Transductores de medida paramétricos. Convertidores funcionales: medida, paramétrico, generador.

Los elementos principales de los instrumentos de medición más utilizados son los transductores de medición primarios, cuyo propósito es convertir la cantidad física medida (cantidad de entrada) en una señal de información de medición (cantidad de salida), generalmente eléctrica, conveniente para su posterior procesamiento.

Los convertidores primarios se dividen en paramétricos y generadores. En los convertidores paramétricos, el valor de salida representa un cambio en cualquier parámetro del circuito eléctrico (resistencia, inductancia, capacitancia, etc.); en los convertidores generadores, el valor de salida es la fem, corriente eléctrica o carga que surge de la energía del medido. valor.

Existe una gran clase de transductores de medida cuyas magnitudes de entrada son presión, fuerza o par. Por regla general, en estos transductores la magnitud de entrada actúa sobre un elemento elástico y provoca su deformación, que luego se convierte en una señal percibida por los observadores (dispositivos indicadores mecánicos) o en una señal eléctrica.

En gran medida, las propiedades inerciales del convertidor están determinadas por la frecuencia propia del elemento elástico: cuanto mayor es, menos inercial es el convertidor. El valor máximo de estas frecuencias cuando se utilizan aleaciones estructurales es de 50...100 kHz. Para la fabricación de elementos elásticos de transductores especialmente precisos se utilizan materiales cristalinos (cuarzo, zafiro, silicio).

Los convertidores resistivos son convertidores paramétricos, cuyo valor de salida es un cambio en la resistencia eléctrica, que puede ser causado por la influencia de cantidades de diversa naturaleza física: mecánica, térmica, luminosa, magnética, etc.

Un convertidor potenciométrico es un reóstato cuyo motor se mueve bajo la influencia del valor medido (valor de entrada). La cantidad de salida es la resistencia.

Los transductores potenciométricos se utilizan para medir la posición de los elementos de control (lineales y angulares), en indicadores de nivel, en sensores (por ejemplo, de presión) para medir la deformación de un elemento sensor elástico. La ventaja de los convertidores potenciométricos es una gran señal de salida, estabilidad de las características metrológicas, alta precisión y un error de temperatura insignificante. La principal desventaja es el estrecho rango de frecuencia (varias decenas de hercios).

El funcionamiento de las galgas extensométricas se basa en cambios en la resistencia de conductores y semiconductores durante su deformación mecánica (efecto deformación). Un extensímetro de alambre (o lámina) es un alambre delgado doblado en forma de zigzag con un diámetro de 0,02...0,05 mm o una cinta de lámina con un espesor de 4...12 micrones (rejilla), que se pega a un sustrato. de material aislante eléctrico. Los conductores de cobre de salida están conectados a los extremos de la red. Los transductores, al estar pegados a la pieza, perciben la deformación de su capa superficial.

Al medir deformaciones y tensiones en piezas y estructuras, por regla general, no hay posibilidad de calibrar los canales de medición y el error de medición es del 2...10%. En el caso de utilizar galgas extensométricas en transductores de medida primarios, el error se puede reducir al 0,5...1% mediante calibración. La principal desventaja de este tipo de galgas extensométricas es la pequeña señal de salida.

Para medir pequeñas deformaciones de los elementos elásticos sensibles de los transductores de medida se utilizan galgas extensométricas semiconductoras colocadas directamente sobre un elemento elástico de silicio o zafiro.

Al medir deformaciones dinámicas con una frecuencia de hasta 5 kHz, se deben utilizar galgas extensométricas de alambre o láminas con una base de no más de 10 mm, y la deformación máxima para ellos no debe exceder el 0,1% (0,02% para semiconductores).

La acción de los transductores piezoeléctricos se basa en la aparición de cargas eléctricas cuando el cristal se deforma (efecto piezoeléctrico directo).

Los transductores piezoeléctricos permiten medir cantidades rápidamente variables (la frecuencia natural de los transductores alcanza los 200 kHz), son muy fiables y tienen dimensiones y peso reducidos. La principal desventaja es la dificultad para medir cantidades que cambian lentamente y realizar una calibración estática debido a fugas eléctricas de la superficie del cristal.

Un convertidor electrostático se puede representar esquemáticamente como dos electrodos (placas) con área F, paralelos ubicados a una distancia d en un medio con constante dieléctrica e.

Normalmente, estos convertidores están diseñados de tal manera que su valor de salida es un cambio en la capacitancia (en este caso se llaman capacitivos), y los valores de entrada pueden ser movimientos mecánicos que cambian el espacio d o el área F, o a cambio en la constante dieléctrica del medio e debido a cambios en su temperatura, composición química, etc.

Además de la capacitancia, la FEM se utiliza como valor de salida de los convertidores electrostáticos. generado por el movimiento mutuo de electrodos ubicados en un campo eléctrico (modo generador). Por ejemplo, los micrófonos de condensador funcionan en modo generador, convirtiendo la energía de las vibraciones acústicas en energía eléctrica.

La ventaja de los convertidores electrostáticos es la ausencia de ruido y de autocalentamiento. Sin embargo, para proteger contra interferencias, los cables de conexión y los propios convertidores deben estar cuidadosamente apantallados.

Para los convertidores inductivos, el valor de salida es un cambio en la inductancia, y los valores de entrada pueden ser movimientos de partes individuales del convertidor, lo que lleva a un cambio en la resistencia del circuito magnético, inductancia mutua entre circuitos, etc.

Las ventajas de los convertidores son: linealidad de las características, baja dependencia de la señal de salida de influencias externas, golpes y vibraciones; alta sensibilidad. Desventajas: pequeña señal de salida y la necesidad de una tensión de alimentación de alta frecuencia.

El principio de funcionamiento de los convertidores de frecuencia de vibración se basa en cambiar la frecuencia natural de una cuerda o un puente delgado cuando cambia su tensión.

La cantidad de entrada del convertidor es fuerza mecánica (o cantidades convertidas en fuerza: presión, par, etc.). que se percibe por un elemento elástico conectado al jersey.

El uso de convertidores de frecuencia de vibración es posible cuando se miden cantidades constantes o que cambian lentamente a lo largo del tiempo (frecuencia no más de 100...150 Hz). Se distinguen por su alta precisión y la señal de frecuencia se caracteriza por una mayor inmunidad al ruido.

Los convertidores optoeléctricos utilizan las leyes de propagación e interacción con la materia de ondas electromagnéticas en el rango óptico.

El elemento principal de los convertidores son los receptores de radiación. Los más simples de ellos, los convertidores térmicos, están diseñados para convertir toda la energía de radiación que incide sobre ellos en temperatura (convertidor integrado).

Como receptores de radiación se utilizan también diversos convertidores fotoeléctricos que aprovechan el efecto fotoeléctrico. Los convertidores fotoeléctricos son selectivos, es decir. Tienen una alta sensibilidad en un rango de longitud de onda relativamente estrecho. Por ejemplo, el efecto fotoeléctrico externo (la emisión de electrones bajo la influencia de la luz) se utiliza en fotocélulas y fotomultiplicadores de vacío y llenos de gas.

Una fotocélula de vacío es un cilindro de vidrio sobre cuya superficie interior se aplica una capa de material fotosensible que forma un cátodo. El ánodo tiene forma de anillo o malla de alambre metálico. Cuando se ilumina el cátodo, surge una corriente de fotoemisión. Las corrientes de salida de estos elementos no superan varios microamperios. En las fotocélulas llenas de gas (para el llenado se utilizan gases inertes Ne, Ar, Kr, Xe), la corriente de salida aumenta de 5 a 7 veces debido a la ionización del gas por los fotoelectrones.

En los fotomultiplicadores, la amplificación de la fotocorriente primaria se produce como resultado de la emisión de electrones secundarios, "eliminando" electrones de los cátodos secundarios (emisores) instalados entre el cátodo y el ánodo. La ganancia total en los tubos fotomultiplicadores de varias etapas puede alcanzar cientos de miles y la corriente de salida puede alcanzar 1 mA. Se pueden utilizar fotomultiplicadores y elementos de vacío al medir cantidades que cambian rápidamente, ya que el fenómeno de la fotoemisión es prácticamente inercial.

Medición de presión

Para medir la presión total o estática, se colocan en el flujo receptores especiales con orificios receptores, que se conectan a través de tubos de pequeño diámetro (líneas neumáticas) a los correspondientes transductores primarios o instrumentos de medición.

El receptor de presión total más simple es un tubo cilíndrico con un extremo cortado perpendicularmente, doblado en ángulo recto y orientado hacia el flujo. Para reducir la sensibilidad del receptor a la dirección del flujo (por ejemplo, al realizar mediciones en flujos con una ligera turbulencia), se utilizan diseños de receptores especiales. Por ejemplo, los receptores de presión total con caudal (Fig. 3.3) se caracterizan por un error de medición de no más del 1% en ángulos de bisel de hasta 45° en el número de Mach.<0,8.

Al medir presiones estáticas cerca de las paredes de los canales, se realizan orificios receptores con un diámetro de 0,5...1 mm directamente en las paredes (orificios de drenaje). No debe haber irregularidades en el área de drenaje y los bordes de los orificios no deben tener rebabas. Este tipo de medición es muy común a la hora de estudiar flujos en tuberías y canales en cámaras de combustión, difusores y toberas.

Arroz. 3.3. Diagrama del receptor de presión completa:

Arroz. 3.4. Diagrama del receptor de presión estática:

a - en forma de cuña;

b - disco;

c - En forma de L para medidas en M £ 1,5

Para medir presiones estáticas en un flujo, se utilizan receptores de disco y en forma de cuña, así como receptores en forma de tubos en forma de L (Fig. 3.4) con orificios receptores ubicados en la superficie lateral. Estos receptores funcionan bien a velocidades subsónicas y supersónicas bajas.

Para estudiar la distribución de presiones en las secciones transversales de los canales, se han generalizado los peines de presión total y estática que contienen varios receptores, o los peines combinados que tienen un receptor para la presión total y estática. Al realizar mediciones en flujos con una estructura de flujo compleja (cámaras de combustión, canales entre palas de turbomáquinas), se utilizan receptores de presión orientables y no orientables, que permiten determinar los valores de las presiones totales y estáticas y la dirección de la vector de velocidad. Los primeros de ellos están diseñados para mediciones en flujos bidimensionales, y su diseño permite, mediante rotación, instalar el receptor en una determinada posición con respecto al vector de velocidad del flujo local.

Los receptores no orientables están equipados con varios orificios receptores (5...7), que se realizan en las paredes de un cilindro o esfera de pequeño diámetro (3...10 mm) o se encuentran en los extremos de tubos cortados en ciertos ángulos (diámetro 0,5...2 mm ), combinados en una sola unidad estructural (Fig. 3.5). A medida que el flujo fluye alrededor del receptor, se forma una cierta distribución de presión. Utilizando los valores de presión medidos utilizando los orificios receptores y los resultados de la calibración preliminar del receptor en el túnel de viento, se pueden determinar los valores de las presiones total y estática y la dirección local de la velocidad del flujo.

A velocidades de flujo supersónicas, se producen ondas de choque delante de los receptores de presión, y esto debe tenerse en cuenta al procesar los resultados de las mediciones. Por ejemplo, a partir de los valores medidos de la presión estática p en el flujo y la presión total p*" detrás de la onda de choque directa, se puede determinar el número M utilizando la fórmula de Rayleigh, y luego el valor de la presión total en el flujo:

Al probar motores y sus elementos, se utilizan varios instrumentos para medir la presión (deformación del puntero, líquido, manómetros de registro grupales), lo que permite al operador controlar los modos de funcionamiento de los objetos experimentales. Los sistemas de medición de información utilizan una variedad de convertidores primarios. Como regla general, la presión, o más bien la diferencia de presión (por ejemplo, entre medida y atmosférica, entre plena y estática, etc.), actúa sobre un elemento sensor elástico (membrana), cuya deformación se convierte en una señal eléctrica. . Para ello se utilizan con mayor frecuencia transductores inductivos y sensibles a la deformación cuando se miden presiones constantes y que cambian lentamente, y transductores inductivos y de piezocristal cuando se miden presiones variables.

Arroz. 3.5. Diagrama de un receptor de presión de cinco canales:

С x, С y, С z - componentes del vector de velocidad; p i - valores de presión medidos

Como ejemplo en la Fig. La Figura 3.6 muestra el diagrama del convertidor Sapphire-22DD. Los transductores de este tipo están disponibles en varias modificaciones diseñadas para medir presión manométrica, presión diferencial, vacío, presión absoluta, presión manométrica y vacío en varios rangos. El elemento elástico sensible es una membrana metálica 2, a la que está soldada en la parte superior una membrana de zafiro con galgas extensométricas de silicio pulverizado. La diferencia de presión medida actúa sobre un bloque que consta de dos diafragmas 5. Cuando se desplaza su centro, la fuerza que utiliza la varilla 4 se transmite a la palanca 3, lo que conduce a la deformación de la membrana 2 con galgas extensométricas. La señal eléctrica de las galgas extensométricas ingresa a la unidad electrónica 4, donde se convierte en una señal unificada: corriente continua 0...5 o 0...20 mA. El convertidor se alimenta desde una fuente de 36 V CC.

Al medir presiones variables (por ejemplo, pulsantes), es aconsejable acercar el transductor primario lo más posible al sitio de medición, ya que la presencia de una línea neumática introduce cambios significativos en la respuesta amplitud-frecuencia del sistema de medición. Lo último en este sentido es el método sin drenaje, en el que los transductores de presión en miniatura se montan a ras de la superficie que fluye (pared del canal, paletas del compresor, etc.). Los convertidores conocidos tienen una altura de 1,6 mm y un diámetro de membrana de 5 mm. También se utilizan sistemas con receptores de presión y guías de ondas (l~100 mm) (método de receptores de presión remotos), en los que, para mejorar la dinámica

Se utilizan enlaces correctivos acústicos y eléctricos.

Con una gran cantidad de puntos de medición en los sistemas de medición, se pueden utilizar conmutadores neumáticos especiales de alta velocidad, que proporcionan una conexión alternativa de varias docenas de puntos de medición a un convertidor.

Para garantizar una alta precisión, es necesario controlar periódicamente los instrumentos de medición de presión en condiciones de funcionamiento mediante controladores automáticos.

Medición de temperatura

Se utiliza una variedad de instrumentos de medición para medir temperaturas. Un termómetro termoeléctrico (termopar) consta de dos conductores hechos de diferentes materiales, conectados (soldados o soldados) entre sí en los extremos (uniones). Si las temperaturas de las uniones son diferentes, entonces en el circuito fluirá una corriente bajo la influencia de una fuerza termoelectromotriz, cuyo valor depende del material de los conductores y de las temperaturas de las uniones. Durante las mediciones, por regla general, una de las uniones está controlada termostáticamente (para este propósito se utiliza hielo derretido). Entonces la fem del termopar estará únicamente relacionada con la temperatura de la unión "caliente".

Se pueden incluir conductores diferentes en un circuito termoeléctrico. En este caso, la FEM resultante no cambiará si todas las juntas están a la misma temperatura. Esta propiedad es la base para el uso de los llamados cables de extensión (Fig. 3.7), que están conectados a termoelectrodos de longitud limitada, y tales De esta manera se consigue un ahorro en materiales caros. En este caso, es necesario garantizar la igualdad de temperaturas en los puntos de conexión de los cables de extensión (Tc) y la identidad termoeléctrica con su termopar principal dentro del rango de posibles cambios de temperatura Tc y T0 (generalmente no más de 0. .200°C). En el uso práctico de termopares, puede haber casos en los que la temperatura T0 sea diferente de 0°C. Entonces, para tener en cuenta esta circunstancia, la fem del termopar debe determinarse como E=E meas +DE(T 0) y utilizar la dependencia de calibración para encontrar el valor de temperatura. Aquí Emeas es el valor medido de la FEM; DE(T 0) – Valor EMF correspondiente al valor de T 0 y determinado a partir de la dependencia de la calibración. Las dependencias de calibración para termopares se obtienen a una temperatura de las uniones "frías" T0 igual a 0°C. Estas dependencias son algo diferentes de las lineales. Como ejemplo en la Fig. La Figura 3.8 muestra la dependencia de la calibración para un termopar de platino-rodio-platino.

En la tabla se dan algunas características de los termopares más comunes. 3.1.

En la práctica, los termopares más comunes son aquellos con diámetros de electrodo de 0,2...0,5 mm. El aislamiento eléctrico de los electrodos se logra envolviéndolos con amianto o hilo de sílice, seguido de impregnación con barniz resistente al calor, colocando termoelectrodos en tubos cerámicos o ensartando trozos de estos tubos (“cuentas”) sobre ellos. Se han generalizado los termopares de tipo cable, que constan de dos termoelectrodos colocados en una carcasa de paredes delgadas hecha de acero resistente al calor. Para aislar los termoelectrodos, la cavidad interna de la carcasa se llena con polvo de MgO o Al 2 O 3. El diámetro exterior de la carcasa es de 0,5...6 mm.

Tabla 3.1

Para medir correctamente la temperatura de los elementos estructurales, los termopares deben integrarse de tal manera que la unión caliente y los termoelectrodos cercanos a ella no sobresalgan de la superficie y que las condiciones para la transferencia de calor desde la superficie termotermizada no se vean alteradas debido a la instalación de el termopar. Para reducir el error de medición debido a la salida (o entrada) de calor de la unión caliente a lo largo de los termoelectrodos debido a la conductividad térmica, los termoelectrodos a una cierta distancia cerca de la unión (7...10 mm) deben colocarse aproximadamente a lo largo de isotermas. . El diagrama de cableado para un termopar que cumple con los requisitos especificados se muestra en la Fig. 3.9. La pieza tiene una ranura de 0,7 mm de profundidad en la que se colocan la unión y los termoelectrodos adyacentes; la unión se suelda a la superficie mediante soldadura por resistencia; la ranura se cubre con una lámina de 0,2...0,3 mm de espesor.

Los electrodos térmicos se retiran de las cavidades internas del motor o de sus componentes mediante accesorios. En este caso, es necesario asegurarse de que los termoelectrodos no perturben demasiado la estructura de flujo y que su aislamiento no se dañe debido a la fricción entre sí y contra los bordes afilados de la estructura.

Al medir temperaturas de elementos giratorios, las lecturas de los termopares se obtienen utilizando cepillos o colectores de corriente de mercurio. También se están desarrollando colectores de corriente sin contacto.

Los diagramas de termopares utilizados para medir la temperatura del flujo de gas se muestran en la Fig. 3.10. La unión caliente 1 es una esfera con diámetro d 0 (los termoelectrodos también se pueden soldar a tope); Los termoelectrodos 2 cerca de la unión se fijan en un tubo cerámico aislante de dos canales 3 y luego se retiran de la carcasa 4. En la figura, la carcasa 4 se muestra refrigerada por agua (la refrigeración es necesaria cuando se miden temperaturas superiores a 1300...1500 K ), el agua de refrigeración se suministra y se drena a través de los grifos 5 .

A altas temperaturas del gas, surgen errores metodológicos debido a la eliminación de calor de la unión debido a la conductividad térmica a través de los termoelectrodos hasta el cuerpo del termopar y la radiación al medio ambiente. Las pérdidas de calor debidas a la conductividad térmica se pueden eliminar casi por completo garantizando que el saliente del tubo aislante sea igual a 3...5 de sus diámetros.

Para reducir la disipación de calor por radiación, se utiliza blindaje de termopares (Fig. 3.10, b, c). Esto también protege la unión contra daños y la desaceleración del flujo dentro de la pantalla ayuda a aumentar el coeficiente de recuperación de temperatura cuando se mide en flujos de alta velocidad.

También se ha desarrollado un método para determinar la temperatura del gas a partir de las lecturas de dos termopares que tienen termoelectrodos de diferentes

Arroz. 3.9. Diagrama de conexión de termopar para medir la temperatura de los elementos de la cámara de combustión.

Arroz. 3.10. Circuitos de termopar para medir la temperatura del gas:

a - termopar con unión abierta: b, c - termopares blindados; g - termopar de doble unión; 1 - unión: 2 – termoelectrodos; 3 - tubo cerámico; 4 - cuerpo; 5 - accesorios para suministro y drenaje de agua

diámetro (Fig. 3.10, d), lo que permite tener en cuenta la eliminación de calor por radiación.

La inercia de los termopares depende del diseño. Por tanto, la constante de tiempo varía de 1...2 s para termopares con unión abierta a 3...5 s para termopares blindados.

Al estudiar campos de temperatura (por ejemplo, detrás de una turbina, cámara de combustión, etc.), se utilizan peines de termopar y, en algunos casos, se instalan en torretas giratorias, lo que permite determinar con suficiente detalle la distribución de temperatura en todo el sección transversal.

La acción de un termómetro de resistencia se basa en el cambio de resistencia del conductor a medida que cambia la temperatura. Alambre con un diámetro de 0,05...0,1 mm, hecho de cobre (t=-50...+150°C), níquel (t=-50...200°C) o platino (t=-200). ..500°С).

El alambre se enrolla alrededor del marco y se coloca en un estuche. Las termorresistencias son muy precisas y fiables, pero se caracterizan por una gran inercia y no son adecuadas para medir temperaturas locales. Los termómetros de resistencia se utilizan para medir la temperatura del aire en la entrada del motor, la temperatura de combustibles, aceites, etc.

Los termómetros de líquido utilizan la propiedad de expansión térmica del líquido. Como fluidos de trabajo se utilizan mercurio (t=-30...+700°C), alcohol (t=-100...+75°C), etc.. Los termómetros líquidos se utilizan para medir la temperatura de líquidos y gaseosos. medios en condiciones de laboratorio. , así como al calibrar otros instrumentos.

Los métodos ópticos para medir la temperatura se basan en los patrones de radiación térmica de los cuerpos calentados. En la práctica, se pueden implementar tres tipos de pirómetros: pirómetros de brillo, cuyo funcionamiento se basa en un cambio en la radiación térmica de un cuerpo con temperatura a una determinada longitud de onda fija; pirómetros de color que utilizan cambios en la distribución de energía con la temperatura dentro de una determinada porción del espectro de radiación; Pirómetros de radiación basados ​​en la dependencia de la temperatura de la cantidad total de energía emitida por un cuerpo.

Actualmente, en las pruebas de motores se han utilizado pirómetros de brillo basados ​​en receptores fotoeléctricos de energía radiante para medir las temperaturas de los elementos estructurales. Como ejemplo, en la figura se muestra un diagrama para instalar un pirómetro cuando se mide la temperatura de los álabes de una turbina con un motor en marcha. 32.11. Usando la lente 2, el “campo de visión” del transductor primario se limita a un área pequeña (5...6 mm). El pirómetro “inspecciona” el borde y parte de la parte posterior de cada pala. El cristal protector 1, de zafiro, protege la lente contra la contaminación y el sobrecalentamiento. La señal se transmite a través de la guía de luz 3 al fotodetector. Debido a su baja inercia, el pirómetro permite controlar la temperatura de cada pala.

Para medir las temperaturas de los elementos estructurales del motor, se pueden utilizar indicadores de temperatura de color (pinturas térmicas o termobarnices), sustancias complejas que, al alcanzar una determinada temperatura (temperatura de transición), cambian bruscamente de color debido a la interacción química de los componentes o fases. transiciones que se producen en ellos.

Arroz. 3.11. Diagrama de instalación del pirómetro en el motor:

(a) (1 - suministro de aire de soplado; 2 - convertidor primario) y circuito del convertidor primario

(b) (1 - cristal protector; 2 - lente; 3 - guía de luz)

Las pinturas térmicas y los barnices térmicos, cuando se aplican sobre una superficie dura, se endurecen después del secado y forman una película delgada que puede cambiar de color a la temperatura de transición. Por ejemplo, la pintura térmica blanca TP-560 se vuelve incolora cuando se alcanza t=560 °C.

Con los indicadores térmicos se pueden detectar zonas de sobrecalentamiento en los elementos del motor, incluso en lugares de difícil acceso. La complejidad de las mediciones es baja. Sin embargo, su uso es limitado, ya que no siempre es posible establecer en qué modo se alcanzó la temperatura máxima. Además, el color del indicador térmico depende del tiempo de exposición a la temperatura. Por lo tanto, los indicadores térmicos, por regla general, no pueden reemplazar otros métodos de medición (por ejemplo, utilizando termopares), pero permiten obtener información adicional sobre el estado térmico del objeto en estudio.

El funcionamiento de los transductores de medida se realiza en condiciones difíciles, ya que el objeto de medición es, por regla general, un proceso complejo y multifacético caracterizado por muchos parámetros, cada uno de los cuales actúa sobre el transductor de medida junto con otros parámetros. Sólo nos interesa un parámetro, que se llama cantidad mensurable, y todos los demás parámetros del proceso se consideran interferencia. Por lo tanto, cada transductor de medida tiene su cantidad de entrada natural, que él percibe mejor en el contexto de la interferencia. De manera similar podemos distinguir valor de salida natural transductor de medida.

Los convertidores de cantidades no eléctricas en eléctricas, desde el punto de vista del tipo de señal en su salida, se pueden dividir en generadores que producen carga, voltaje o corriente (cantidad de salida E = F (X) o I = F (X) y resistencia interna ZBH = constante), y paramétrico con resistencia de salida, inductancia o capacitancia que cambia de acuerdo con un cambio en el valor de entrada (EMF E = 0 y el valor de salida en forma de un cambio en R, L o C en función de X).

La diferencia entre generador y convertidores paramétricos se debe a sus circuitos eléctricos equivalentes, que reflejan diferencias fundamentales en la naturaleza de los fenómenos físicos utilizados en los convertidores. El convertidor generador es una fuente de señal eléctrica de salida directa, y los cambios en los parámetros del convertidor paramétrico se miden indirectamente, mediante cambios en la corriente o el voltaje como resultado de su inclusión obligatoria en un circuito con una fuente de energía externa. Un circuito eléctrico conectado directamente al transductor paramétrico genera su señal. Así, la combinación del convertidor paramétrico y el circuito eléctrico es la fuente de la señal eléctrica.

Según el fenómeno físico subyacente al trabajo y el tipo de cantidad física de entrada, los generadores y convertidores paramétricos se dividen en varios tipos (Figura 2.3):

Generador - piezoeléctrico,

Termoeléctrica, etc.;

Resistivo - para contactar,

Reostático, etc.;

Electromagnético - a inductivo,

Transformador, etc

Según el tipo de modulación, todos los IP se dividen en dos grandes grupos: amplitud y frecuencia, tiempo, fase. Las últimas tres variedades tienen mucho en común y, por tanto, se combinan en un solo grupo.

Arroz. 2.3. Clasificación de convertidores de medida de cantidades no eléctricas en eléctricas.

2. Por la naturaleza de la transformación, cantidades de entrada:

Lineal;

No lineal.

3. Según el principio de funcionamiento del transductor de medida primario (PMT), se dividen en:

Generando;

Paramétrico.

La señal de salida de los PIP del generador es la fem, el voltaje, la corriente y la carga eléctrica, funcionalmente relacionados con la cantidad medida, por ejemplo, la fem de un termopar.

En los PIP paramétricos, la cantidad medida provoca un cambio proporcional en los parámetros del circuito eléctrico: R, L, C.

Los generadores incluyen:

Inducción;

Piezoeléctrico;

Algunos tipos de electroquímicos.

Fuentes de alimentación resistivas - convertir el valor medido en resistencia.

IP electromagnética – convertido en un cambio de inductancia o inducción mutua.

Fuentes de alimentación capacitivas – convertido en un cambio de capacitancia.

IP piezoeléctrico – convertir la fuerza dinámica en carga eléctrica.

IP galvanomagnética – basándose en el efecto Hall, convierten el campo magnético operativo en EMF.

IP térmica - la temperatura medida se convierte en el valor de resistencia térmica o fem.

IP optoelectrónica – convertir señales ópticas en eléctricas.

Para los sensores, las principales características son:

Rango de temperatura de funcionamiento y error dentro de este rango;

Resistencias generalizadas de entrada y salida;

Respuesta frecuente.

En aplicaciones industriales, el error de los sensores utilizados en los procesos de control no debe superar el 1-2%. Y para tareas de control – 2 – 3%.

2.1.3. Circuitos de conexión para transductores de medida primarios.

Los transductores de medida primarios son:

Paramétrico;

Generando.

Los circuitos de conmutación para transductores de medida primarios paramétricos se dividen en:

Conexión en serie:

Conmutación diferencial:

Con un transductor de medida primario;

Con dos transductores de medición primarios;

Circuitos puente:

Puente simétrico desequilibrado con un brazo activo;

Puente simétrico desequilibrado con dos brazos activos;

Puente simétrico desequilibrado con cuatro brazos activos.

Los circuitos de conmutación para convertidores de medida de generadores se dividen en:

Secuencial;

Diferencial;

Compensatorio.

Los generadores no necesitan fuente de energía, pero los paramétricos sí. Muy a menudo, los generadores se pueden representar como una fuente de EMF y los paramétricos, como una resistencia activa o reactiva, cuya resistencia cambia con los cambios en el valor medido.

La conmutación en serie y diferencial se puede aplicar a fuentes de alimentación tanto paramétricas como de generador. Esquema de compensación – a los generadores. Pavimento - a paramétrico.

2.1.3.1. Esquemas de conexión secuencial de transductores de medida paramétricos.

Conexión en serie de un transductor de medida paramétrico (Fig. 2.4):

Arroz. 2.4. Conexión secuencial de una fuente de alimentación paramétrica.

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https://pandia.ru/text/80/219/images/image016_83.gif" width="116 height=41" height="41"> - sensibilidad actual;

- sensibilidad al voltaje;

Sensibilidad al poder;

Arroz. 2.5. Características de salida de una fuente de alimentación conectada en serie:

a – real; b-ideal.

Conexión en serie de dos transductores de medida paramétricos (Fig. 2.6).

Fig.2.6. Conexión secuencial de dos fuentes de alimentación paramétricas.

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Los instrumentos de medición eléctricos se utilizan ampliamente para medir cantidades no eléctricas. Esto fue posible gracias al uso de convertidores especiales (Convertidores).

Las señales de salida de dichos convertidores se transmiten en forma de parámetros de circuito o EMF (carga), asociados con una relación funcional con la señal de entrada. Los primeros se llaman paramétricos, los segundos se llaman generadores.

De los convertidores paramétricos, los más utilizados son los reóstatos, los dispositivos sensibles a la deformación, sensibles a la temperatura, electrolíticos, de ionización, inductivos y capacitivos.

Convertidores de reóstato Son un marco aislado sobre el que se enrolla un conductor y un cepillo que se mueve a lo largo de las espiras. Su parámetro de salida es la resistencia del circuito.

La cantidad medida Pr puede ser el movimiento del cepillo en línea recta o en círculo. Habiendo mejorado el sistema de detección, Pr se puede utilizar para determinar la presión o masa bajo cuya influencia se moverá el control deslizante.

Para el devanado del reóstato se utilizan materiales cuya resistencia depende poco de factores externos (temperatura, presión, humedad, etc.). Dichos materiales pueden ser nicromo, fechral, ​​constanten o manganina. Al cambiar la forma y la sección transversal del núcleo (la longitud de una vuelta también cambia en consecuencia), es posible lograr una dependencia no lineal de la resistencia del circuito del movimiento del control deslizante.

La ventaja de los convertidores reostáticos es la simplicidad de su diseño. Sin embargo, es imposible determinar con precisión el movimiento si la resistencia de salida cambia en una vuelta. Ésta es la principal desventaja de estos PRS y caracteriza su error.

Transductores sensibles a la deformación (TCTr). Su funcionamiento se basa en un cambio en la resistencia activa del conductor bajo la influencia de presión o deformación mecánica. Este fenómeno se llama efecto de deformación.

La señal de entrada para TCPR puede ser tensión, compresión u otro tipo de deformación de piezas del equipo, estructuras metálicas, la señal de salida es un cambio en la resistencia del convertidor.

Los alambres sensibles a la deformación son un sustrato delgado hecho de papel o película y un alambre de sección transversal muy pequeña pegado a él. Como elemento sensor se suele utilizar alambre de Constantan, que tiene una resistencia independiente de la temperatura, con un diámetro de 0,02-0,05 mm. También se utilizan láminas TCPR y galgas extensométricas de película.

El transductor de PM se pega a la pieza a medir, de manera que el eje de expansión lineal de la pieza coincida con el eje longitudinal del PM. Cuando el objeto medido se expande, la longitud del TCP aumenta y, en consecuencia, cambia su resistencia.

La ventaja de tales dispositivos es la linealidad, la simplicidad de diseño e instalación. Las desventajas incluyen baja sensibilidad.

Convertidores termosensibles (TPr). Los elementos principales de dichos dispositivos son termistores, diodos térmicos, transistores térmicos, etc. El termoelemento se incluye en el circuito eléctrico de tal manera que la corriente del circuito lo atraviesa y la temperatura del elemento medido se ve afectada.

Con su ayuda se pueden medir la temperatura, la viscosidad, la conductividad térmica, la velocidad de movimiento y otros parámetros del entorno en el que se encuentra el elemento.

Los termistores de platino se utilizan para mediciones en el rango de temperatura de -260 °C a +1100 °C; los termistores de cobre se utilizan en el rango de temperatura de -200 °C a +200 °C. En el rango de temperatura de -80°C a +150°C, cuando se requiere una precisión especial, se utilizan diodos térmicos y termotransistores.

Según el modo de funcionamiento, TRPr se divide en sobrecalentamiento y sin precalentamiento. Los dispositivos sin precalentamiento se utilizan únicamente para medir la temperatura del medio, ya que la corriente que fluye por ellos no afecta su calentamiento. La temperatura del medio está determinada con bastante precisión por la resistencia del elemento.

El modo de funcionamiento de otro tipo de convertidores térmicos está asociado a su precalentamiento a un valor determinado. Luego se colocan en el entorno medido y se controla el cambio en su resistencia.

Por la tasa de cambio en la resistencia, se puede juzgar con qué intensidad se produce el enfriamiento o el calentamiento, lo que significa que se puede determinar la velocidad de movimiento de la sustancia que se está midiendo, su viscosidad y otros parámetros.

Los TPR semiconductores son más sensibles que los termistores, por lo que se utilizan en el campo de las mediciones de precisión. Sin embargo, su principal desventaja es el estrecho rango de temperatura y la mala reproducibilidad de las características estáticas del dispositivo.

Convertidores electrolíticos (ELC). Se utilizan para determinar la concentración de soluciones, ya que la conductividad eléctrica de las soluciones depende en gran medida del grado de concentración de sal en ellas.

Los ELP son un recipiente con dos electrodos. Se aplica voltaje a los electrodos, completando así el circuito eléctrico a través de la capa de electrolito. Dichos convertidores se utilizan con corriente alterna, ya que bajo la influencia de la corriente continua, el electrolito se disocia en iones positivos y negativos, lo que introduce un error en las mediciones.

Otra desventaja del ELP es la dependencia de la conductividad del electrolito de la temperatura, lo que obliga a mantener una temperatura constante utilizando unidades de refrigeración o calefacción.

Convertidores inductivos y capacitivos. Como sugiere el nombre, los parámetros de salida de dichos dispositivos son la inductancia y la capacitancia. El valor medido de PR inductivos simples puede ser un desplazamiento de 10 a 15 mm; para PR de transformadores inductivos con un sistema de bucle abierto, este valor se puede aumentar a 100 mm. Los Prs capacitivos se utilizan para medir movimientos del orden de 1 mm.

Los Prs inductivos son dos inductores colocados sobre un núcleo abierto. La inductancia mutua de las bobinas está influenciada por parámetros tales como: la longitud del entrehierro de la sección abierta, el área de la sección transversal del entrehierro, la permeabilidad magnética del entrehierro.

Por lo tanto, midiendo la inductancia mutua de las bobinas, es posible determinar cuánto han cambiado los parámetros anteriores. Y pueden cambiar cuando la placa dieléctrica se mueve en el entrehierro. Ésta es la base del principio de funcionamiento de la pr inductiva.

El principio de funcionamiento de los PR capacitivos se basa en un cambio en la capacitancia del capacitor cuando el área activa de las placas disminuye, la distancia entre las placas del capacitor cambia y la constante dieléctrica del espacio entre placas cambia.

Los convertidores capacitivos tienen una mayor sensibilidad a los cambios en los parámetros de entrada. Capacitive Pr es capaz de registrar cambios en la capacitancia incluso cuando se mueve por milésimas de milímetro.

Convertidores de ionización. El principio de funcionamiento del instrumento se basa en el fenómeno de ionización del gas y otros medios bajo la influencia de radiaciones ionizantes, que pueden ser radiaciones α, β y γ ionizantes de sustancias radiactivas o rayos X.

Si una cámara que contiene gas se expone a radiación, una corriente eléctrica fluirá a través de los electrodos. La magnitud de esta corriente dependerá de la composición del gas, el tamaño de los electrodos, la distancia entre los electrodos y el voltaje aplicado.

Midiendo la corriente eléctrica en un circuito, conociendo la composición del medio, la distancia entre los electrodos y el voltaje aplicado, es posible determinar el tamaño de los electrodos, o viceversa, otros parámetros. Se utilizan para medir las dimensiones de piezas, o composiciones de gases, etc.

La principal ventaja de ionizar Prs es la posibilidad de realizar mediciones sin contacto en ambientes agresivos, bajo presión o temperatura elevadas. La desventaja de tal pr es la necesidad de protección biológica del personal contra la exposición a la radiación.

Termómetros de resistencia. Los termómetros de resistencia, al igual que los termopares, están diseñados para medir la temperatura de cuerpos gaseosos, sólidos y líquidos, así como la temperatura de la superficie. El principio de funcionamiento de los termómetros se basa en el uso de la propiedad de los metales y semiconductores de cambiar su resistencia eléctrica con la temperatura. Para conductores fabricados de metales puros, esta dependencia en el rango de temperatura de –200 °C a 0 °C tiene la forma:

R t = R 0 ,

y en el rango de temperatura de 0 °C a 630 °C

R t = R 0 ,

Dónde R t , R 0 - resistencia del conductor a temperatura t y 0°C; A B C - coeficientes; t- temperatura, °C.

En el rango de temperatura de 0 °C a 180 °C, la dependencia de la resistencia del conductor con la temperatura se describe mediante la fórmula aproximada

R t = R 0 ,

Dónde α - coeficiente de temperatura de resistencia del material conductor (TCR).

Para conductores de metal puro α≈ 6-10 -3 ...4-10 -3 grados -1 .

Medir la temperatura con un termómetro de resistencia se reduce a medir su resistencia Rt,s transición posterior a temperatura mediante fórmulas o tablas de calibración.

Hay termómetros de resistencia de alambre y semiconductores. Un termómetro de resistencia de alambre es un alambre delgado hecho de metal puro, montado en un marco hecho de material resistente a la temperatura (elemento sensible), colocado en un accesorio protector (Fig. 5.4).

Arroz. 5.4. Elemento sensor del termómetro de resistencia

Los cables del elemento sensible están conectados al cabezal del termómetro. La elección de alambres fabricados con metales puros en lugar de aleaciones para la fabricación de termómetros de resistencia se debe a que el TCR de los metales puros es mayor que el TCR de las aleaciones y, por tanto, los termómetros basados ​​en metales puros son más sensibles.

La industria produce termómetros de resistencia de platino, níquel y cobre. Para garantizar la intercambiabilidad y la calibración uniforme de los termómetros, se han estandarizado sus valores de resistencia. R0 y TKS.

Los termómetros de resistencia semiconductores (termistores) son perlas, discos o varillas de material semiconductor con conductores para la conexión a un circuito de medición.

La industria produce en masa muchos tipos de termistores en varios diseños.

Las dimensiones de los termistores suelen ser pequeñas, unos pocos milímetros, y algunos tipos, décimas de milímetro. Para protegerlos contra daños mecánicos y influencias ambientales, los termistores están protegidos con revestimientos de vidrio o esmalte, así como con cubiertas metálicas.

Los termistores suelen tener una resistencia de unos pocos a cientos de kiloohmios; su TCR en el rango de temperatura de funcionamiento es un orden de magnitud mayor que el de los termómetros de alambre. Como materiales para el fluido de trabajo de los termistores se utilizan mezclas de óxidos de níquel, manganeso, cobre y cobalto, que se mezclan con un aglutinante, se les da la forma requerida y se sinterizan a altas temperaturas. Los termistores se utilizan para medir temperaturas en el rango de -100 a 300°C. La inercia de los termistores es relativamente pequeña. Sus desventajas incluyen la no linealidad de la dependencia de la resistencia con la temperatura, la falta de intercambiabilidad debido a la gran dispersión de la resistencia nominal y el TCR, así como el cambio irreversible en la resistencia con el tiempo.

Para mediciones en el rango de temperatura cercano al cero absoluto se utilizan termómetros semiconductores de germanio.

La resistencia eléctrica de los termómetros se mide mediante puentes o compensadores de CC y CA. Una característica de las mediciones termométricas es la limitación de la corriente de medición para evitar el calentamiento del fluido de trabajo del termómetro. Para los termómetros de resistencia de alambre, se recomienda seleccionar una corriente de medición tal que la potencia disipada por el termómetro no supere los 20 ... 50 mW. La disipación de potencia permitida en los termistores es mucho menor y se recomienda determinarla experimentalmente para cada termistor.

Transductores sensibles a la deformación (extensímetros). En la práctica del diseño, a menudo es necesario medir tensiones mecánicas y deformaciones en elementos estructurales. Los convertidores más comunes de estas cantidades en una señal eléctrica son las galgas extensométricas. El funcionamiento de las galgas extensométricas se basa en la propiedad de los metales y semiconductores de cambiar su resistencia eléctrica bajo la influencia de las fuerzas que se les aplican. El extensímetro más simple puede ser un trozo de alambre acoplado rígidamente a la superficie de una pieza deformable. Estirar o comprimir la pieza provoca un estiramiento o compresión proporcional del cable, como resultado de lo cual cambia su resistencia eléctrica. Dentro de los límites de las deformaciones elásticas, el cambio relativo en la resistencia del alambre está relacionado con su alargamiento relativo por la relación

ΔR/R=K Τ Δl/l,

Dónde yo, r - longitud inicial y resistencia del cable; Δl, ΔR - incremento de longitud y resistencia; KT- coeficiente de sensibilidad a la deformación.

El valor del coeficiente de galga extensométrica depende de las propiedades del material del que está hecha la galga extensométrica, así como del método de fijación de la galga extensométrica al producto. Para alambres metálicos de varios metales. kt= 1... 3,5.

Hay galgas extensométricas de cables y semiconductores. Para la fabricación de galgas extensométricas de alambre, se utilizan materiales que tienen un coeficiente de sensibilidad a la deformación suficientemente alto y un coeficiente de resistencia a la temperatura bajo. El material más utilizado para la fabricación de galgas extensométricas de alambre es el alambre constante con un diámetro de 20 ... 30 micrones.

Estructuralmente, las galgas extensométricas de alambre son una rejilla que consta de varios bucles de alambre pegados a un sustrato delgado de papel (u otro) (Fig. 5.5). Dependiendo del material del sustrato, las galgas extensométricas pueden funcionar a temperaturas de -40 a +400 °C.

Arroz. 5.5. galga extensométrica

Existen diseños de galgas extensométricas unidas a la superficie de piezas mediante cemento, capaces de funcionar a temperaturas de hasta 800 °C.

Las principales características de las galgas extensométricas son la resistencia nominal. R, base yo y factor de deformación KT. La industria produce una amplia gama de galgas extensométricas con tamaños de base de 5 a 30 mm. , Resistencias nominales de 50 a 2000 Ohmios, con un coeficiente de sensibilidad a la deformación de 2±0,2.

Otro desarrollo de las galgas extensométricas de alambre son las galgas extensométricas de láminas y películas, cuyo elemento sensible es una rejilla de tiras de lámina o una fina película metálica aplicada sobre sustratos a base de barniz.

Las galgas extensométricas se fabrican a base de materiales semiconductores. El efecto de deformación se expresa con mayor fuerza en germanio, silicio, etc. La principal diferencia entre las galgas extensométricas de semiconductores y las galgas extensométricas de alambre es un cambio grande (hasta un 50%) en la resistencia durante la deformación debido al gran valor del coeficiente de sensibilidad a la deformación.

Convertidores inductivos. Los transductores inductivos se utilizan para medir desplazamientos, dimensiones, desviaciones de forma y ubicación de superficies. El convertidor consta de un inductor estacionario con un núcleo magnético y una armadura, que también forma parte del núcleo magnético, que se mueve con respecto al inductor. Para obtener la mayor inductancia posible, el circuito magnético de la bobina y la armadura están fabricados de materiales ferromagnéticos. Cuando la armadura se mueve (conectada, por ejemplo, a la sonda de un dispositivo de medición), la inductancia de la bobina cambia y, en consecuencia, cambia la corriente que fluye en el devanado. En la Fig. La Figura 5.6 muestra diagramas de convertidores inductivos con un entrehierro variable d (Fig. 5.6 A) utilizado para medir el desplazamiento dentro del rango de 0,01...10 mm; con área de entrehierro variable S δ (Fig. 5.6 b), utilizado en el rango de 5 ... 20 mm.

Arroz. 5.6. Transductores de desplazamiento inductivos

5.2. Amplificadores operacionales

Un amplificador operacional (op-amp) es un amplificador diferencial de CC con una ganancia muy alta. Para un amplificador de voltaje, la función de transferencia (ganancia) está dada por

Para simplificar los cálculos de diseño, se supone que un amplificador operacional ideal tiene las siguientes características.

1. La ganancia cuando el circuito de retroalimentación está abierto es infinita.

2. La resistencia de entrada Rd es infinita.

3. Resistencia de salida R 0 = 0.

4. El ancho de banda es infinito.

5. V 0 = 0 en V 1 = V 2 (sin voltaje de compensación cero).

La última característica es muy importante. Dado que V 1 -V 2 = V 0 / A, entonces si V 0 tiene un valor finito y el coeficiente A es infinitamente grande (valor típico 100000), tendremos

V 1 - V 2 = 0 y V 1 = V 2.

Dado que la resistencia de entrada para la señal diferencial es (V 1 - V 2)

también es muy grande, entonces se puede despreciar la corriente que pasa por Rd. Estos dos supuestos simplifican significativamente el diseño de circuitos de amplificador operacional.

Regla 1. Cuando el amplificador operacional opera en la región lineal, los mismos voltajes actúan en sus dos entradas.

Regla2. Las corrientes de entrada para ambas entradas del amplificador operacional son cero.

Veamos los bloques de circuitos básicos del amplificador operacional. La mayoría de estos circuitos utilizan el amplificador operacional en una configuración de circuito cerrado.

5.2.1. Amplificador de ganancia unitaria

(seguidor de voltaje)

Si en un amplificador no inversor igualamos R i a infinito y R f a cero, llegaremos al circuito que se muestra en la figura. 5.7.

Según la regla 1, la entrada inversora del amplificador operacional también tiene un voltaje de entrada Vi, que se transmite directamente a la salida del circuito. Por lo tanto, V 0 = Vi, y el voltaje de salida sigue (repite) el voltaje de entrada. Para muchos convertidores analógicos a digitales, la impedancia de entrada depende del valor de la señal de entrada analógica. Utilizando un seguidor de tensión se garantiza una resistencia de entrada constante.

5.2.2. sumadores

Un amplificador inversor puede sumar múltiples voltajes de entrada. Cada entrada del sumador está conectada a la entrada inversora del amplificador operacional a través de una resistencia de pesaje. La entrada inversora se llama nodo sumador porque aquí se suman todas las corrientes de entrada y la corriente de retroalimentación. El diagrama del circuito básico de un amplificador sumador se muestra en la figura. 5.8.

Al igual que con un amplificador inversor convencional, el voltaje en la entrada inversora debe ser cero y, por lo tanto, la corriente que fluye hacia el amplificador operacional debe ser cero. De este modo,

yo f = yo 1 + yo 2 + . . . + en

Dado que hay voltaje cero en la entrada inversora, luego de las sustituciones apropiadas, obtenemos

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

La resistencia R f determina la ganancia general del circuito. Resistencias R 1, R 2, . . . R n establece los valores de los coeficientes de ponderación y las resistencias de entrada de los canales correspondientes.

5.2.3. Integradores

Un integrador es un circuito electrónico que produce una señal de salida proporcional a la integral (en tiempo) de la señal de entrada.

En la Fig. La Figura 5.9 muestra un diagrama esquemático de un integrador analógico simple. Un terminal del integrador está conectado al nodo sumador y el otro está conectado a la salida del integrador. Por lo tanto, el voltaje a través del capacitor es al mismo tiempo el voltaje de salida. La señal de salida del integrador no puede describirse mediante una relación algebraica simple, ya que con un voltaje de entrada fijo, el voltaje de salida cambia a una velocidad determinada por los parámetros Vi, R y C. Por lo tanto, para encontrar el voltaje de salida, Necesitamos saber la duración de la señal de entrada. Voltaje a través de un capacitor inicialmente descargado

donde i f – a través del condensador y t i – tiempo de integración. por un positivo

Vi tenemos i i = V i /R. Dado que i f = i i , teniendo en cuenta la inversión de señal obtenemos

De esta relación se deduce que V 0 está determinado por la integral (con signo opuesto) de la tensión de entrada en el rango de 0 a t 1, multiplicada por el factor de escala 1/RC. El voltaje V ic es el voltaje a través del capacitor en el momento inicial (t = 0).

5.2.4. Diferenciadores

El diferenciador produce una señal de salida proporcional a la tasa de cambio a lo largo del tiempo de la señal de entrada. En la Fig. La figura 5.10 muestra un diagrama esquemático de un diferenciador simple.

Corriente a través de un condensador.

Si la derivada es positiva, la corriente i i fluye en tal dirección que se forma un voltaje de salida negativo V 0.

De este modo,

Este método de diferenciación de señales parece simple, pero su implementación práctica plantea problemas para garantizar la estabilidad del circuito a altas frecuencias. No todos los amplificadores operacionales son adecuados para su uso en un diferenciador. El criterio de selección es el rendimiento del amplificador operacional: debe seleccionar un amplificador operacional con una velocidad de respuesta máxima alta del voltaje de salida y un producto de ancho de banda de alta ganancia. Los amplificadores operacionales de alta velocidad basados ​​en transistores de efecto de campo funcionan bien como diferenciadores.

5.2.5. Comparadores

Un comparador es un circuito electrónico que compara dos voltajes de entrada y produce una señal de salida dependiendo del estado de las entradas. El diagrama del circuito básico del comparador se muestra en la Fig. 5.11.

Como puede ver, aquí el amplificador operacional funciona con un circuito de retroalimentación abierto. Se suministra un voltaje de referencia a una de sus entradas y un voltaje desconocido (comparado) a la otra. La salida del comparador indica si el nivel de la señal de entrada desconocida está por encima o por debajo del nivel de tensión de referencia. En el circuito de la figura 5.11, el voltaje de referencia V r se aplica a la entrada no inversora y la señal desconocida Vi se suministra a la entrada inversora.

Cuando V i > V r, el voltaje V 0 = - V r (voltaje de saturación negativo) se establece en la salida del comparador. En el caso contrario, obtenemos V 0 = +V r. Puede intercambiar las entradas, lo que provocará la inversión de la señal de salida.

5.3. Conmutar señales de medición

En la tecnología de la información y la medición, al implementar transformaciones de medición analógicas, a menudo es necesario realizar conexiones eléctricas entre dos o más puntos del circuito de medición para provocar el proceso transitorio necesario, disipar la energía almacenada por el elemento reactivo (por ejemplo, descargar un condensador), conectar la fuente de alimentación del circuito de medición, encender la memoria de la celda analógica, tomar una muestra de un proceso continuo durante el muestreo, etc. Además, muchos instrumentos de medición realizan transformaciones de medición secuencialmente en una gran cantidad de circuitos eléctricos. cantidades distribuidas en el espacio. Para implementar lo anterior, se utilizan conmutadores de medición y teclas de medición.

Un interruptor de medición es un dispositivo que convierte señales analógicas separadas espacialmente en señales separadas en el tiempo y viceversa.

Los interruptores de medición de señales analógicas se caracterizan por los siguientes parámetros:

rango dinámico de cantidades conmutadas;

error del coeficiente de transmisión;

velocidad (frecuencia de conmutación o tiempo necesario para realizar una operación de conmutación);

número de señales conmutadas;

limitación del número de conmutaciones (para interruptores con teclas de medición de contactos).

Dependiendo del tipo de teclas de medición utilizadas en el conmutador, el interruptores con y sin contacto.

El interruptor de medición es una red de dos terminales con una no linealidad claramente expresada de la característica corriente-voltaje. La transición de una llave de un estado (cerrado) a otro (abierto) se realiza mediante un elemento de control.

5.4. Conversión analógica a digital

La conversión de analógico a digital es una parte integral del procedimiento de medición. En los instrumentos indicadores, esta operación corresponde a la lectura de un resultado numérico por parte del experimentador. En los instrumentos de medición digitales y basados ​​en procesadores, la conversión de analógico a digital se realiza automáticamente y el resultado se envía directamente a la pantalla o se ingresa en el procesador para realizar conversiones de mediciones posteriores en forma numérica.

Los métodos de conversión de analógico a digital en mediciones se han desarrollado profunda y exhaustivamente y se reducen a representar valores instantáneos de la influencia de entrada en momentos fijos en el tiempo con la combinación de código correspondiente (número). La base física de la conversión de analógico a digital es la sincronización y la comparación con niveles de referencia fijos. Los ADC más utilizados son la codificación bit a bit, el conteo secuencial, el equilibrio de seguimiento y algunos otros. Las cuestiones de la metodología de conversión de analógico a digital que están asociadas con las tendencias en el desarrollo de ADC y mediciones digitales en los próximos años incluyen, en particular:

Eliminación de la ambigüedad de lectura en los ADC de coincidencia más rápida, que se están generalizando cada vez más con el desarrollo de la tecnología integrada;

Lograr tolerancia a fallas y mejorar las características metrológicas de los ADC basados ​​​​en el sistema numérico redundante de Fibonacci;

Solicitud de conversión de analógico a digital de método de prueba estadística.

5.4.1 Convertidores de digital a analógico y de analógico a digital

Los convertidores de digital a analógico (DAC) y de analógico a digital (ADC) son una parte integral de los sistemas de regulación y control automático. Además, dado que la gran mayoría de las cantidades físicas medidas son analógicas y su procesamiento, indicación y registro, por regla general, se llevan a cabo mediante métodos digitales, los DAC y ADC han encontrado un uso generalizado en instrumentos de medición automáticos. Así, los DAC y ADC forman parte de instrumentos de medida digitales (voltímetros, osciloscopios, analizadores de espectro, correlacionadores, etc.), fuentes de alimentación programables, visualizadores de tubos de rayos catódicos, trazadores, sistemas de radar de instalaciones de monitorización de elementos y microcircuitos, y son componentes importantes. varios convertidores y generadores, dispositivos de entrada/salida de información informática. Se abren amplias perspectivas para el uso de DAC y ADC en telemetría y televisión. La producción en serie de DAC y ADC de tamaño pequeño y relativamente baratos brindará la oportunidad de un uso aún más amplio de métodos discretos de conversión continua en ciencia y tecnología.

Existen tres tipos de diseño y diseño tecnológico de DAC y ADC: modular, híbrido e integrado. Al mismo tiempo, la participación de la producción de circuitos integrados (CI) DAC y ADC en el volumen total de su producción aumenta continuamente, lo que se ve facilitado en gran medida por el uso generalizado de microprocesadores y métodos de procesamiento de datos digitales. Un DAC es un dispositivo que produce una señal analógica de salida (voltaje o corriente) proporcional a la señal digital de entrada. En este caso, el valor de la señal de salida depende del valor de la tensión de referencia U op, que determina el fondo de escala de la señal de salida. Si utiliza cualquier señal analógica como voltaje de referencia, entonces la señal de salida del DAC será proporcional al producto de la entrada digital y cosa análoga señales En un ADC, el código digital en la salida está determinado por la relación entre la señal analógica de entrada convertida y la señal de referencia correspondiente al fondo de escala. Esta relación también es cierta si la señal de referencia cambia según alguna ley. Un ADC puede considerarse como un medidor de relación o un divisor de voltaje con salida digital.

5.4.2. Principios de funcionamiento, elementos básicos y diagramas de bloques del ADC.

Actualmente, se han desarrollado una gran cantidad de tipos de ADC para satisfacer diversos requisitos. En algunos casos, el requisito predominante es una alta precisión, en otros, la velocidad de conversión.

Según el principio de funcionamiento, todos los tipos existentes de ADC se pueden dividir en dos grupos: ADC con comparación de la señal convertida de entrada con niveles de voltaje discretos y ADC del tipo integrador.

Un ADC que compara la señal de entrada que se convierte a niveles de voltaje discretos utiliza un proceso de conversión que esencialmente genera niveles de voltaje equivalentes a los códigos digitales correspondientes y compara estos niveles de voltaje con el voltaje de entrada para determinar el equivalente digital de la señal de entrada. En este caso, los niveles de tensión se pueden formar simultáneamente, secuencialmente o de forma combinada.

ADC de conteo en serie con un voltaje de diente de sierra escalonado es uno de los convertidores más simples (Fig. 5.12).

La señal "Inicio" pone el contador en el estado cero, después de lo cual, a medida que los pulsos del reloj llegan a su entrada con una frecuencia pies El voltaje de salida del DAC aumenta linealmente en pasos.

Cuando el voltaje U out alcanza el valor U in, el circuito de comparación deja de contar los pulsos en el contador y el código de las salidas de este último se ingresa en el registro de memoria. La profundidad de bits y la resolución de dichos ADC están determinadas por la profundidad de bits y la resolución del DAC utilizado en ellos. El tiempo de conversión depende del nivel del voltaje de entrada que se convierte. Para un voltaje de entrada correspondiente al valor de fondo de escala, se debe llenar el MF y al mismo tiempo debe generar un código de fondo de escala en la entrada del DAC. Esto requiere un tiempo de conversión de (2 n - 1) veces el período de reloj para un DAC de n bits. Para una conversión rápida de analógico a digital, el uso de dichos ADC no es práctico.

EN ADC de seguimiento(Fig. 5.13) el medidor sumador se reemplaza por un contador inverso RSch para rastrear el voltaje de entrada cambiante. La señal de salida del CV determina la dirección de conteo dependiendo de si el voltaje de entrada del ADC excede el voltaje de salida del DAC o no.

Antes de comenzar las mediciones, la frecuencia de RF se establece en el estado correspondiente a la mitad de la escala (01 ... 1). El primer ciclo de conversión del ADC de seguimiento es similar al ciclo de conversión del ADC de conteo en serie. En el futuro, los ciclos de conversión se reducirán significativamente, ya que este ADC logra rastrear pequeñas desviaciones de la señal de entrada durante varios períodos de reloj, aumentando o disminuyendo el número de pulsos registrados en la unidad de control de frecuencia RF, dependiendo del signo del desajuste entre el valor actual del voltaje convertido Uin y el voltaje de salida del DAC.

ADC de aproximación sucesiva (equilibrio bit a bit) han encontrado el uso más extendido debido a su implementación bastante simple y al mismo tiempo garantizan una alta resolución, precisión y velocidad; tienen un rendimiento ligeramente inferior, pero una resolución significativamente mayor en comparación con los ADC que implementan el método de conversión en paralelo.

Para aumentar el rendimiento, se utiliza como dispositivo de control un distribuidor de impulsos y un registro de aproximación sucesivo. El voltaje de entrada se compara con el voltaje de referencia (voltaje de retroalimentación DAC) a partir del valor correspondiente al bit más significativo del código binario generado.

Al iniciar el ADC usando el RI, el RPP se establece en el estado inicial:

1000. . .0. En este caso, en la salida del DAC se genera un voltaje correspondiente a la mitad del rango de conversión, lo que se garantiza activando su bit más significativo. Si la señal de entrada es menor que la señal del DAC, en el siguiente ciclo de reloj, se genera el código 0100 en las entradas digitales del DAC usando el RPP. . 0, que corresponde a la inclusión del 2º dígito más significativo. Como resultado, la señal de salida del DAC se reduce a la mitad.

Si la señal de entrada excede la señal del DAC, en el siguiente ciclo de reloj se garantiza la formación del código 0110 ... 0 en las entradas digitales del DAC y la inclusión de un tercer bit adicional. En este caso, el voltaje de salida del DAC, que ha aumentado una vez y media, se compara nuevamente con el voltaje de entrada, etc. Se repite el procedimiento descrito. norte veces (donde norte- número de bits ADC).

Como resultado, se generará un voltaje en la salida del DAC que difiere de la entrada en no más de una unidad del dígito menos significativo del DAC. El resultado de la transformación se elimina de la salida del RPP.

La ventaja de este esquema es la capacidad de construir convertidores multibit (hasta 12 bits y más) de velocidad relativamente alta (con un tiempo de conversión del orden de varios cientos de nanosegundos).

En CAD lectura directa (tipo paralelo)(Fig. 5.15) la señal de entrada se aplica simultáneamente a las entradas de todos los transformadores de voltaje, el número metro que está determinada por la capacidad de bits del ADC y es igual a m = 2 n - 1, donde n es el número de bits del ADC. En cada CV, la señal se compara con un voltaje de referencia correspondiente al peso de una determinada descarga y se retira de los nodos del divisor de resistencia alimentado por el voltaje de referencia.

Las señales de salida del CV son procesadas por un decodificador lógico, que produce un código paralelo, que es el equivalente digital del voltaje de entrada. Estos ADC tienen el mayor rendimiento. La desventaja de este tipo de ADC es que a medida que aumenta la profundidad de bits, el número de elementos necesarios prácticamente se duplica, lo que dificulta la construcción de ADC multibit de este tipo. La precisión de la conversión está limitada por la precisión y estabilidad del convertidor de voltaje y el divisor de resistencia. Para aumentar la profundidad de bits a alta velocidad, se implementan ADC de dos etapas, en los que los bits de orden inferior del código de salida se eliminan de las salidas de la segunda etapa del DS y los bits más significativos se eliminan de las salidas. del DS de la primera etapa.

ADC con modulación de ancho de pulso (integración de ciclo único)

El ADC se caracteriza por el hecho de que el nivel de la señal analógica de entrada Uin se convierte en un pulso, cuya duración t pulso es función del valor de la señal de entrada y se convierte a forma digital contando el número de períodos. de la frecuencia de referencia que encajan entre el inicio y el final del pulso. La tensión de salida del integrador bajo la influencia del conector

aplicado a su entrada U op cambia desde el nivel cero con la velocidad

En el momento en que el voltaje de salida del integrador se vuelve igual al voltaje de entrada Uin, se activa el CV, como resultado de lo cual finaliza la formación de la duración del pulso, durante la cual se cuenta el número de períodos de la frecuencia de referencia en el Contadores ADC. La duración del pulso está determinada por el tiempo durante el cual el voltaje U out cambia del nivel cero a U in:

La ventaja de este convertidor es su simplicidad y las desventajas son su velocidad relativamente baja y su baja precisión.

1. ¿Cuáles son el dispositivo, principio de funcionamiento y aplicación?

a) convertidores fotoeléctricos;

Los convertidores fotoeléctricos son aquellos en los que la señal de salida varía en función del flujo luminoso que incide sobre el convertidor. Los convertidores fotoeléctricos o, como los llamaremos en el futuro, fotocélulas se dividen en tres tipos:

1) fotocélulas con fotoefecto externo

Son cilindros esféricos de vidrio llenos de vacío o de gas, sobre cuya superficie interior se aplica una capa de material fotosensible formando un cátodo. El ánodo tiene forma de anillo o malla de alambre de níquel. En el estado de oscuridad, una corriente oscura pasa a través de la fotocélula como consecuencia de la emisión termoiónica y la fuga entre los electrodos. Cuando se ilumina, el fotocátodo, bajo la influencia de fotones de luz, imita los electrones. Si se aplica un voltaje entre el ánodo y el cátodo, estos electrones forman una corriente eléctrica. Cuando cambia la iluminación de una fotocélula conectada a un circuito eléctrico, la fotocorriente en este circuito cambia en consecuencia.

2) fotocélulas con fotoefecto interno

Se trata de una oblea semiconductora homogénea con contactos, por ejemplo, de seleniuro de cadmio, que cambia su resistencia bajo la influencia de un flujo luminoso. El efecto fotoeléctrico interno consiste en la aparición de electrones libres arrancados por cuantos de luz de las órbitas electrónicas de los átomos que permanecen libres en el interior de la sustancia. La aparición de electrones libres en un material, como un semiconductor, equivale a una disminución de la resistencia eléctrica. Los fotorresistores tienen una alta sensibilidad y una característica lineal de corriente-voltaje (característica voltamperio), es decir su resistencia no depende del voltaje aplicado.

3) convertidores fotovoltaicos.

Estos convertidores son semiconductores activos sensibles a la luz que, al absorber luz debido a efectos fotoeléctricos en la capa de barrera, crean electrones libres y fem.

Un fotodiodo (PD) puede funcionar en dos modos: fotodiodo y generador (válvula). Un fototransistor es un receptor semiconductor de energía radiante con dos o más uniones p, en el que se combinan un fotodiodo y un amplificador de fotocorriente.

Los fototransistores, al igual que los fotodiodos, se utilizan para convertir señales luminosas en señales eléctricas.

b) convertidores capacitivos;

Un transductor capacitivo es un condensador cuya capacitancia cambia bajo la influencia de la cantidad no eléctrica que se está midiendo. Un condensador plano se utiliza ampliamente como convertidor capacitivo, cuya capacitancia se puede expresar mediante la fórmula C = e0eS/5, donde e0 es la constante dieléctrica del aire (e0 = 8,85 10"12F/m; e es la constante dieléctrica relativa constante del medio entre las placas del condensador; S- área de revestimiento; 5-distancia entre revestimientos)

Dado que la cantidad no eléctrica medida puede relacionarse funcionalmente con cualquiera de estos parámetros, el diseño de los convertidores capacitivos puede ser muy diferente según la aplicación. Para medir los niveles de cuerpos líquidos y granulares se utilizan condensadores cilíndricos o planos; para medir pequeños desplazamientos, fuerzas y presiones que cambian rápidamente: transductores capacitivos diferenciales con un espacio variable entre las placas. Consideremos el principio de utilizar convertidores capacitivos para medir varias cantidades no eléctricas.

c) convertidores térmicos;

El convertidor térmico es un conductor o semiconductor con corriente, con un alto coeficiente de temperatura, en intercambio de calor con el medio ambiente. Hay varias formas de intercambio de calor: convección; conductividad térmica del medio ambiente; conductividad térmica del propio conductor; radiación.

La intensidad del intercambio de calor entre el conductor y el medio ambiente depende de los siguientes factores: la velocidad del medio gaseoso o líquido; propiedades físicas del medio (densidad, conductividad térmica, viscosidad); temperatura ambiente; Dimensiones geométricas del conductor. Esta dependencia de la temperatura del conductor y, por tanto, de su resistencia, de los factores enumerados puede ser

se utiliza para medir diversas cantidades no eléctricas que caracterizan un medio gaseoso o líquido: temperatura, velocidad, concentración, densidad (vacío).

d) convertidores de ionización;

Los convertidores de ionización son aquellos convertidores en los que la cantidad no eléctrica medida está funcionalmente relacionada con la corriente de conductividad electrónica e iónica del medio gaseoso. El flujo de electrones e iones se obtiene en los convertidores de ionización ya sea por ionización de un medio gaseoso bajo la influencia de uno u otro agente ionizante, o por emisión termoiónica, o bombardeando moléculas de un medio gaseoso con electrones, etc.

Los elementos obligatorios de cualquier convertidor de ionización son una fuente y un receptor de radiación.

e) convertidores reostáticos;

Un convertidor reóstato es un reóstato cuyo motor se mueve bajo la influencia de la cantidad no eléctrica que se está midiendo. Un alambre se enrolla con un paso uniforme sobre un marco hecho de material aislante. Se limpia el aislamiento del cable en el borde superior del marco y se desliza un cepillo a lo largo del metal. El cepillo adicional se desliza a lo largo del anillo colector. Ambos cepillos están aislados del rodillo impulsor. Los convertidores reostáticos se fabrican tanto con un alambre enrollado sobre un marco como del tipo reocorda. Como materiales de alambre se utilizan nicromo, manganina, Constantan, etc.. En casos críticos, cuando los requisitos de resistencia al desgaste de las superficies de contacto son muy altos o cuando las presiones de contacto son muy bajas, se utilizan aleaciones de platino con iridio, paladio, etc. . El cable del reóstato debe estar recubierto con esmalte o una capa de óxidos para aislar las espiras adyacentes entre sí. Los motores están hechos de dos o tres hilos (platino con iridio) con una presión de contacto de 0,003...0,005 N o de tipo placa (plata, bronce fosforado) con una fuerza de 0,05...0,1 N. La superficie de contacto de el alambre enrollado se pule; El ancho de la superficie de contacto es igual a dos o tres diámetros de alambre. El marco del convertidor reostático está hecho de textolita, plástico o aluminio recubierto con barniz aislante o película de óxido. Las formas de los marcos son variadas. La reactancia de los convertidores reostáticos es muy pequeña y normalmente puede despreciarse en frecuencias en el rango de audio.

Los transductores reostáticos se pueden utilizar para medir aceleraciones y desplazamientos de vibraciones con un rango de frecuencia limitado.

f) transductores extensímetros;

Un transductor de galga extensométrica (medidor de tensión) es un conductor que cambia su resistencia cuando se somete a una deformación por tracción o compresión. La longitud del conductor I y el área de la sección transversal S cambian con su deformación. Estas deformaciones de la red cristalina provocan un cambio en la resistividad del conductor p y, en consecuencia, un cambio en la resistencia total.

Aplicación: para medir deformaciones y tensiones mecánicas, así como otras magnitudes mecánicas estáticas y dinámicas que sean proporcionales a la deformación del elemento elástico auxiliar (resorte), como trayectoria, aceleración, fuerza, flexión o par, presión de gas o líquido, etc. A partir de estas cantidades medidas se pueden determinar cantidades derivadas, por ejemplo la masa (peso), el grado de llenado de los tanques, etc. Los extensímetros de alambre de papel, así como los de lámina y película, se utilizan para medir deformaciones relativas de 0,005...0,02 a 1,5...2%. Los extensímetros de alambre suelto se pueden utilizar para medir deformaciones de hasta 6...10%. Las galgas extensométricas prácticamente no tienen inercia y se utilizan en el rango de frecuencia de 0... 100 kHz.

g) convertidores inductivos;

Los transductores de medición inductivos están diseñados para convertir la posición (desplazamiento) en una señal eléctrica. Son los transductores de medida más compactos, resistentes al ruido, fiables y económicos para resolver problemas de automatización de la medición de dimensiones lineales en la ingeniería mecánica y de instrumentación.

El transductor inductivo consta de una carcasa en la que se coloca un husillo sobre guías rodantes, en cuyo extremo delantero hay una punta de medición y en el extremo trasero hay una armadura. La guía está protegida de las influencias externas mediante un manguito de goma. La armadura conectada al husillo se encuentra dentro de la bobina fijada en el cuerpo. A su vez, los devanados de la bobina están conectados eléctricamente a un cable fijado en la carcasa y protegido contra torceduras mediante un resorte cónico. En el extremo libre del cable hay un conector que se utiliza para conectar el convertidor a un dispositivo secundario. El cuerpo y el eje están fabricados en acero inoxidable endurecido. El adaptador que conecta la armadura al husillo está hecho de una aleación de titanio. El resorte que crea la fuerza de medición está centrado, lo que elimina la fricción cuando se mueve el husillo. Este diseño del transductor garantiza que el error aleatorio y la variación de lectura se reduzcan a menos de 0,1 micrones.

Los transductores inductivos se utilizan ampliamente principalmente para medir desplazamientos lineales y angulares.

h) convertidores magnetoelásticos;

Los transductores magnetoelásticos son un tipo de transductores electromagnéticos. Se basan en el fenómeno de cambios en la permeabilidad magnética μ de los cuerpos ferromagnéticos en función de las tensiones mecánicas σ que surgen en ellos, asociadas al impacto de fuerzas mecánicas P (tracción, compresión, flexión, torsión) sobre los cuerpos ferromagnéticos. Un cambio en la permeabilidad magnética del núcleo ferromagnético provoca un cambio en la resistencia magnética del núcleo RM. Un cambio en RM conduce a un cambio en la inductancia de la bobina L ubicada en el núcleo. Así, en el convertidor magnetoelástico tenemos la siguiente cadena de transformaciones:

Р -> σ -> μ -> Rм -> L.

Los convertidores magnetoelásticos pueden tener dos devanados (tipo transformador). Bajo la influencia de una fuerza debido a un cambio en la permeabilidad magnética, cambia la inductancia mutua M entre los devanados y la fem inducida del devanado secundario E. El circuito de conversión en este caso tiene la forma

P -> σ -> μ -> Rm -> M -> E.

El efecto de cambiar las propiedades magnéticas de los materiales ferromagnéticos bajo la influencia de deformaciones mecánicas se denomina efecto magnetoelástico.

Se utilizan transductores magnetoelásticos:

Para medir presiones altas (más de 10 N/mm2 o 100 kg/cm2), ya que detectan la presión directamente y no requieren transductores adicionales;

Para medir la fuerza. En este caso, el límite de medición del dispositivo está determinado por el área del transductor magnetoelástico. Estos convertidores se deforman muy ligeramente bajo la influencia de la fuerza. Si, cuando yo= 50 milímetros, △ yo < 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 .

i) convertidores de resistencia electrolítica;

Los convertidores electrolíticos son un tipo de convertidores electroquímicos. En el caso general, un convertidor electroquímico es una celda electrolítica llena de una solución con electrodos colocados en ella, que sirven para conectar el convertidor al circuito de medición. Como elemento de un circuito eléctrico, una celda electrolítica se puede caracterizar por la fem que desarrolla, la caída de voltaje de la corriente que pasa, la resistencia, la capacitancia y la inductancia. Al aislar la relación entre estos parámetros eléctricos y la cantidad no eléctrica medida, además de suprimir el efecto de otros factores, es posible crear convertidores para medir la composición y concentración de medios líquidos y gaseosos, presión, desplazamiento, velocidad, aceleración y otras cantidades. Los parámetros eléctricos de la celda dependen de la composición de la solución y los electrodos, las transformaciones químicas en la celda, la temperatura, la velocidad de movimiento de la solución, etc. Las relaciones entre los parámetros eléctricos de los convertidores electroquímicos y las cantidades no eléctricas están determinadas por Las leyes de la electroquímica.

El principio de funcionamiento de los convertidores electrolíticos se basa en la dependencia de la resistencia de la celda electrolítica de la composición y concentración del electrolito, así como de las dimensiones geométricas de la celda. Resistencia de la columna de líquido del convertidor electrolítico:

R = ρh/S = k/૪

donde ૪= 1/ρ - conductividad específica del electrolito; k es la constante del convertidor, dependiendo de la relación de sus dimensiones geométricas, generalmente determinada experimentalmente.