث يتزامن محور التمدد الخطي للجزء مع المحور الطولي لـ PM. عندما يتوسع الجسم المقاس، يزداد طول TCP، وبالتالي تتغير مقاومته.

ميزة هذه الأجهزة هي الخطية وبساطة التصميم والتركيب. تشمل العيوب حساسية منخفضة.

المحولات الحساسة للحرارة (TPr). العناصر الرئيسية لهذه الأجهزة هي الثرمستورات والثنائيات الحرارية والترانزستورات الحرارية وما إلى ذلك. يتم تضمين العنصر الحراري في الدائرة الكهربائية بطريقة يمر بها تيار الدائرة وتتأثر درجة حرارة العنصر المقاس.

وبمساعدتهم، يمكن قياس درجة الحرارة واللزوجة والتوصيل الحراري وسرعة الحركة وغيرها من المعالم البيئية التي يقع فيها العنصر.

تُستخدم الثرمستورات البلاتينية للقياسات في نطاق درجة الحرارة من -260 درجة مئوية إلى +1100 درجة مئوية، وتستخدم الثرمستورات النحاسية في نطاق درجة الحرارة من -200 درجة مئوية إلى +200 درجة مئوية. في نطاق درجات الحرارة -80 درجة مئوية إلى +150 درجة مئوية، عند الحاجة إلى دقة خاصة، يتم استخدام الثنائيات الحرارية والترانزستورات الحرارية.

وفقًا لوضع التشغيل، ينقسم TRPr إلى ارتفاع درجة الحرارة وبدون تسخين مسبق. يتم استخدام الأجهزة التي لا تحتوي على التسخين المسبق إلا لقياس درجة حرارة الوسط، حيث أن التيار المتدفق فيها لا يؤثر على تسخينها. يتم تحديد درجة حرارة الوسط بدقة تامة من خلال مقاومة العنصر.

يرتبط وضع التشغيل لنوع آخر من المحولات الحرارية بالتسخين المسبق إلى قيمة معينة. ثم يتم وضعها في البيئة المقاسة، ويتم مراقبة التغير في مقاومتها.

من خلال معدل التغير في المقاومة، من الممكن الحكم على مدى حدوث التبريد أو التسخين المكثف، مما يعني أنه من الممكن تحديد سرعة حركة المادة التي يتم قياسها، ولزوجتها وغيرها من المعالم.

تعد أجهزة TPR لأشباه الموصلات أكثر حساسية من الثرمستورات، لذلك يتم استخدامها في مجال القياسات الدقيقة. ومع ذلك، فإن عيبها الكبير هو نطاق درجة الحرارة الضيق وضعف إمكانية تكرار الخصائص الثابتة للجهاز.

المحولات الكهربية (ELC). يتم استخدامها لتحديد تركيز المحاليل، حيث أن التوصيل الكهربائي للحلول يعتمد بشكل كبير على درجة تركيز الملح فيها.

ELPs عبارة عن وعاء به قطبين كهربائيين. يتم تطبيق الجهد على الأقطاب الكهربائية، وبالتالي استكمال الدائرة الكهربائية من خلال طبقة المنحل بالكهرباء. يتم استخدام هذه المحولات في التيار المتردد، لأنه تحت تأثير التيار المباشر، ينفصل المنحل بالكهرباء إلى أيونات موجبة وسالبة، مما يؤدي إلى حدوث خطأ في القياسات.

عيب آخر لـ ELP هو اعتماد موصلية المنحل بالكهرباء على درجة الحرارة، مما يجبر الشخص على الحفاظ على درجة حرارة ثابتة باستخدام وحدات التبريد أو التدفئة.

المحولات الحثية والسعوية. وكما يوحي الاسم، فإن معلمات الإخراج لهذه الأجهزة هي الحث والسعة. يمكن أن تكون القيمة المقاسة لوحدات الضغط الحثية البسيطة إزاحة من 10 إلى 15 مم؛ بالنسبة للمحولات الحثية ذات نظام الحلقة المفتوحة، يمكن زيادة هذه القيمة إلى 100 مم. تُستخدم Prs السعة لقياس الحركات التي تصل إلى 1 مم.

Prs الحثية عبارة عن محاثات موضوعة على قلب مفتوح. يتأثر الحث المتبادل للملفات بمعلمات مثل: طول فجوة الهواء في القسم المفتوح، ومساحة المقطع العرضي لفجوة الهواء، والنفاذية المغناطيسية لفجوة الهواء.

وبالتالي، من خلال قياس الحث المتبادل للملفات، من الممكن تحديد مدى تغير المعلمات المذكورة أعلاه. ويمكن أن تتغير عندما تتحرك اللوحة العازلة في فجوة الهواء. هذا هو أساس مبدأ تشغيل العلاقات العامة الاستقرائية.

يعتمد مبدأ تشغيل PRs السعوية على تغيير في سعة المكثف عندما تقل المساحة النشطة للألواح، وتتغير المسافة بين ألواح المكثف، ويتغير ثابت العزل الكهربائي لمساحة اللوحة.

تتمتع المحولات السعوية بحساسية أعلى للتغيرات في معلمات الإدخال. Capacitive Pr قادر على تسجيل التغيرات في السعة حتى عند التحرك بأجزاء من الألف من المليمتر.

محولات التأين. يعتمد مبدأ تشغيل الجهاز على ظاهرة تأين الغاز والوسائط الأخرى تحت تأثير الإشعاعات المؤينة، والتي يمكن أن تؤين إشعاعات α- وβ- وγ للمواد المشعة، أو الأشعة السينية.

إذا تعرضت غرفة تحتوي على غاز للإشعاع، فسوف يتدفق تيار كهربائي عبر الأقطاب الكهربائية. يعتمد حجم هذا التيار على تركيبة الغاز وحجم الأقطاب الكهربائية والمسافة بين الأقطاب الكهربائية والجهد المطبق.

من خلال قياس التيار الكهربائي في الدائرة، مع تكوين معروف للوسط، والمسافة بين الأقطاب الكهربائية، والجهد المطبق، من الممكن تحديد حجم الأقطاب الكهربائية، أو العكس، معلمات أخرى. يتم استخدامها لقياس أبعاد الأجزاء أو تركيبات الغاز وما إلى ذلك.

الميزة الرئيسية لـ Prs المؤينة هي إمكانية إجراء قياسات عدم الاتصال في البيئات العدوانية، تحت ضغط مرتفع أو درجة حرارة. عيب هذه العلاقات العامة هو الحاجة إلى الحماية البيولوجية للموظفين من التعرض للإشعاع.

موازين الحرارة المقاومة.تم تصميم موازين الحرارة المقاومة، مثل المزدوجات الحرارية، لقياس درجة حرارة الأجسام الغازية والصلبة والسائلة، وكذلك درجة حرارة السطح. يعتمد مبدأ تشغيل موازين الحرارة على استخدام خاصية المعادن وأشباه الموصلات لتغيير مقاومتها الكهربائية مع درجة الحرارة. بالنسبة للموصلات المصنوعة من معادن نقية، يكون هذا الاعتماد في نطاق درجة الحرارة من -200 درجة مئوية إلى 0 درجة مئوية على الشكل التالي:

ص ر = ص 0 ,

وفي نطاق درجة الحرارة من 0 درجة مئوية إلى 630 درجة مئوية

ص ر = ص 0 ,

أين ر ر ، ر 0 -مقاومة الموصل عند درجة الحرارة رو0 درجة مئوية؛ أ، ب، ج -المعاملات؛ ر-درجة الحرارة، درجة مئوية.

في نطاق درجة الحرارة من 0 درجة مئوية إلى 180 درجة مئوية، يتم وصف اعتماد مقاومة الموصل على درجة الحرارة بالصيغة التقريبية

ص ر = ص 0 ,

أين α - المعامل الحراري لمقاومة المادة الموصلة (TCR).

للموصلات المعدنية النقية α≈ 6-10 -3 ...4-10 -3 درجة -1 .

قياس درجة الحرارة باستخدام مقياس حرارة المقاومة يأتي لقياس مقاومتها ر، سالانتقال اللاحق إلى درجة الحرارة باستخدام الصيغ أو جداول المعايرة.

هناك موازين حرارة مقاومة للأسلاك وأشباه الموصلات. مقياس الحرارة المقاوم للحرارة هو سلك رفيع مصنوع من المعدن النقي، مثبت على إطار مصنوع من مادة مقاومة للحرارة (عنصر حساس)، موضوع في تركيب واقي (الشكل 5.4).

أرز. 5.4. عنصر استشعار الحرارة المقاومة

يتم توصيل الخيوط من العنصر الحساس برأس مقياس الحرارة. يرجع اختيار الأسلاك المصنوعة من معادن نقية بدلاً من السبائك لتصنيع موازين الحرارة المقاومة إلى حقيقة أن TCR للمعادن النقية أكبر من TCR للسبائك، وبالتالي فإن موازين الحرارة المعتمدة على المعادن النقية تكون أكثر حساسية.

تنتج الصناعة موازين الحرارة المقاومة للبلاتين والنيكل والنحاس. لضمان قابلية التبادل والمعايرة الموحدة لمقاييس الحرارة، تم توحيد قيم مقاومتها ص0و تكس.

موازين الحرارة المقاومة لأشباه الموصلات (الثرمستورات) عبارة عن خرزات أو أقراص أو قضبان مصنوعة من مادة شبه موصلة مع أسلاك للتوصيل بدائرة قياس.

تنتج الصناعة عددًا كبيرًا من أنواع الثرمستورات بتصميمات مختلفة.

عادة ما تكون أبعاد الثرمستورات صغيرة - حوالي بضعة ملليمترات، وبعض الأنواع هي أعشار المليمتر. للحماية من الأضرار الميكانيكية والتأثيرات البيئية، تتم حماية الثرمستورات بواسطة طلاء الزجاج أو المينا، بالإضافة إلى الأغطية المعدنية.

عادةً ما تتمتع الثرمستورات بمقاومة تتراوح من بضعة إلى مئات الكيلو أوم؛ TCR الخاصة بهم في نطاق درجة حرارة التشغيل أكبر بكثير من موازين الحرارة السلكية. كمواد لسائل عمل الثرمستورات، يتم استخدام مخاليط من أكاسيد النيكل والمنغنيز والنحاس والكوبالت، والتي يتم خلطها مع مادة رابطة، بالنظر إلى الشكل المطلوب ومتكلسة عند درجات حرارة عالية. تستخدم الثرمستورات لقياس درجات الحرارة في النطاق من -100 إلى 300 درجة مئوية. القصور الذاتي للثرمستورات صغير نسبيًا. تشمل عيوبها عدم خطية الاعتماد على درجة الحرارة للمقاومة، وعدم قابلية التبادل بسبب الانتشار الكبير للمقاومة الاسمية وTCR، فضلاً عن التغير الذي لا رجعة فيه في المقاومة بمرور الوقت.

للقياسات في نطاق درجات الحرارة القريبة من الصفر المطلق، يتم استخدام موازين الحرارة المصنوعة من الجرمانيوم لأشباه الموصلات.

يتم قياس المقاومة الكهربائية لمقاييس الحرارة باستخدام جسور أو معوضات التيار المستمر والتيار المتردد. من سمات القياسات الحرارية الحد من تيار القياس من أجل منع تسخين سائل العمل في مقياس الحرارة. بالنسبة لمقاييس الحرارة ذات المقاومة السلكية، يوصى باختيار تيار قياس بحيث لا تتجاوز الطاقة التي يتبددها مقياس الحرارة 20 ... 50 ميجاوات. إن تبديد الطاقة المسموح به في الثرمستورات أقل بكثير ويوصى بتحديده تجريبياً لكل الثرمستور.

محولات الطاقة الحساسة للانفعال (مقاييس الانفعال).في ممارسة التصميم، غالبًا ما يكون من الضروري قياس الضغوط الميكانيكية والتشوهات في العناصر الهيكلية. المحولات الأكثر شيوعًا لهذه الكميات إلى إشارة كهربائية هي أجهزة قياس الضغط. يعتمد تشغيل مقاييس الانفعال على خاصية المعادن وأشباه الموصلات في تغيير مقاومتها الكهربائية تحت تأثير القوى المطبقة عليها. يمكن أن يكون أبسط مقياس للإجهاد عبارة عن قطعة من الأسلاك مقترنة بشكل صارم بسطح جزء قابل للتشوه. يؤدي تمديد أو ضغط الجزء إلى تمدد أو ضغط متناسب للسلك، ونتيجة لذلك تتغير مقاومته الكهربائية. في حدود التشوهات المرنة، يرتبط التغير النسبي في مقاومة السلك باستطالته النسبية بنسبة

ΔR/R=K Τ Δl/l،

أين ل، ر -الطول الأولي ومقاومة السلك؛ Δl, ΔR -زيادة الطول والمقاومة. ك ت -معامل حساسية الإجهاد.

تعتمد قيمة معامل الانفعال على خصائص المادة التي يصنع منها مقياس الانفعال، وكذلك على طريقة ربط مقياس الانفعال بالمنتج. للأسلاك المعدنية من مختلف المعادن ك ت= 1... 3,5.

هناك مقاييس سلالة الأسلاك وأشباه الموصلات. لتصنيع مقاييس إجهاد الأسلاك، يتم استخدام المواد التي تحتوي على معامل حساسية إجهاد مرتفع إلى حد ما ومعامل مقاومة لدرجة الحرارة المنخفضة. المادة الأكثر استخدامًا لتصنيع مقاييس إجهاد الأسلاك هي سلك قسطنطين بقطر 20 ... 30 ميكرون.

من الناحية الهيكلية، فإن مقاييس انفعال الأسلاك عبارة عن شبكة تتكون من عدة حلقات من الأسلاك ملتصقة بطبقة رقيقة من الورق (أو غيرها) (الشكل 5.5). اعتمادًا على مادة الركيزة، يمكن أن تعمل أجهزة قياس الضغط عند درجات حرارة تتراوح من -40 إلى +400 درجة مئوية.

أرز. 5.5. قياس الضغط

توجد تصميمات لمقاييس الضغط التي يتم تثبيتها على سطح الأجزاء باستخدام الأسمنت، وهي قادرة على العمل في درجات حرارة تصل إلى 800 درجة مئوية.

الخصائص الرئيسية لمقاييس الضغط هي المقاومة الاسمية ص،قاعدة لوعامل الإجهاد ك تي .تنتج الصناعة مجموعة واسعة من أجهزة قياس الضغط بأحجام أساسية تتراوح من 5 إلى 30 ملم , مقاومة اسمية من 50 إلى 2000 أوم، مع معامل حساسية للإجهاد 2±0.2.

التطوير الإضافي لمقاييس إجهاد الأسلاك هو مقاييس إجهاد الرقائق والأغشية، والعنصر الحساس فيها عبارة عن شبكة من شرائح الرقائق أو طبقة معدنية رقيقة مطبقة على ركائز أساسها الورنيش.

تصنع مقاييس الضغط على أساس مواد أشباه الموصلات. يتم التعبير عن تأثير الانفعال بقوة في الجرمانيوم والسيليكون وما إلى ذلك. والفرق الرئيسي بين مقاييس انفعال أشباه الموصلات ومقاييس انفعال الأسلاك هو تغير كبير (يصل إلى 50٪) في المقاومة أثناء التشوه بسبب القيمة الكبيرة لمعامل حساسية الانفعال.

المحولات الحثية.تستخدم محولات الطاقة الحثية لقياس الإزاحات والأبعاد والانحرافات في شكل وموقع الأسطح. يتكون المحول من مغوٍ ثابت ذو قلب مغناطيسي وعضو إنتاج، وهو أيضًا جزء من القلب المغناطيسي، ويتحرك بالنسبة للمحرِّض. للحصول على أعلى محاثة ممكنة، يتم تصنيع الدائرة المغناطيسية للملف وعضو الإنتاج من مواد مغناطيسية حديدية. عندما يتحرك عضو الإنتاج (متصل، على سبيل المثال، بمسبار جهاز قياس)، يتغير محاثة الملف، وبالتالي يتغير التيار المتدفق في الملف. في التين. يوضح الشكل 5.6 الرسوم البيانية للمحولات الحثية ذات فجوة الهواء المتغيرة d (الشكل 5.6 أ) يستخدم لقياس الإزاحة في نطاق 0.01...10 مم؛ مع مساحة فجوة هوائية متغيرة S δ (الشكل 5.6 ب) ، يستخدم في النطاق 5 ... 20 ملم.

أرز. 5.6. محولات الإزاحة الاستقرائية

5.2. مكبرات الصوت التنفيذية

مكبر الصوت التشغيلي (op-amp) هو مكبر صوت تفاضلي يعمل بالتيار المستمر مع مكاسب عالية جدًا. بالنسبة لمضخم الجهد، يتم إعطاء وظيفة النقل (الكسب) بواسطة

لتبسيط حسابات التصميم، من المفترض أن يكون لمكبر الصوت المثالي الخصائص التالية.

1. المكسب عندما تكون حلقة التغذية الراجعة مفتوحة هو ما لا نهاية.

2. طريق مقاومة الإدخال هو ما لا نهاية.

3. مقاومة الخرج R 0 = 0.

4. عرض النطاق الترددي لا نهاية له.

5. V 0 = 0 عند V 1 = V 2 (لا يوجد جهد تعويض صفر).

السمة الأخيرة مهمة جدا. بما أن V 1 -V 2 = V 0 / A، فإذا كانت V 0 لها قيمة محدودة، والمعامل A كبير بلا حدود (القيمة النموذجية 100000) سيكون لدينا

الخامس 1 - الخامس 2 = 0 و الخامس 1 = الخامس 2.

حيث أن مقاومة الدخل للإشارة التفاضلية هي (V 1 - V 2)

إذا كان التيار كبير جدًا أيضًا، فيمكن إهمال التيار المار عبر الطريق، وهذان الافتراضان يبسطان بشكل كبير تصميم دوائر المضخم التشغيلي.

المادة 1.عندما يعمل المضخم التشغيلي في المنطقة الخطية، تعمل نفس الفولتية على مدخليه.

القاعدة 2.تيارات الإدخال لكلا مدخلات المرجع أمبير هي صفر.

دعونا نلقي نظرة على كتل الدائرة الأساسية لمضخم العمليات. تستخدم معظم هذه الدوائر مضخم التشغيل في تكوين حلقة مغلقة.

5.2.1. مضخم كسب الوحدة

(متابع الجهد)

إذا قمنا في مضخم غير عاكس بتعيين R i مساوية لما لا نهاية و R f مساوية للصفر، فسنصل إلى الدائرة الموضحة في الشكل. 5.7.

وفقًا للقاعدة 1، فإن الإدخال المقلوب لمضخم العمليات يحتوي أيضًا على جهد دخل Vi، والذي يتم نقله مباشرة إلى مخرج الدائرة. لذلك، V 0 = V i، وجهد الخرج يتتبع (يكرر) جهد الدخل. بالنسبة للعديد من المحولات التناظرية إلى الرقمية، تعتمد مقاومة الإدخال على قيمة إشارة الإدخال المماثلة. باستخدام متابع الجهد، يتم ضمان مقاومة دخل ثابتة.

5.2.2. الأفعى

يمكن لمكبر الصوت العكسي أن يجمع الفولتية المدخلة المتعددة. يتم توصيل كل إدخال من أداة الجمع بالمدخل المقلوب لمضخم العمليات من خلال مقاومة الوزن. يسمى الإدخال المقلوب عقدة الجمع لأنه يتم جمع جميع تيارات الإدخال وتيار التغذية المرتدة هنا. يظهر الرسم التخطيطي الأساسي لمضخم التجميع في الشكل. 5.8.

كما هو الحال مع المضخم العكسي التقليدي، يجب أن يكون الجهد عند المدخل المقلوب صفرًا، وبالتالي يجب أن يكون التيار المتدفق إلى المضخم التشغيلي صفرًا. هكذا،

ط و = ط 1 + ط 2 + . . . + أنا ن

نظرًا لوجود جهد صفر عند المدخلات المقلوبة، فإننا نحصل عليه بعد الاستبدالات المناسبة

V 0 = -R f ( +... + ).

يحدد المقاوم R f الكسب الإجمالي للدائرة. المقاومات R 1، R 2، . . . R n قم بتعيين قيم معاملات الترجيح ومقاومات الإدخال للقنوات المقابلة.

5.2.3. التكامل

التكامل عبارة عن دائرة إلكترونية تنتج إشارة خرج متناسبة مع التكامل (في الوقت المناسب) لإشارة الدخل.

في التين. يوضح الشكل 5.9 رسمًا تخطيطيًا لمتكامل تناظري بسيط، حيث يتم توصيل أحد طرفي المُكامل بعقدة الجمع، والآخر متصل بمخرج المُكامل. ولذلك، فإن الجهد عبر المكثف هو في نفس الوقت جهد الخرج. لا يمكن وصف إشارة الخرج الخاصة بالمتكامل بعلاقة جبرية بسيطة، لأنه مع جهد دخل ثابت، يتغير جهد الخرج بمعدل تحدده المعلمات Vi وR وC. وبالتالي، من أجل العثور على جهد الخرج، عليك بحاجة إلى معرفة مدة إشارة الإدخال. الجهد عبر مكثف تم تفريغه في البداية

حيث i f - من خلال المكثف و t i - وقت التكامل. لإيجابية

Vi لدينا i i = V i /R. بما أن i f = i i، مع الأخذ بعين الاعتبار انعكاس الإشارة الذي نحصل عليه

ويترتب على هذه العلاقة أن V 0 يتم تحديده بواسطة التكامل (مع الإشارة المعاكسة) لجهد الدخل في المدى من 0 إلى t 1، مضروبًا في عامل القياس 1/RC. الجهد V ic هو الجهد عبر المكثف في الوقت الأولي (t = 0).

5.2.4. التفاضلات

يقوم جهاز التفاضل بإنتاج إشارة خرج تتناسب مع معدل التغير مع مرور الوقت لإشارة الدخل. في التين. يوضح الشكل 5.10 رسمًا تخطيطيًا لأداة تمييز بسيطة.

التيار من خلال مكثف.

إذا كان المشتق موجبًا، فإن التيار i i يتدفق في الاتجاه الذي يتشكل فيه جهد خرج سلبي V 0.

هكذا،

تبدو هذه الطريقة لتمييز الإشارات بسيطة، لكن تطبيقها العملي يثير مشاكل في ضمان استقرار الدائرة عند الترددات العالية. ليست كل مضخمات العمليات مناسبة للاستخدام في أداة التمييز. معيار الاختيار هو أداء مضخم العمليات: تحتاج إلى تحديد مضخم تشغيلي ذو معدل دوران أقصى مرتفع لجهد الخرج ومنتج ذو نطاق ترددي عالي. تعمل مضخمات العمليات عالية السرعة المعتمدة على ترانزستورات التأثير الميداني بشكل جيد في أجهزة التفاضل.

5.2.5. مقارنات

المقارنة عبارة عن دائرة إلكترونية تقارن بين جهدين دخلين وتنتج إشارة خرج اعتمادًا على حالة المدخلات. يظهر الرسم التخطيطي الأساسي للمقارنة في الشكل. 5.11.

كما ترون، هنا يعمل مضخم العمليات بحلقة ردود فعل مفتوحة. يتم توفير جهد مرجعي لأحد مدخلاته، ويتم توفير جهد غير معروف (مقارن) إلى الآخر. يشير خرج المقارنة إلى ما إذا كان مستوى إشارة الدخل غير المعروفة أعلى أو أقل من مستوى الجهد المرجعي. في الدائرة في الشكل 5.11، يتم تطبيق الجهد المرجعي V r على المدخلات غير المقلوبة، ويتم توفير الإشارة غير المعروفة V i إلى المدخلات المقلوبة.

عندما V i > V r يتم ضبط الجهد V 0 = - V r (جهد التشبع السلبي) عند خرج المقارنة. وفي الحالة المعاكسة نحصل على V 0 = +V r، ويمكنك تبديل المدخلات - وهذا سيؤدي إلى انعكاس إشارة الخرج.

5.3. تبديل إشارات القياس

في تكنولوجيا المعلومات والقياس، عند تنفيذ تحويلات القياس التناظرية، غالبًا ما يكون من الضروري إجراء توصيلات كهربائية بين نقطتين أو أكثر من نقاط دائرة القياس من أجل إحداث العملية العابرة اللازمة، وتبديد الطاقة المخزنة بواسطة العنصر التفاعلي (على سبيل المثال، تفريغ مكثف)، توصيل مصدر الطاقة لدائرة القياس، تشغيل ذاكرة الخلية التناظرية، أخذ عينة من عملية مستمرة أثناء أخذ العينات، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، تقوم العديد من أدوات القياس بإجراء تحويلات القياس بالتتابع عبر عدد كبير من الأجهزة الكهربائية الكميات الموزعة في الفضاء. لتنفيذ ما سبق، يتم استخدام مفاتيح القياس ومفاتيح القياس.

مفتاح القياس هو جهاز يقوم بتحويل الإشارات التناظرية المنفصلة مكانيًا إلى إشارات مفصولة زمنيًا، والعكس صحيح.

تتميز مفاتيح قياس الإشارة التناظرية بالمعلمات التالية:

النطاق الديناميكي للكميات المبدلة؛

خطأ في معامل النقل

السرعة (تبديل التردد أو الوقت اللازم لإجراء عملية تبديل واحدة)؛

عدد الإشارات المبدلة

الحد من عدد المفاتيح (للمفاتيح ذات مفاتيح قياس الاتصال).

اعتمادًا على نوع مفاتيح القياس المستخدمة في المبدل، فإن الاتصال ومفاتيح الاتصال.

مفتاح القياس عبارة عن شبكة ذات طرفين مع عدم الخطية الواضحة لخاصية الجهد الحالي. يتم تنفيذ انتقال المفتاح من حالة (مغلق) إلى أخرى (مفتوح) باستخدام عنصر التحكم.

5.4. التناظرية للتحويل الرقمي

يعد التحويل من التناظري إلى الرقمي جزءًا لا يتجزأ من إجراء القياس. في أدوات الإشارة، تتوافق هذه العملية مع قراءة النتيجة الرقمية من قبل المجرب. في أدوات القياس الرقمية والمعتمدة على المعالج، يتم إجراء التحويل من التناظري إلى الرقمي تلقائيًا، ويتم إرسال النتيجة مباشرة إلى الشاشة أو إدخالها في المعالج لإجراء تحويلات القياس اللاحقة في شكل رقمي.

تم تطوير طرق التحويل من التناظري إلى الرقمي في القياسات بشكل عميق وشامل وتمثل القيم اللحظية لتأثير الإدخال في لحظات زمنية ثابتة مع مجموعة التعليمات البرمجية المقابلة (الرقم). الأساس المادي للتحويل من التناظري إلى الرقمي هو البوابات والمقارنة مع المستويات المرجعية الثابتة. أكثر أدوات ADC المستخدمة على نطاق واسع هي التشفير خطوة بخطوة، والعد المتسلسل، وموازنة التتبع، وبعضها الآخر. تشمل قضايا منهجية التحويل من التناظري إلى الرقمي المرتبطة بالاتجاهات في تطوير ADC والقياسات الرقمية في السنوات القادمة، على وجه الخصوص:

القضاء على غموض القراءة في أسرع أجهزة ADC المطابقة، والتي أصبحت منتشرة بشكل متزايد مع تطور التكنولوجيا المتكاملة؛

تحقيق التسامح مع الخطأ وتحسين الخصائص المترولوجية لـ ADC بناءً على نظام أرقام فيبوناتشي الزائد؛

تطبيق للتحويل التناظري إلى الرقمي لطريقة الاختبار الإحصائي.

5.4.1 المحولات الرقمية إلى التناظرية والمحولات التناظرية إلى الرقمية

تعد المحولات الرقمية إلى التناظرية (DAC) والمحولات التناظرية إلى الرقمية (ADC) جزءًا لا يتجزأ من أنظمة التحكم والتنظيم الأوتوماتيكية. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن الغالبية العظمى من الكميات الفيزيائية المقاسة هي تناظرية، ويتم معالجتها وإظهارها وتسجيلها عادةً بالطرق الرقمية، فقد وجدت DACs وADCs استخدامًا واسع النطاق في أدوات القياس الأوتوماتيكية. وبالتالي، تعد DACs وADCs جزءًا من أدوات القياس الرقمية (أجهزة قياس الفولتميتر، وأجهزة قياس الذبذبات، ومحللات الطيف، وأجهزة الارتباط، وما إلى ذلك)، وإمدادات الطاقة القابلة للبرمجة، وشاشات عرض أنبوب أشعة الكاثود، وأجهزة التخطيط، وأنظمة الرادار الخاصة بتركيبات عناصر المراقبة والدوائر الدقيقة، وهي مكونات مهمة المحولات والمولدات المختلفة وأجهزة إدخال / إخراج معلومات الكمبيوتر. تنفتح آفاق واسعة لاستخدام DACs وADCs في القياس عن بعد والتلفزيون. سيوفر الإنتاج التسلسلي لـ DACs و ADCs صغيرة الحجم ورخيصة نسبيًا فرصة لاستخدام أوسع لطرق التحويل المستمر المنفصلة في العلوم والتكنولوجيا.

هناك ثلاثة أنواع من التصميم والتصميم التكنولوجي لـ DACs وADCs: معياري، وهجين، ومتكامل. في الوقت نفسه، تتزايد باستمرار حصة إنتاج الدوائر المتكاملة DAC و ADC (ICs) في الحجم الإجمالي لإنتاجها، وهو ما يتم تسهيله بشكل كبير من خلال الاستخدام الواسع النطاق للمعالجات الدقيقة وطرق معالجة البيانات الرقمية. DAC هو جهاز ينتج إشارة تناظرية للخرج (الجهد أو التيار) تتناسب مع الإشارة الرقمية المدخلة. في هذه الحالة، تعتمد قيمة إشارة الخرج على قيمة الجهد المرجعي U op، الذي يحدد النطاق الكامل لإشارة الخرج. إذا كنت تستخدم أي إشارة تناظرية كجهد مرجعي، فإن إشارة خرج DAC ستكون متناسبة مع ناتج الإدخال الرقمي و التناظريةفي ADC، يتم تحديد الكود الرقمي عند الإخراج بنسبة إشارة الإدخال التناظرية المحولة إلى الإشارة المرجعية المقابلة للمقياس الكامل. وتكون هذه العلاقة صحيحة أيضًا إذا تغيرت الإشارة المرجعية وفقًا لأي قانون. يمكن اعتبار ADC بمثابة مقياس نسبة أو مقسم جهد مع مخرج رقمي.

5.4.2. مبادئ التشغيل والعناصر الأساسية والرسوم البيانية لـ ADC

حاليًا، تم تطوير عدد كبير من أنواع ADC لتلبية المتطلبات المختلفة. في بعض الحالات، يكون المتطلب السائد هو الدقة العالية، وفي حالات أخرى - سرعة التحويل.

وفقًا لمبدأ التشغيل، يمكن تقسيم جميع أنواع ADC الموجودة إلى مجموعتين: ADCs مع مقارنة الإشارة المحولة للإدخال بمستويات الجهد المنفصلة وADCs من النوع المتكامل.

يستخدم ADC الذي يقارن إشارة الدخل التي يتم تحويلها إلى مستويات جهد منفصلة عملية تحويل تولد بشكل أساسي مستويات جهد مكافئة للرموز الرقمية المقابلة وتقارن مستويات الجهد هذه بجهد الإدخال لتحديد المعادل الرقمي لإشارة الإدخال. في هذه الحالة، يمكن تشكيل مستويات الجهد في وقت واحد، بالتتابع أو بطريقة مجتمعة.

العد التسلسلي ADCمع جهد مسنن متدرج يعد أحد أبسط المحولات (الشكل 5.12).

تقوم إشارة "البدء" بضبط العداد على حالة الصفر، وبعد ذلك تصل نبضات الساعة إلى مدخلها بتردد و ريزداد جهد الخرج لـ DAC خطيًا في الخطوات.

عندما يصل الجهد الكهربي U إلى القيمة U الداخلة، تتوقف دائرة المقارنة عن حساب النبضات في العداد، ويتم إدخال الكود من مخرجات الأخير في سجل الذاكرة. يتم تحديد عمق البت ودقة هذه ADCs من خلال عمق البت ودقة DAC المستخدمة بداخلها. يعتمد وقت التحويل على مستوى جهد الإدخال الذي يتم تحويله. بالنسبة لجهد الإدخال المطابق لقيمة النطاق الكامل، يجب ملء MF وفي نفس الوقت يجب أن يقوم بإنشاء رمز كامل النطاق عند دخل DAC. وهذا يتطلب وقت تحويل قدره (2 n - 1) مضروبًا في فترة الساعة لـ DAC n-bit. من أجل التحويل السريع من التناظري إلى الرقمي، فإن استخدام مثل هذه ADCs غير عملي.

في تتبع ADC(الشكل 5.13) يتم استبدال مقياس الجمع بعداد عكسي RSch لتتبع جهد الدخل المتغير. تحدد إشارة خرج السيرة الذاتية اتجاه العد اعتمادًا على ما إذا كان جهد دخل ADC يتجاوز جهد خرج DAC أم لا.

قبل بدء القياسات، يتم ضبط تردد التردد اللاسلكي على الحالة المقابلة لمنتصف المقياس (01 ... 1). تشبه دورة التحويل الأولى لتتبع ADC دورة التحويل في العد التسلسلي ADC. في المستقبل، يتم تقليل دورات التحويل بشكل كبير، نظرًا لأن جهاز ADC هذا قادر على تتبع الانحرافات الصغيرة لإشارة الإدخال على مدار فترات زمنية متعددة، مما يؤدي إلى زيادة أو تقليل عدد النبضات المسجلة في وحدة التحكم في تردد التردد اللاسلكي، اعتمادًا على علامة عدم التطابق بين القيمة الحالية للجهد المحول Uin والجهد الناتج لـ DAC.

التقريب المتتابع ADC (موازنة البتات)لقد وجدت الاستخدام الأكثر انتشارًا بسبب تنفيذها البسيط إلى حد ما مع ضمان الدقة والدقة والسرعة العالية في نفس الوقت، ولديها أداء أقل قليلاً، ولكن دقة أعلى بكثير مقارنةً بـ ADC التي تنفذ طريقة التحويل المتوازي.

ولزيادة الأداء، يتم استخدام موزع النبض وسجل التقريب المتتالي كجهاز تحكم. تتم مقارنة جهد الإدخال بالجهد المرجعي (جهد تغذية راجعة DAC) بدءًا من القيمة المقابلة للبت الأكثر أهمية في الكود الثنائي الذي تم إنشاؤه.

عند بدء تشغيل ADC باستخدام RI، يتم ضبط RPP على الحالة الأولية:

1000. . .0. في هذه الحالة، يتم توليد جهد يعادل نصف نطاق التحويل عند خرج DAC، والذي يتم ضمانه عن طريق تشغيل البت الأكثر أهمية. إذا كانت إشارة الدخل أقل من الإشارة الصادرة من DAC، في دورة الساعة التالية، يتم إنشاء الكود 0100 عند المدخلات الرقمية لـ DAC باستخدام RPP. . 0، وهو ما يتوافق مع إدراج الرقم الثاني الأكثر أهمية. ونتيجة لذلك، تنخفض إشارة خرج DAC إلى النصف.

إذا تجاوزت إشارة الإدخال الإشارة الصادرة من DAC، في دورة الساعة التالية، يتم ضمان تكوين الكود 0110 ... 0 عند المدخلات الرقمية لـ DAC وإدراج بتة ثالثة إضافية. في هذه الحالة، يتم مرة أخرى مقارنة جهد الخرج الخاص بـ DAC، والذي زاد بمقدار مرة ونصف، بجهد الإدخال، وما إلى ذلك. يتم تكرار الإجراء الموصوف نمرات (حيث ن- عدد بتات ADC).

ونتيجة لذلك، سيتم توليد جهد عند خرج DAC يختلف عن الإدخال بما لا يزيد عن وحدة واحدة من الرقم الأقل أهمية في DAC. يتم أخذ نتيجة التحويل من مخرجات RPP.

تتمثل ميزة هذا المخطط في القدرة على إنشاء محولات متعددة البتات (حتى 12 بت وأعلى) عالية السرعة نسبيًا (مع وقت تحويل يصل إلى عدة مئات من النانو ثانية).

في شركة تطوير العقبة القراءة المباشرة (النوع الموازي)(الشكل 5.15) يتم تطبيق إشارة الدخل في وقت واحد على مدخلات جميع محولات الجهد، العدد موالتي يتم تحديدها بواسطة سعة بتات ADC وتساوي m = 2 n - 1، حيث n هو عدد بتات ADC. في كل CV، تتم مقارنة الإشارة بجهد مرجعي يتوافق مع وزن تفريغ معين ويتم إزالته من عقد مقسم المقاوم الذي يتم تشغيله من الجهد المرجعي.

تتم معالجة إشارات خرج CV بواسطة وحدة فك ترميز منطقية، والتي تنتج رمزًا متوازيًا، وهو المعادل الرقمي لجهد الإدخال. تتمتع هذه ADCs بأعلى أداء. عيب مثل هذه ADCs هو أنه مع زيادة عمق البت، يتضاعف عدد العناصر المطلوبة عمليًا، مما يجعل من الصعب إنشاء ADCs متعددة البت من هذا النوع. دقة التحويل محدودة بدقة واستقرار محول الجهد ومقسم المقاوم. لزيادة عمق البت عند السرعة العالية، يتم تنفيذ ADC على مرحلتين، حيث تتم إزالة البتات ذات الترتيب المنخفض من كود الإخراج من مخرجات المرحلة الثانية من DS، ويتم إزالة البتات الأكثر أهمية من المخرجات من DS للمرحلة الأولى.

ADC مع تعديل عرض النبضة (تكامل دورة واحدة)

يتميز ADC بأن مستوى إشارة الدخل التناظرية Uin يتم تحويلها إلى نبضة، تكون مدة النبضة t دالة لقيمة إشارة الدخل ويتم تحويلها إلى شكل رقمي عن طريق حساب عدد الفترات من التردد المرجعي الذي يتناسب بين بداية النبضة ونهايتها. الجهد الناتج للتكامل تحت تأثير الاتصال

يتم تطبيقه على مدخلاته تتغير U op من مستوى الصفر مع السرعة

في اللحظة التي يصبح فيها جهد الخرج للمتكامل مساويا لجهد الدخل Uin، يتم تشغيل السيرة الذاتية، ونتيجة لذلك ينتهي تكوين مدة النبضة، والتي يتم خلالها حساب عدد فترات التردد المرجعي في عدادات ADC. يتم تحديد مدة النبضة بالوقت الذي يتغير فيه الجهد الكهربي U من مستوى الصفر إلى U في:

ميزة هذا المحول هي بساطته، أما عيوبه فهي سرعته المنخفضة نسبيًا ودقته المنخفضة.

1. ما هو الجهاز ومبدأ العمل والتطبيق:

أ) المحولات الكهروضوئية؛

المحولات الكهروضوئية هي تلك التي تختلف فيها إشارة الخرج اعتمادًا على حادث تدفق الضوء على المحول. تنقسم المحولات الكهروضوئية أو كما سنسميها مستقبلاً الخلايا الكهروضوئية إلى ثلاثة أنواع:

1) خلايا ضوئية ذات تأثير ضوئي خارجي

وهي عبارة عن أسطوانات زجاجية كروية مفرغة أو مملوءة بالغاز، يتم وضع طبقة من المواد الحساسة للضوء على سطحها الداخلي لتشكل الكاثود. يتم تصنيع الأنود على شكل حلقة أو شبكة من سلك النيكل. في الحالة المظلمة، يمر تيار مظلم عبر الخلية الكهروضوئية نتيجة للانبعاث الحراري والتسرب بين الأقطاب الكهربائية. عندما يضيء الكاثود الضوئي، تحت تأثير فوتونات الضوء، فإنه يقلد الإلكترونات. إذا تم تطبيق الجهد بين الأنود والكاثود، فإن هذه الإلكترونات تشكل تيارًا كهربائيًا. عندما تتغير إضاءة الخلية الكهروضوئية المتصلة بدائرة كهربائية، يتغير التيار الضوئي في هذه الدائرة وفقًا لذلك.

2) خلايا ضوئية ذات تأثير ضوئي داخلي

وهي عبارة عن رقاقة شبه موصلة متجانسة مع جهات اتصال، على سبيل المثال، مصنوعة من سيلينيد الكادميوم، والتي تغير مقاومتها تحت تأثير التدفق الضوئي. يتكون التأثير الكهروضوئي الداخلي من ظهور إلكترونات حرة تطردها الكمات الضوئية من مدارات الإلكترون للذرات التي تظل حرة داخل المادة. إن ظهور الإلكترونات الحرة في مادة ما، مثل أشباه الموصلات، يعادل انخفاض المقاومة الكهربائية. تتميز المقاومات الضوئية بحساسية عالية وخاصية خطية للتيار والجهد (خاصية فولت أمبير)، أي. مقاومتهم لا تعتمد على الجهد المطبق.

3) المحولات الكهروضوئية.

هذه المحولات عبارة عن أشباه موصلات نشطة حساسة للضوء، والتي عند امتصاص الضوء بسبب التأثيرات الكهروضوئية في الطبقة الحاجزة، تولد إلكترونات حرة وقوة دافعة كهربية.

يمكن أن يعمل الثنائي الضوئي (PD) في وضعين - الثنائي الضوئي والمولد (الصمام). الترانزستور الضوئي هو جهاز استقبال أشباه الموصلات للطاقة المشعة مع اثنين أو أكثر من الوصلات p، حيث يتم دمج الصمام الثنائي الضوئي ومضخم التيار الضوئي.

تُستخدم الترانزستورات الضوئية، مثل الثنائيات الضوئية، لتحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية.

ب) المحولات السعوية.

محول الطاقة بالسعة هو مكثف تتغير سعته تحت تأثير الكمية غير الكهربائية التي يتم قياسها. يتم استخدام المكثف المسطح على نطاق واسع كمحول سعوي، ويمكن التعبير عن سعته بالصيغة C = e0eS/5، حيث e0 هو ثابت العزل الكهربائي للهواء (e0 = 8.85 10"12F/m؛ e هو العازل النسبي ثابت الوسط بين ألواح المكثف؛ منطقة البطانة S؛ 5 المسافة بين البطانات)

وبما أن الكمية غير الكهربائية المقاسة يمكن أن تكون مرتبطة وظيفيًا بأي من هذه المعلمات، فإن تصميم المحولات السعوية يمكن أن يكون مختلفًا جدًا اعتمادًا على التطبيق. لقياس مستويات الأجسام السائلة والحبيبية، يتم استخدام المكثفات الأسطوانية أو المسطحة؛ لقياس الإزاحات الصغيرة والقوى والضغوط المتغيرة بسرعة - محولات الطاقة السعوية التفاضلية مع وجود فجوة متغيرة بين اللوحات. دعونا نفكر في مبدأ استخدام المحولات السعوية لقياس الكميات غير الكهربائية المختلفة.

ج) المحولات الحرارية.

المحول الحراري هو موصل أو أشباه الموصلات مع التيار، مع معامل درجة حرارة عالية، في التبادل الحراري مع البيئة. هناك عدة طرق للتبادل الحراري: الحمل الحراري؛ الموصلية الحرارية للبيئة. الموصلية الحرارية للموصل نفسه. إشعاع.

تعتمد شدة التبادل الحراري بين الموصل والبيئة على العوامل التالية: سرعة الغاز أو الوسط السائل؛ الخصائص الفيزيائية للوسط (الكثافة، التوصيل الحراري، اللزوجة)؛ درجة الحرارة المحيطة الأبعاد الهندسية للموصل. قد يكون هذا الاعتماد على درجة حرارة الموصل، وبالتالي مقاومته، على العوامل المذكورة

تستخدم لقياس الكميات غير الكهربائية المختلفة التي تميز الوسط الغازي أو السائل: درجة الحرارة والسرعة والتركيز والكثافة (الفراغ).

د) محولات التأين.

محولات التأين هي تلك المحولات التي ترتبط فيها الكمية غير الكهربائية المقاسة وظيفيًا بتيار التوصيل الإلكتروني والأيوني للوسط الغازي. يتم الحصول على تدفق الإلكترونات والأيونات في محولات التأين إما عن طريق تأين وسط غازي تحت تأثير عامل مؤين واحد أو آخر، أو عن طريق الانبعاث الحراري، أو عن طريق قصف جزيئات الوسط الغازي بالإلكترونات، وما إلى ذلك.

العناصر الإلزامية لأي محول تأين هي المصدر وجهاز استقبال الإشعاع.

ه) المحولات المتغيرة.

محول المقاومة المتغيرة عبارة عن مقاومة متغيرة يتحرك محركها تحت تأثير الكمية غير الكهربائية التي يتم قياسها. يتم لف سلك بميل موحد على إطار مصنوع من مادة عازلة. يتم تنظيف عزل السلك الموجود على الحد العلوي للإطار، وتنزلق الفرشاة على طول المعدن. تنزلق الفرشاة الإضافية على طول الحلقة المنزلقة. كلتا الفرشتين معزولتان عن بكرة القيادة. يتم تصنيع المحولات المقاومة المتغيرة بسلك ملفوف على الإطار ومن نوع rheochord. يتم استخدام النيتشروم والمنجنين والكونستانتان وغيرها كمواد سلكية، وفي الحالات الحرجة، عندما تكون متطلبات مقاومة التآكل للأسطح الملامسة عالية جدًا أو عندما تكون ضغوط التلامس منخفضة جدًا، يتم استخدام سبائك البلاتين مع الإيريديوم والبلاديوم وما إلى ذلك. . يجب أن يكون سلك المقاومة المتغيرة مطليًا إما بالمينا أو بطبقة من الأكاسيد لعزل المنعطفات المتجاورة عن بعضها البعض. تصنع المحركات من سلكين أو ثلاثة أسلاك (بلاتين مع إيريديوم) بضغط تلامس قدره 0.003...0.005 نيوتن أو من النوع اللوحي (فضي، برونزي فوسفوري) بقوة مقدارها 0.05...0.1 نيوتن. سلك الجرح مصقول. عرض سطح التلامس يساوي قطرين إلى ثلاثة أقطار من الأسلاك. يتكون إطار المحول المتغير من القماش أو البلاستيك أو الألومنيوم المطلي بالورنيش العازل أو فيلم الأكسيد. تتنوع أشكال الإطارات. إن مفاعلة المحولات المتغيرة صغيرة جدًا ويمكن عادةً إهمالها عند الترددات الموجودة في النطاق الصوتي.

يمكن استخدام محولات الطاقة المتغيرة لقياس تسارع الاهتزاز وإزاحته بنطاق تردد محدود.

و) محولات قياس الضغط؛

محول قياس الضغط (مقياس الضغط) هو موصل يغير مقاومته عندما يتعرض لتشوه الشد أو الضغط. يتغير طول الموصل I ومنطقة المقطع العرضي S مع تشوهه. تؤدي هذه التشوهات في الشبكة البلورية إلى تغيير في مقاومة الموصل p، وبالتالي إلى تغيير في المقاومة الكلية

التطبيق: لقياس التشوهات والضغوط الميكانيكية، بالإضافة إلى الكميات الميكانيكية الثابتة والديناميكية الأخرى التي تتناسب مع تشوه العنصر المرن المساعد (الزنبرك)، مثل المسار أو التسارع أو القوة أو الانحناء أو عزم الدوران أو ضغط الغاز أو السائل، إلخ. ومن هذه الكميات المقاسة يمكن تحديد الكميات المشتقة، على سبيل المثال الكتلة (الوزن) ودرجة ملء الخزانات وغيرها. تُستخدم مقاييس انفعال الأسلاك الورقية، بالإضافة إلى الرقائق المعدنية والأفلام، لقياس الانفعالات النسبية من 0.005...0.02 إلى 1.5...2%. يمكن استخدام مقاييس إجهاد الأسلاك السائبة لقياس سلالات تصل إلى 6...10%. مقاييس الضغط خالية عمليًا من القصور الذاتي وتستخدم في نطاق التردد 0...100 كيلو هرتز.

ز) المحولات الاستقرائية.

تم تصميم محولات الطاقة ذات القياس الاستقرائي لتحويل الموضع (الإزاحة) إلى إشارة كهربائية. إنها محولات القياس الأكثر إحكاما ومقاومة للضوضاء وموثوقة واقتصادية لحل مشاكل أتمتة قياس الأبعاد الخطية في الهندسة الميكانيكية وهندسة الأجهزة.

يتكون محول الطاقة الحثي من مبيت يتم فيه وضع المغزل على أدلة دوارة، وفي الطرف الأمامي يوجد طرف قياس، وفي الطرف الخلفي يوجد عضو الإنتاج. الدليل محمي من التأثيرات الخارجية بواسطة الكفة المطاطية. يقع عضو الإنتاج المتصل بالمغزل داخل الملف المثبت في الجسم. وفي المقابل، يتم توصيل اللفات اللولبية كهربائيًا بكابل مثبت في الهيكل ومحمي من الالتواءات بواسطة زنبرك مخروطي الشكل. يوجد في الطرف الحر للكابل موصل يستخدم لتوصيل المحول بجهاز ثانوي. الجسم والمغزل مصنوعان من الفولاذ المقاوم للصدأ الصلب. يتكون المحول الذي يربط عضو الإنتاج بالمغزل من سبائك التيتانيوم. الزنبرك الذي يخلق قوة القياس متمركز، مما يزيل الاحتكاك عندما يتحرك المغزل. يضمن هذا التصميم لمحول الطاقة تقليل الخطأ العشوائي وتباين القراءة إلى أقل من 0.1 ميكرون.

تستخدم محولات الطاقة الحثية على نطاق واسع بشكل رئيسي لقياس الإزاحات الخطية والزاوية.

ح) المحولات المغناطيسية المرنة؛

محولات الطاقة المغناطيسية المرنة هي نوع من محولات الطاقة الكهرومغناطيسية. وهي تعتمد على ظاهرة التغيرات في النفاذية المغناطيسية μ للأجسام المغناطيسية اعتمادًا على الضغوط الميكانيكية σ التي تنشأ فيها والمرتبطة بتأثير القوى الميكانيكية P (الشد والضغط والانحناء والالتواء) على الأجسام المغناطيسية الحديدية. يؤدي التغير في النفاذية المغناطيسية للنواة المغناطيسية إلى تغير في المقاومة المغناطيسية للنواة RM. يؤدي التغيير في RM إلى تغيير في محاثة الملف L الموجود في القلب. وبالتالي، في المحول المغناطيسي المرن لدينا سلسلة التحولات التالية:

Р -> σ -> μ -> Rм -> L.

يمكن أن تحتوي المحولات المغناطيسية المرنة على ملفين (نوع المحول). تحت تأثير القوة بسبب التغير في النفاذية المغناطيسية، تتغير الحث المتبادل M بين اللفات والقوة الدافعة الكهربية المستحثة للملف الثانوي E. دائرة التحويل في هذه الحالة لها الشكل

P -> σ -> μ -> Rm -> M -> E.

يسمى تأثير تغيير الخواص المغناطيسية للمواد المغناطيسية تحت تأثير التشوهات الميكانيكية بالتأثير المغناطيسي المرن.

تستخدم محولات الطاقة المغناطيسية المرنة:

لقياس الضغوط العالية (أكثر من 10 نيوتن/مم2، أو 100 كجم/سم2)، لأنها تستشعر الضغط بشكل مباشر ولا تحتاج إلى محولات طاقة إضافية؛

لقياس القوة. في هذه الحالة، يتم تحديد حد قياس الجهاز حسب مساحة محول الطاقة المغناطيسي المرن. تتشوه هذه المحولات تحت تأثير القوة بشكل طفيف جدًا. نعم عندما ل= 50 ملم، △ ل < 10 мкм они имеют высо­кую жесткость и собственную частоту до 20... 50 кГц. Допустимые напряжения в материале магнитоупругого преобразователя не дол­жны превышать 40 Н/мм2 .

ط) محولات المقاومة كهربائيا؛

المحولات الإلكتروليتية هي نوع من المحولات الكهروكيميائية. في الحالة العامة، المحول الكهروكيميائي عبارة عن خلية إلكتروليتية مملوءة بمحلول مع أقطاب كهربائية موضوعة فيها، والتي تعمل على توصيل المحول بدائرة القياس. كعنصر من عناصر الدائرة الكهربائية، يمكن وصف الخلية الإلكتروليتية بالمجال الكهرومغناطيسي الذي تطوره، وانخفاض الجهد من التيار المار، والمقاومة، والسعة، والمحاثة. من خلال عزل العلاقة بين هذه المعلمات الكهربائية والكمية غير الكهربائية المقاسة، وكذلك قمع تأثير العوامل الأخرى، من الممكن إنشاء محولات لقياس تكوين وتركيز الوسائط السائلة والغازية، والضغط، والإزاحة، والسرعة، التسارع وكميات أخرى. تعتمد المعلمات الكهربائية للخلية على تركيبة المحلول والأقطاب الكهربائية والتحولات الكيميائية في الخلية ودرجة الحرارة وسرعة حركة المحلول وما إلى ذلك. ويتم تحديد العلاقات بين المعلمات الكهربائية للمحولات الكهروكيميائية والكميات غير الكهربائية قوانين الكيمياء الكهربائية.

يعتمد مبدأ تشغيل المحولات الإلكتروليتية على اعتماد مقاومة الخلية الإلكتروليتية على تكوين وتركيز الإلكتروليت، وكذلك على الأبعاد الهندسية للخلية. مقاومة العمود السائل للمحول الكهربائي:

R = ρh/S = ك/૪

حيث ૪= 1/ρ - الموصلية النوعية للكهارل؛ k هو ثابت المحول، اعتمادًا على نسبة أبعاده الهندسية، والتي يتم تحديدها عادةً تجريبيًا.