مبدل های اندازه گیری پارامتریک مبدل های عملکردی: اندازه گیری، پارامتریک، ژنراتور

عناصر اصلی اکثر ابزارهای اندازه گیری مورد استفاده مبدل های اندازه گیری اولیه هستند که هدف آنها تبدیل کمیت فیزیکی اندازه گیری شده (کمیت ورودی) به سیگنال اطلاعات اندازه گیری (کمیت خروجی) است، به عنوان یک قاعده، الکتریکی، مناسب برای پردازش بیشتر. .

مبدل های اولیه به پارامتری و ژنراتور تقسیم می شوند. در مبدل های پارامتریک، مقدار خروجی تغییر در برخی پارامترهای مدار الکتریکی (مقاومت، اندوکتانس، خازن و غیره)، در مقدار خروجی ژنراتور - EMF، جریان الکتریکی یا بار ناشی از انرژی مقدار اندازه گیری شده است.

دسته بزرگی از مبدل های اندازه گیری وجود دارد که مقادیر ورودی آنها فشار، نیرو یا گشتاور است. به عنوان یک قاعده، در این مبدل‌ها، مقدار ورودی روی عنصر الاستیک اثر می‌کند و باعث تغییر شکل آن می‌شود، که سپس یا به سیگنال درک شده توسط ناظران (ابزارهای نشانگر مکانیکی) یا به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود.

تا حد زیادی، خواص اینرسی مبدل توسط فرکانس طبیعی عنصر الاستیک تعیین می شود: هر چه بیشتر باشد، مبدل اینرسی کمتر است. حداکثر مقدار این فرکانس ها هنگام استفاده از آلیاژهای ساختاری 50 ... 100 کیلوهرتز است. از مواد کریستالی (کوارتز، یاقوت کبود، سیلیکون) برای ساخت عناصر الاستیک مبدل‌های با دقت بالا استفاده می‌شود.

مبدل های مقاومتی مبدل های پارامتری هستند که مقدار خروجی آنها تغییر در مقاومت الکتریکی است که می تواند ناشی از تأثیر مقادیر مختلف فیزیکی - مکانیکی، حرارتی، نوری، مغناطیسی و غیره باشد.

مبدل پتانسیومتری یک رئوستات است که موتور آن تحت تأثیر مقدار اندازه گیری شده (مقدار ورودی) حرکت می کند. مقدار خروجی مقاومت است.

مبدل های پتانسیومتری برای اندازه گیری موقعیت بدنه های تنظیم کننده (خطی و زاویه ای)، در سطح سنج ها، در سنسورها (به عنوان مثال، فشار) برای اندازه گیری تغییر شکل یک عنصر حساس الاستیک استفاده می شود. مزیت مبدل های پتانسیومتریک سیگنال خروجی زیاد، پایداری ویژگی های مترولوژیکی، دقت بالا و خطای دما ناچیز است. نقطه ضعف اصلی محدوده فرکانس باریک (چند ده هرتز) است.

کار کرنش سنج ها بر اساس تغییر در مقاومت هادی ها و نیمه هادی ها در طول تغییر شکل مکانیکی آنها (اثر تانسور) است. کرنش سنج سیم (یا فویل) یک سیم نازک منحنی زیگزاگ با قطر 0.02 ... 0.05 میلی متر یا نوار فویل 4 ... هادی های مسی خروجی به انتهای شبکه متصل می شوند. مبدل ها که به قطعه چسبانده شده اند، تغییر شکل لایه سطحی آن را درک می کنند.

هنگام اندازه گیری کرنش ها و تنش ها در قطعات و سازه ها، به عنوان یک قاعده، امکان کالیبراسیون کانال های اندازه گیری وجود ندارد و خطای اندازه گیری 2...10٪ است. در صورت استفاده از کرنش سنج در مبدل های اندازه گیری اولیه، خطا را می توان با کالیبراسیون به 0.5...1% کاهش داد. نقطه ضعف اصلی کرنش سنج های این نوع سیگنال خروجی کوچک است.

برای اندازه گیری تغییر شکل های کوچک عناصر حساس الاستیک مبدل های اندازه گیری، از کرنش سنج های نیمه هادی استفاده می شود که مستقیماً روی یک عنصر الاستیک ساخته شده از سیلیکون یا یاقوت کبود رشد می کند.

هنگام اندازه گیری تغییر شکل های دینامیکی با فرکانس حداکثر 5 کیلوهرتز، باید از گیج های فشار سیم یا فویل با پایه بیش از 10 میلی متر استفاده شود و حداکثر تغییر شکل برای آنها نباید از 0.1٪ (0.02٪ برای نیمه هادی ها) تجاوز کند.

عمل مبدل های پیزوالکتریک بر اساس ظهور بارهای الکتریکی در هنگام تغییر شکل کریستال (اثر پیزوالکتریک مستقیم) است.

مبدل‌های پیزوالکتریک توانایی اندازه‌گیری کمیت‌های متغیر سریع را فراهم می‌کنند (فرکانس طبیعی مبدل‌ها به 200 کیلوهرتز می‌رسد)، بسیار قابل اعتماد هستند و ابعاد و وزن کلی کوچکی دارند. نقطه ضعف اصلی، دشواری در اندازه‌گیری کمیت‌های در حال تغییر و انجام کالیبراسیون استاتیک به دلیل نشت برق از سطح کریستال است.

یک مبدل الکترواستاتیک را می توان به صورت شماتیک به صورت دو الکترود (صفحه) با مساحت F، که به صورت موازی در فاصله d در محیطی با گذردهی e قرار دارند، نشان داد.

به طور معمول، این مبدل ها به گونه ای طراحی می شوند که مقدار خروجی آنها تغییر در ظرفیت باشد (در این مورد به آنها خازنی می گویند) و مقادیر ورودی می توانند جابجایی های مکانیکی باشند که شکاف d یا مساحت F یا a را تغییر می دهند. تغییر در ثابت دی الکتریک محیط e به دلیل تغییر در دما، ترکیب شیمیایی و غیره آن.

علاوه بر ظرفیت خازنی، EMF به عنوان مقدار خروجی مبدل های الکترواستاتیک استفاده می شود. تولید شده توسط حرکت متقابل الکترودها در یک میدان الکتریکی (حالت ژنراتور). به عنوان مثال، میکروفون های خازنی در حالت ژنراتور عمل می کنند و انرژی ارتعاشات صوتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.

مزیت مبدل های الکترواستاتیک عدم وجود نویز و خود گرمایشی است. با این حال، برای محافظت در برابر تداخل، خطوط اتصال و خود مبدل ها باید به دقت محافظت شوند.

برای مبدل‌های القایی، مقدار خروجی تغییر در اندوکتانس است و مقادیر ورودی می‌تواند حرکات بخش‌های جداگانه مبدل باشد که منجر به تغییر مقاومت مدار مغناطیسی، اندوکتانس متقابل بین مدارها و غیره شود.

مزایای مبدل ها عبارتند از: خطی بودن ویژگی ها، وابستگی کم سیگنال خروجی به تأثیرات خارجی، شوک ها و ارتعاشات. حساسیت بالا. معایب - سیگنال خروجی کوچک و نیاز به ولتاژ منبع تغذیه فرکانس بالا.

اصل عملکرد مبدل های ارتعاش-فرکانس بر اساس تغییر در فرکانس طبیعی یک رشته یا یک پل نازک در هنگام تغییر کشش آن است.

مقدار ورودی مبدل نیروی مکانیکی (یا مقادیر تبدیل شده به نیرو - فشار، گشتاور و غیره) است. که توسط عنصر الاستیک مرتبط با جامپر درک می شود.

استفاده از مبدل های فرکانس ارتعاش هنگام اندازه گیری مقادیر ثابت یا آهسته در حال تغییر در زمان (فرکانس نه بیشتر از 100 ... 150 هرتز) امکان پذیر است. آنها با دقت بالا و سیگنال فرکانس - افزایش ایمنی نویز متمایز می شوند.

مبدل های نوری از الگوهای انتشار و برهمکنش با ماده امواج الکترومغناطیسی در محدوده نوری استفاده می کنند.

عنصر اصلی مبدل ها گیرنده های تشعشع هستند. ساده ترین آنها - مبدل های حرارتی - به گونه ای طراحی شده اند که تمام انرژی تابشی وارد شده بر روی آنها را به دما (مبدل انتگرال) تبدیل می کند.

به عنوان گیرنده تابش از مبدل های فوتوالکتریک مختلفی نیز استفاده می شود که در آنها از پدیده اثر فوتوالکتریک استفاده می شود. مبدل های فتوولتائیک انتخابی هستند، به عنوان مثال. آنها در یک محدوده طول موج نسبتا باریک بسیار حساس هستند. برای مثال، اثر فوتوالکتریک خارجی (گسیل الکترون‌ها تحت تأثیر نور) در فتوسل‌های خلاء و پر از گاز و فتو ضرب‌کننده‌ها استفاده می‌شود.

فتوسل خلاء محفظه ای شیشه ای است که در سطح داخلی آن لایه ای از مواد حساس به نور رسوب کرده و کاتد را تشکیل می دهد. آند به شکل حلقه یا مش سیم فلزی ساخته می شود. هنگامی که کاتد روشن می شود، جریان انتشار نور ایجاد می شود. جریان خروجی این عناصر از چند میکرو آمپر تجاوز نمی کند. در فتوسل‌های پر از گاز (گازهای بی‌اثر Ne، Ar، Kr، Xe برای پر کردن استفاده می‌شوند)، جریان خروجی به دلیل یونیزاسیون گاز توسط فوتوالکترون‌ها 5 ... 7 برابر افزایش می‌یابد.

در مولتی پلایرهای نوری، تقویت جریان نوری اولیه به دلیل انتشار الکترون ثانویه رخ می دهد - الکترون ها را از کاتدهای ثانویه (امیترهای) نصب شده بین کاتد و آند "خروج" می کند. بهره کل در فتومولتیپلایرهای چند مرحله ای می تواند به صدها هزار برسد و جریان خروجی می تواند 1 میلی آمپر باشد. از آنجایی که پدیده تابش نور عملاً بدون اینرسی است، می‌توان از مولتی‌پلایرها و عناصر خلاء در اندازه‌گیری کمیت‌های در حال تغییر استفاده کرد.

اندازه گیری فشار

برای اندازه گیری فشار کل یا استاتیک، گیرنده های مخصوصی با سوراخ های دریافت کننده در جریان قرار می گیرند که توسط لوله های با قطر کوچک (خطوط پنوماتیک) به مبدل های اولیه یا ابزار اندازه گیری مربوطه متصل می شوند.

ساده ترین گیرنده فشار کل یک لوله استوانه ای با انتهای عمود برش است که در یک زاویه قائم خم شده و به سمت جریان است. برای کاهش حساسیت گیرنده به جهت جریان (به عنوان مثال، هنگام اندازه گیری جریان با یک چرخش کوچک)، از طرح های گیرنده ویژه استفاده می شود. به عنوان مثال، گیرنده های فشار کل با جریان (شکل 3.3) با خطای اندازه گیری بیش از 1٪ در زوایای اریب تا 45 درجه در یک عدد M مشخص می شوند.<0,8.

هنگام اندازه گیری فشارهای ساکن در نزدیکی دیواره کانال ها، سوراخ های دریافت کننده با قطر 0.5 ... 1 میلی متر مستقیماً در دیوارها (سوراخ های زهکشی) ساخته می شوند. در محل زهکشی نباید ناهمواری وجود داشته باشد و لبه سوراخ ها نباید دارای سوراخ باشد. این نوع اندازه گیری در مطالعه جریان در لوله ها و کانال ها در محفظه های احتراق، دیفیوزرها و نازل ها بسیار رایج است.

برنج. 3.3. نمودار گیرنده فشار کل:

برنج. 3.4. طرح گیرنده فشار استاتیک:

الف - گوه ای شکل؛

ب - دیسک؛

ج - L شکل برای اندازه گیری در M £ 1.5

برای اندازه گیری فشارهای ساکن در جریان، از گیرنده های گوه ای و دیسکی و همچنین گیرنده هایی به شکل لوله های L شکل (شکل 3.4) با سوراخ های گیرنده واقع در سطح جانبی استفاده می شود. این گیرنده ها در سرعت های مافوق صوت و مافوق صوت پایین به خوبی کار می کنند.

برای مطالعه توزیع فشار در مقاطع کانال ها، شانه های فشار کل و استاتیک حاوی چندین گیرنده، یا شانه های ترکیبی دارای گیرنده فشار کل و استاتیک، به طور گسترده ای رواج یافته اند. هنگام اندازه‌گیری در جریان‌هایی با ساختار جریان پیچیده (محفظه‌های احتراق، کانال‌های بین پره‌ای توربوماشین‌ها)، از گیرنده‌های فشار جهت‌پذیر و غیر جهت‌گیری برای تعیین مقادیر فشار کل و استاتیک و جهت بردار سرعت استفاده می‌شود. اولین آنها برای اندازه گیری در جریان های دو بعدی طراحی شده اند و طراحی آنها با چرخش اجازه می دهد تا گیرنده را در موقعیت خاصی نسبت به بردار سرعت جریان محلی قرار دهد.

گیرنده های غیر جهت گیری مجهز به چندین سوراخ گیرنده (5...7) هستند که در دیواره های یک سیلندر یا کره ای با قطر کوچک (3...10 میلی متر) ساخته شده اند یا در انتهای لوله های برش خورده در زوایای معین (قطر 0.5 ... 2 میلی متر)، ترکیب شده در یک واحد ساختاری (شکل 3.5). هنگام جریان در اطراف گیرنده، توزیع فشار خاصی در اطراف آن تشکیل می شود. با استفاده از مقادیر فشار اندازه گیری شده با استفاده از سوراخ های دریافت کننده و نتایج کالیبراسیون اولیه گیرنده در تونل باد، می توان مقادیر فشار کل و استاتیک و جهت محلی سرعت جریان را تعیین کرد.

در سرعت‌های جریان مافوق صوت، ضربه‌هایی در مقابل گیرنده‌های فشار رخ می‌دهد و این باید در هنگام پردازش نتایج اندازه‌گیری در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، از مقادیر اندازه گیری شده فشار استاتیک در جریان p و فشار کل پشت شوک مستقیم p * "، می توان عدد M را با استفاده از فرمول ریلی و سپس مقدار فشار کل را تعیین کرد. در جریان:

هنگام آزمایش موتورها و عناصر آنها، از دستگاه های مختلفی برای اندازه گیری فشار استفاده می شود (تغییر شکل اشاره گر، مایع، گیج های فشار ثبت گروه)، که به اپراتور اجازه می دهد تا حالت های عملکرد اشیاء آزمایشی را کنترل کند. مبدل های اولیه مختلفی در سیستم های اندازه گیری اطلاعات استفاده می شود. به عنوان یک قاعده، فشار، یا بهتر بگوییم اختلاف فشار (به عنوان مثال، بین اندازه گیری شده و اتمسفر، بین کامل و استاتیک، و غیره)، بر روی یک عنصر حساس الاستیک (غشاء) عمل می کند، که تغییر شکل آن به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. اغلب، مبدل‌های القایی و حساس به کرنش برای اندازه‌گیری فشارهای ثابت و آهسته در حال تغییر، و مبدل‌های پیزوکریستالی و القایی برای اندازه‌گیری فشارهای متغیر استفاده می‌شوند.

برنج. 3.5. طرح گیرنده فشار پنج کانال:

C x , C y , C z - اجزای بردار سرعت. p i - مقادیر فشار اندازه گیری شده

به عنوان مثال، در شکل. 3.6 نمودار مبدل Sapphire-22DD را نشان می دهد. مبدل‌های این نوع در چندین تغییر طراحی شده برای اندازه‌گیری فشار بیش از حد، فشار تفاضلی، خلاء، فشار مطلق، فشار بیش از حد و خلاء در محدوده‌های مختلف در دسترس هستند. عنصر حساس الاستیک یک غشای فلزی 2 است که یک غشای یاقوت کبود با کرنش سنج های سیلیکونی پراکنده در بالا به آن لحیم شده است. اختلاف فشار اندازه گیری شده روی بلوکی متشکل از دو دیافراگم 5 عمل می کند. وقتی مرکز آنها جابجا می شود، نیرو با کمک میله 4 به اهرم 3 منتقل می شود که منجر به تغییر شکل غشاء 2 با کرنش سنج ها می شود. سیگنال الکتریکی از گیج های فشار وارد واحد الکترونیکی 4 می شود، جایی که به یک سیگنال یکپارچه تبدیل می شود - جریان مستقیم 0...5 یا 0...20 میلی آمپر. منبع تغذیه برق مبدل از منبع DC با ولتاژ 36 ولت انجام می شود.

هنگام اندازه گیری فشارهای متغیر (به عنوان مثال، ضربان دار)، توصیه می شود مبدل اولیه را تا حد امکان به محل اندازه گیری نزدیک کنید، زیرا وجود یک خط پنوماتیک تغییرات قابل توجهی در ویژگی دامنه-فرکانس سیستم اندازه گیری ایجاد می کند. محدودیت از این نظر روش غیر زهکشی است که در آن مبدلهای فشار مینیاتوری همسطح با سطحی که در اطراف جریان جریان دارد (دیوار کانال، تیغه کمپرسور و غیره) نصب می شوند. مبدل های شناخته شده با ارتفاع 1.6 میلی متر و قطر غشاء 5 میلی متر. سیستم های دارای گیرنده های فشار و موجبر (l ~ 100 میلی متر) نیز استفاده می شود (روش گیرنده های فشار از راه دور) که در آنها به منظور بهبود دینامیک

مشخصات، لینک های صوتی و الکتریکی اصلاحی استفاده می شود.

با تعداد زیاد نقاط اندازه گیری در سیستم های اندازه گیری می توان از کلیدهای پنوماتیکی با سرعت بالا استفاده کرد که اتصال سریال به یک مبدل چند ده نقطه اندازه گیری را فراهم می کند.

برای اطمینان از دقت بالا، کنترل دوره ای ابزار اندازه گیری فشار در شرایط کاری با استفاده از دستگاه های تنظیم کننده اتوماتیک ضروری است.

اندازه گیری دما

برای اندازه گیری دما از انواع ابزارهای اندازه گیری استفاده می شود. یک دماسنج ترموالکتریک (ترموکوپل) از دو هادی ساخته شده از مواد مختلف تشکیل شده است که توسط انتهای (اتصالات) به یکدیگر (جوش داده شده یا لحیم شده) متصل شده اند. اگر دمای اتصالات متفاوت باشد، جریانی در مدار تحت تأثیر نیروی ترموالکتروحرکه جریان می یابد که مقدار آن به مواد هادی ها و دمای اتصالات بستگی دارد. در طول اندازه گیری ها، به عنوان یک قاعده، یکی از اتصالات ترموستات می شود (ذوب یخ برای این کار استفاده می شود). سپس EMF ترموکوپل به طور منحصر به فردی با دمای محل اتصال "گرم" مرتبط خواهد بود.

هادی های غیر مشابه را می توان در یک مدار ترموالکتریک گنجاند. در این حالت، اگر تمام اتصالات در یک دما باشند، EMF حاصل تغییر نخواهد کرد. این خاصیت مبتنی بر استفاده از سیم های به اصطلاح اکستنشن (شکل 3.7) است که به ترموالکترودهایی با طول محدود و از این قبیل متصل می شوند. بنابراین در مواد گران قیمت صرفه جویی می شود. در عین حال، لازم است از برابری دما در نقاط اتصال سیم های گسترش (T c) و هویت ترموکوپل اصلی آنها در محدوده تغییرات دمایی احتمالی Tc و T 0 (معمولاً نه بیشتر) اطمینان حاصل شود. بیش از 0 ... 200 درجه سانتیگراد). در استفاده عملی از ترموکوپل ها ممکن است مواردی وجود داشته باشد که دمای T 0 با 0 درجه سانتی گراد متفاوت باشد. سپس، برای در نظر گرفتن این شرایط، EMF ترموکوپل باید به عنوان E \u003d E meas + DE (T 0) تعریف شود و مقدار دما را از وابستگی کالیبراسیون پیدا کنید. در اینجا E meas - مقدار اندازه گیری شده EMF. DE (T 0) مقدار EMF مربوط به مقدار T 0 است و با وابستگی کالیبراسیون تعیین می شود. وابستگی های کالیبراسیون برای ترموکوپل ها در دمای اتصالات "سرد" T 0 برابر با 0 درجه سانتیگراد به دست می آید. این وابستگی ها تا حدودی با وابستگی های خطی متفاوت است. به عنوان مثال، در شکل. 3.8 وابستگی کالیبراسیون را برای ترموکوپل پلاتین-رودیوم-پلاتین نشان می دهد.

برخی از مشخصات رایج ترین ترموکوپل ها در جدول آورده شده است. 3.1.

در عمل، ترموکوپل هایی با قطر الکترود 0.2 ... 0.5 میلی متر رایج ترین هستند. عایق الکتریکی الکترودها با سیم پیچی آنها با نخ آزبست یا سیلیکا و سپس آغشته کردن با لاک مقاوم در برابر حرارت، قرار دادن ترموالکترودها در لوله های سرامیکی یا قطعات رشته ای از این لوله ها ("مهره ها") روی آنها حاصل می شود. ترموکوپل های کابلی، که دو الکترود ترموالکترودی هستند که در یک پوسته جدار نازک ساخته شده از فولاد مقاوم در برابر حرارت قرار گرفته اند، بسیار رایج شده اند. برای عایق بندی ترموالکترودها، حفره داخلی پوسته با پودر MgO یا Al 2 O 3 پر می شود. قطر بیرونی پوسته 0.5 ... 6 میلی متر است.

جدول 3.1

برای اندازه گیری صحیح دمای عناصر سازه ای، ترموکوپل ها باید به گونه ای آب بندی شوند که محل اتصال داغ و ترموالکترودهای نزدیک به آن از سطح بیرون زده و شرایط انتقال حرارت از سطح کنترل شده با دما به هم نخورد. نصب ترموکوپل برای کاهش خطای اندازه گیری ناشی از خروج (یا ورودی) گرما از محل اتصال داغ در امتداد ترموالکترودها به دلیل هدایت حرارتی، ترموالکترودها در فاصله معینی نزدیک محل اتصال (7 ... 10 میلی متر) باید تقریباً در امتداد همدما قرار گیرند. . طرح خاتمه یک ترموکوپل که الزامات مشخص شده را برآورده می کند در شکل نشان داده شده است. 3.9. قطعه دارای یک شیار به عمق 0.7 میلی متر است که محل اتصال و ترموالکترودهای مجاور آن قرار می گیرد. محل اتصال با جوشکاری تماسی به سطح جوش داده می شود. شیار با فویل 0.2 ... 0.3 میلی متر ضخامت بسته می شود.

خروجی ترموالکترودها از حفره های داخلی موتور یا اجزای آن از طریق اتصالات انجام می شود. در این حالت باید اطمینان حاصل شود که ترموالکترودها ساختار جریان را بیش از حد مختل نکنند و عایق آنها در اثر اصطکاک در برابر یکدیگر و در برابر لبه های تیز سازه آسیب نبیند.

هنگام اندازه گیری دمای عناصر در حال چرخش، قرائت ترموکوپل با استفاده از جمع کننده های جریان برس یا جیوه انجام می شود. کلکتورهای جریان غیر تماسی نیز در حال توسعه هستند.

نمودار ترموکوپل های مورد استفاده برای اندازه گیری دمای جریان گاز در شکل نشان داده شده است. 3.10. اتصال داغ 1 یک کره با قطر d 0 است (الکترودهای حرارتی را می توان با لب به لب جوش داد). ترموالکترودهای 2 در نزدیکی محل اتصال در یک لوله عایق سرامیکی دو کاناله 3 ثابت می شوند و سپس از محفظه 4 خارج می شوند. در شکل، محفظه 4 با آب خنک نشان داده شده است (سرد شدن در هنگام اندازه گیری دماهای بیش از 1300 ضروری است. . 1500 K)، تامین و حذف آب خنک کننده از طریق اتصالات انجام می شود 5 .

در دماهای بالای گاز، خطاهای روش شناختی به دلیل حذف گرما از محل اتصال به دلیل هدایت گرما از طریق ترموالکترودها به بدنه ترموکوپل و تابش به محیط ایجاد می شود. تلفات حرارتی ناشی از رسانایی حرارتی را می توان با ایجاد امتداد لوله عایق برابر با 3 ... 5 قطر آن تقریباً به طور کامل از بین برد.

برای کاهش حذف حرارت توسط تابش، محافظ ترموکوپل ها استفاده می شود (شکل 3.10، b، c). این همچنین از محل اتصال در برابر آسیب محافظت می کند و کاهش سرعت جریان در داخل سپر به افزایش ضریب بازیابی دما هنگام اندازه گیری در جریان های با سرعت بالا کمک می کند.

روشی نیز برای تعیین دمای گاز از خوانش دو ترموکوپل با ترموالکترودهای مختلف توسعه یافته است.

برنج. 3.9. طرح پایان ترموکوپل برای اندازه گیری دمای عناصر محفظه احتراق

برنج. 3.10. مدارهای ترموکوپل برای اندازه گیری دمای گاز:

الف - ترموکوپل اتصال باز؛ ب، ج - ترموکوپل های محافظ. g - ترموکوپل دو اتصالی؛ 1 - اتصال: 2 - ترموالکترود. 3 - لوله سرامیکی; 4 - بدن؛ 5- اتصالات ورودی و خروجی آب

قطر (شکل 3.10، d)، که باعث می شود حذف گرما توسط تابش را در نظر بگیریم.

اینرسی ترموکوپل ها به طراحی بستگی دارد. بنابراین، ثابت زمانی از 1...2 ثانیه برای ترموکوپل های اتصال باز تا 3...5 ثانیه برای ترموکوپل های محافظ تغییر می کند.

هنگام مطالعه میدان های دما (به عنوان مثال، پشت توربین، محفظه احتراق و غیره)، از شانه های ترموکوپل استفاده می شود، و در برخی موارد آنها در برجک های چرخان نصب می شوند، که امکان تعیین دقیق توزیع دما در کل را فراهم می کند. سطح مقطع.

عملکرد دماسنج مقاومتی بر اساس تغییر در مقاومت هادی با تغییر دما است. به عنوان مقاومت الکتریکی، از سیمی با قطر 0.05 ... 0.1 میلی متر استفاده می شود که از مس (t \u003d -50 ... + 150 درجه سانتیگراد)، نیکل (t \u003d -50 ... 200 درجه) ساخته شده است. ج) یا پلاتین (t=-200...500°C).

سیم روی قاب پیچ می شود و در کیس قرار می گیرد. دماسنج های مقاومتی بسیار دقیق و قابل اعتماد هستند، اما با اینرسی بالا مشخص می شوند و برای اندازه گیری دمای محلی مناسب نیستند. دماسنج های مقاومتی برای اندازه گیری دمای هوا در ورودی موتور، دمای سوخت، روغن و غیره استفاده می شوند.

دماسنج های مایع از خاصیت انبساط حرارتی مایع استفاده می کنند. از جیوه (t=-30...+700°C)، الکل (t=-100...+75°C) و غیره به عنوان مایع کار استفاده می شود.ترمومترهای مایع برای اندازه گیری دمای مایع و گاز استفاده می شوند. رسانه ها در شرایط آزمایشگاهی و همچنین هنگام کالیبراسیون سایر ابزارها.

روش های نوری برای اندازه گیری دما بر اساس قوانین تابش حرارتی اجسام گرم شده است. در عمل، سه نوع پیرومتر را می توان اجرا کرد: پیرومترهای روشنایی، که عملکرد آنها بر اساس تغییر در تابش حرارتی یک جسم با درجه حرارت در طول موج ثابت مشخص است. پیرومترهای رنگی که از تغییر با دمای توزیع انرژی در قسمت معینی از طیف تابش استفاده می کنند. پیرومترهای تشعشعی بر اساس وابستگی دمایی مقدار کل انرژی ساطع شده توسط بدن.

در حال حاضر، هنگام آزمایش موتورها برای اندازه گیری دمای عناصر ساختاری، پیرومترهای روشنایی ایجاد شده بر اساس گیرنده های فوتوالکتریک انرژی تابشی کاربرد پیدا کرده اند. به عنوان مثال، طرح نصب پیرومتر در حین اندازه گیری دمای پره های توربین در موتور در حال کار در شکل 1 نشان داده شده است. 32.11. با کمک لنز 2، "میدان دید" مبدل اولیه به یک منطقه کوچک (5...6 میلی متر) محدود می شود. پیرومتر لبه و قسمتی از پشت هر تیغه را "بررسی" می کند. شیشه محافظ 1 ساخته شده از یاقوت کبود از لنز در برابر آلودگی و گرمای بیش از حد محافظت می کند. سیگنال از طریق راهنمای نور 3 به ردیاب نوری منتقل می شود. به دلیل اینرسی کم، پیرومتر به شما اجازه می دهد تا دمای هر تیغه را کنترل کنید.

برای اندازه گیری دمای عناصر ساختاری موتور، می توان از نشانگرهای دمای رنگ (رنگ های حرارتی یا لاک های حرارتی) استفاده کرد - مواد پیچیده ای که با رسیدن به دمای معین (دمای انتقال)، به دلیل تعامل شیمیایی رنگ خود را به شدت تغییر می دهند. اجزا یا انتقال فازی که در آنها اتفاق می افتد.

برنج. 3.11. نمودار نصب پیرومتر بر روی موتور:

(الف) (1 - دمیدن هوا؛ 2 - مبدل اولیه) و نمودار مبدل اولیه

(ب) (1 - شیشه محافظ؛ 2 - عدسی؛ 3 - راهنمای نور)

رنگ‌های حرارتی و لاک‌های حرارتی هنگامی که روی سطح جامد اعمال می‌شوند، پس از خشک شدن، سفت می‌شوند و لایه‌ای نازک را تشکیل می‌دهند که قادر به تغییر رنگ در دمای انتقال است. به عنوان مثال، رنگ سفید حرارتی TP-560 با رسیدن به t=560 درجه سانتی گراد بی رنگ می شود.

با کمک نشانگرهای حرارتی، می توانید مناطق گرمای بیش از حد را در عناصر موتور، از جمله مکان های صعب العبور تشخیص دهید. پیچیدگی اندازه گیری ها کم است. با این حال، استفاده از آنها محدود است، زیرا همیشه نمی توان تعیین کرد که در کدام حالت حداکثر دما رسیده است. علاوه بر این، رنگ نشانگر حرارتی به زمان قرار گرفتن در معرض دما بستگی دارد. بنابراین، نشانگرهای حرارتی، به عنوان یک قاعده، نمی توانند جایگزین روش های دیگر اندازه گیری شوند (به عنوان مثال، با استفاده از ترموکوپل)، اما اطلاعات اضافی در مورد وضعیت حرارتی جسم مورد مطالعه ارائه می دهند.

عملکرد مبدل های اندازه گیری در شرایط دشوار انجام می شود، زیرا هدف اندازه گیری، به عنوان یک قاعده، یک فرآیند پیچیده و چند وجهی است که با پارامترهای زیادی مشخص می شود، که هر کدام از آنها روی مبدل اندازه گیری همراه با پارامترهای دیگر عمل می کند. ما فقط به یک پارامتر علاقه مند هستیم که نام دارد ارزش اندازه گیری شده،و تمام پارامترهای فرآیند دیگر در نظر گرفته می شود دخالت.بنابراین، هر فرستنده خود را دارد مقدار ورودی طبیعی،که به بهترین وجه توسط او در پس زمینه تداخل درک می شود. به روشی مشابه می توان تشخیص داد مقدار خروجی طبیعیمبدل اندازه گیری

از نظر نوع سیگنال در خروجی آن، مبدل های غیر الکتریکی به الکتریکی را می توان به مبدل های ژنراتوری که بار، ولتاژ یا جریان تولید می کنند (مقدار خروجی E \u003d F (X) یا I \u003d F (X) تقسیم کرد. ) و مقاومت داخلی ZBH \u003d) و پارامتریک با مقاومت خروجی، اندوکتانس یا خازن، تغییر مطابق با تغییر مقدار ورودی (EMF E \u003d 0 و مقدار خروجی به شکل تغییر در R, L یا C در تابع X).

تفاوت بین مبدل های ژنراتور و پارامتریک به دلیل مدارهای الکتریکی معادل آنها است که منعکس کننده تفاوت های اساسی در ماهیت پدیده های فیزیکی مورد استفاده در مبدل ها است. مبدل ژنراتور منبع سیگنال الکتریکی است که مستقیماً صادر می شود و اندازه گیری تغییرات در پارامترهای مبدل پارامتریک به طور غیر مستقیم با تغییر جریان یا ولتاژ در نتیجه گنجاندن اجباری آن در مداری با توان خارجی انجام می شود. منبع یک مدار الکتریکی که مستقیماً به مبدل پارامتریک متصل است سیگنال آن را تولید می کند. بنابراین، ترکیب یک مبدل پارامتریک و یک مدار الکتریکی منبع یک سیگنال الکتریکی است.

با توجه به پدیده فیزیکی زیربنای کار، و نوع کمیت فیزیکی ورودی، مبدل های ژنراتور و پارامتریک به تعدادی از انواع تقسیم می شوند (شکل 2.3):

ژنراتور - روی پیزوالکتریک،

ترموالکتریک و غیره؛

مقاومتی - در تماس،

رئوستاتیک و غیره؛

الکترومغناطیسی - القایی،

ترانسفورماتور و غیره

با توجه به نوع مدولاسیون، تمام IP ها به دو گروه بزرگ دامنه و فرکانس، زمانی، فاز تقسیم می شوند. سه رقم آخر مشترکات زیادی دارند و بنابراین در یک گروه ترکیب می شوند.

برنج. 2.3. طبقه بندی مبدل های اندازه گیری مقادیر غیر الکتریکی به الکتریکی.

2. با توجه به ماهیت تبدیل، مقادیر ورودی:

خطی؛

غیر خطی.

3. با توجه به اصل عملکرد مبدل اندازه گیری اولیه (PMT) به دو دسته تقسیم می شوند:

ژنراتور؛

پارامتریک.

سیگنال خروجی PIP ژنراتور EMF، ولتاژ، جریان و بار الکتریکی است که از نظر عملکردی با مقدار اندازه گیری شده مرتبط است، به عنوان مثال، EMF یک ترموکوپل.

در PIP های پارامتریک، مقدار اندازه گیری شده باعث تغییر متناسب در پارامترهای مدار الکتریکی می شود: R, L, C.

ژنراتورها عبارتند از:

القاء؛

پیزوالکتریک؛

برخی از انواع الکتروشیمیایی

IP مقاومتی - مقدار اندازه گیری شده را به مقاومت تبدیل کنید.

IP الکترومغناطیسی – به تغییر در اندوکتانس یا اندوکتانس متقابل تبدیل می شود.

IP خازنی - به تغییر در ظرفیت تبدیل می شود.

منابع تغذیه پیزوالکتریک - تبدیل نیروی دینامیکی به بار الکتریکی

IP Galvanomagnetic - بر اساس اثر هال، میدان مغناطیسی فعال را به یک EMF تبدیل می کنند.

IP حرارتی - دمای اندازه گیری شده به مقدار مقاومت حرارتی یا EMF تبدیل می شود.

IP اپتوالکترونیک - تبدیل سیگنال های نوری به سیگنال های الکتریکی.

برای سنسورها، ویژگی های اصلی عبارتند از:

محدوده دمای عملیاتی و خطا در این محدوده؛

مقاومت های ورودی و خروجی تعمیم یافته؛

پاسخ فرکانس.

در کاربردهای صنعتی، خطای سنسورهای مورد استفاده در فرآیندهای کنترل نباید بیش از 1-2٪ باشد. و برای کارهای کنترلی - 2 - 3٪.

2.1.3. طرح هایی برای روشن کردن مبدل های اندازه گیری اولیه

مبدل های اندازه گیری اولیه عبارتند از:

پارامتریک؛

ژنراتور.

طرح های روشن کردن مبدل های اندازه گیری اولیه پارامتری به دو دسته تقسیم می شوند:

اتصال متوالی:

سوئیچینگ دیفرانسیل:

با یک مبدل اندازه گیری اولیه؛

با دو مبدل اندازه گیری اولیه؛

مدارهای سوئیچینگ پل:

پل نامتعادل متقارن با یک بازوی فعال.

پل نامتعادل متقارن با دو بازوی فعال.

پل نامتعادل متقارن با چهار بازوی فعال.

طرح های روشن کردن مبدل های اندازه گیری ژنراتور به دو دسته تقسیم می شوند:

ترتیبی؛

دیفرانسیل؛

جبرانی.

ژنراتورها به منبع انرژی نیاز ندارند، در حالی که ژنراتورهای پارامتریک به منبع انرژی نیاز دارند. اغلب، ژنراتورها را می توان به عنوان منبع EMF، و ژنراتورهای پارامتریک را می توان به عنوان یک مقاومت فعال یا واکنشی نشان داد که مقاومت آنها با تغییر مقدار اندازه گیری شده تغییر می کند.

سوئیچینگ متوالی و دیفرانسیل را می توان برای هر دو منبع تغذیه پارامتری و ژنراتور اعمال کرد. طرح جبران - به ژنراتور. پل - به پارامتریک.

2.1.3.1. طرح های اتصال سریال مبدل های اندازه گیری پارامتریک

اتصال متوالی یک مبدل اندازه گیری پارامتریک (شکل 2.4):

برنج. 2.4. اتصال متوالی یک IP پارامتریک.

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"> - حساسیت فعلی؛

- حساسیت ولتاژ؛

حساسیت قدرت؛

برنج. 2.5. مشخصات خروجی یک IP متصل به سری:

الف - واقعی؛ b ایده آل است.

اتصال متوالی دو مبدل اندازه گیری پارامتریک (شکل 2.6).

شکل 2.6. اتصال متوالی دو IP پارامتریک.

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

ابزار اندازه گیری الکتریکی به طور گسترده ای برای اندازه گیری مقادیر غیر الکتریکی استفاده می شود. این به لطف استفاده از مبدل های ویژه (PR) امکان پذیر شد.

سیگنال های خروجی چنین مبدل هایی به شکل پارامترهای مدار یا EMF (شارژ) مرتبط با سیگنال ورودی توسط یک وابستگی عملکردی منتقل می شوند. اولی پارامتری نامیده می شود، دومی - ژنراتور.

از مبدل های پارامتریک، پرکاربردترین دستگاه های رئوستاتیک، حساس به کرنش، حساس به حرارت، الکترولیتی، یونیزاسیون، القایی و خازنی هستند.

مبدل های رئوستاتآنها یک قاب جدا شده هستند که یک هادی و یک برس که در امتداد پیچ ​​ها حرکت می کند روی آن پیچیده شده است. پارامتر خروجی آنها مقاومت مدار است.

مقدار اندازه گیری شده Pr می تواند حرکت قلم مو در یک خط مستقیم یا در یک دایره باشد. با بهبود سیستم ادراک، می توان از Pr برای تعیین فشار یا جرمی استفاده کرد که تحت آن لغزنده حرکت می کند.

برای باد کردن رئوستات از موادی استفاده می شود که مقاومت آنها کمی به عوامل خارجی (دما، فشار، رطوبت و غیره) بستگی دارد. چنین موادی می توانند نیکروم، فکرال، کنستانتان یا منگانین باشند. با تغییر شکل و مقطع هسته (طول یک پیچ بر این اساس تغییر می کند)، می توان به یک وابستگی غیر خطی مقاومت مدار به حرکت لغزنده دست یافت.

مزیت مبدل های رئوستات سادگی طراحی آنهاست. با این حال، اگر مقاومت خروجی در یک دور تغییر کند، تعیین دقیق جابجایی غیرممکن است. این نقطه ضعف اصلی چنین Pr است و خطای آنها را مشخص می کند.

مبدل های حساس به کرنش (TSChPr). کار آنها بر اساس تغییر در مقاومت فعال هادی تحت تأثیر فشار یا تغییر شکل مکانیکی است. این پدیده اثر تانسور نامیده می شود.

سیگنال ورودی برای TFPR می تواند کشش، فشرده سازی یا نوع دیگری از تغییر شکل قطعات تجهیزات، سازه های فلزی باشد، سیگنال خروجی تغییر در مقاومت مبدل است.

Pr حساس به کرنش یک بستر نازک است که از کاغذ یا فیلم ساخته شده و سیمی با سطح مقطع بسیار کوچک به آن چسبانده شده است. به عنوان یک عنصر گیرنده، معمولا از یک سیم ثابت استفاده می شود که دارای مقاومت مستقل از دما، با قطر 0.02-0.05 میلی متر است. فویل TFPR و فشار سنج فیلم نیز استفاده می شود.

مبدل TF طوری به قسمت اندازه گیری شده چسبانده می شود که محور انبساط خطی قطعه با محور طولی TFC منطبق باشد. با گسترش جسم اندازه گیری شده، طول TFC افزایش می یابد، به ترتیب مقاومت آن تغییر می کند.

مزیت چنین دستگاه هایی خطی بودن، سادگی طراحی و نصب است. از معایب آن می توان به حساسیت کم اشاره کرد.

مبدل های حساس به حرارت (TRPr). به عنوان عناصر اصلی این گونه وسایل از ترمیستورها، دیودهای حرارتی، ترموترانزیستورها و ... استفاده می شود.ترموالمان به گونه ای در مدار الکتریکی قرار می گیرد که جریان مدار از آن عبور می کند و دمای عنصر اندازه گیری شده تحت تاثیر قرار می گیرد.

با کمک آنها می توان دما، ویسکوزیته، هدایت حرارتی، سرعت حرکت و سایر پارامترهای محیطی که عنصر در آن قرار دارد اندازه گیری کرد.

برای اندازه گیری در محدوده دمایی -260 درجه سانتیگراد تا +1100 درجه سانتیگراد، از ترمیستورهای پلاتینیوم، در محدوده -200 درجه سانتیگراد تا +200 درجه سانتیگراد - مس استفاده می شود. در محدوده دمایی 80- تا 150+ درجه سانتیگراد که دقت خاصی لازم است، از دیودهای حرارتی و ترانزیستورهای حرارتی استفاده می شود.

TRPR با توجه به حالت کار به گرمای بیش از حد و بدون پیش گرمایش تقسیم می شود. دستگاه‌های بدون پیش گرم کردن فقط برای اندازه‌گیری دمای محیط استفاده می‌شوند، زیرا جریان جاری در آنها بر گرمایش آنها تأثیر نمی‌گذارد. مقاومت عنصر به طور دقیق دمای محیط را تعیین می کند.

نحوه عملکرد نوع دیگری از مبدل های حرارتی با پیش گرم شدن آنها به مقدار از پیش تعیین شده مرتبط است. سپس آنها را در محیط مورد اندازه گیری قرار می دهند و تغییر مقاومت آن بررسی می شود.

با توجه به میزان تغییر مقاومت، می توان قضاوت کرد که چگونه سرمایش یا گرمایش شدید رخ می دهد، به این معنی که می توان سرعت حرکت ماده اندازه گیری شده، ویسکوزیته آن و سایر پارامترها را تعیین کرد.

نیمه هادی TPRr نسبت به ترمیستور حساس تر هستند، بنابراین در زمینه اندازه گیری دقیق استفاده می شود. با این حال، نقطه ضعف قابل توجه آنها محدوده دمایی باریک و تکرارپذیری ضعیف ویژگی های استاتیکی دستگاه است.

مبدل های الکترولیتی (ELP). برای تعیین غلظت محلول ها استفاده می شود، زیرا هدایت الکتریکی محلول ها به میزان قابل توجهی به میزان غلظت نمک در آنها بستگی دارد.

ELP یک ظرف با دو الکترود است. ولتاژ به الکترودها اعمال می شود، بنابراین، مدار الکتریکی از طریق لایه الکترولیت بسته می شود. چنین مبدل هایی در جریان متناوب استفاده می شود ، زیرا تحت تأثیر جریان مستقیم ، الکترولیت به یون های مثبت و منفی تجزیه می شود که باعث خطا در اندازه گیری ها می شود.

یکی دیگر از معایب ELP وابستگی رسانایی الکترولیت به دما است که حفظ دمای ثابت را با کمک تاسیسات تبرید یا گرمایش ضروری می کند.

مبدل های القایی و خازنی. همانطور که از نام آن پیداست، پارامترهای خروجی چنین دستگاه هایی اندوکتانس و ظرفیت خازنی هستند. مقدار اندازه گیری شده Pr القایی ساده می تواند جابجایی 10 تا 15 میلی متر باشد، برای ترانسفورماتور القایی Pr با سیستم باز، این مقدار می تواند تا 100 میلی متر افزایش یابد. خازنی Pr برای اندازه گیری جابجایی های مرتبه 1 میلی متر استفاده می شود.

Inductive Pr دو سلف هستند که روی یک هسته باز قرار می گیرند. اندوکتانس متقابل سیم پیچ ها تحت تأثیر پارامترهایی مانند: طول شکاف هوای بخش باز، سطح مقطع شکاف هوا، نفوذپذیری مغناطیسی شکاف هوا است.

بنابراین، با اندازه گیری اندوکتانس متقابل سیم پیچ ها، می توان تعیین کرد که پارامترهای فوق چقدر تغییر کرده اند. و زمانی که صفحه دی الکتریک در شکاف هوا حرکت می کند، می توانند تغییر کنند. این اساس اصل عملکرد Pr القایی است.

اصل عملکرد Pr خازنی مبتنی بر تغییر در ظرفیت خازن با کاهش سطح فعال صفحات، تغییر در فاصله بین صفحات خازن و تغییر در ثابت دی الکتریک است. فضای بین صفحه

مبدل های خازنی حساسیت بیشتری نسبت به تغییرات پارامترهای ورودی دارند. یک Pr خازنی قادر است تغییر در ظرفیت خازنی را حتی در هنگام حرکت هزارم میلی متر تشخیص دهد.

مبدل های یونیزاسیون. اصل کار دستگاه مبتنی بر پدیده یونیزاسیون گاز و سایر رسانه ها تحت تأثیر تابش یونیزان است که می تواند به عنوان تابش یونیزه کننده α-، β- و γ از مواد رادیواکتیو یا اشعه ایکس استفاده شود.

اگر یک محفظه گاز در معرض تشعشع قرار گیرد، جریان الکتریکی از الکترودها عبور می کند. مقدار این جریان به ترکیب گاز، ابعاد الکترودها، فاصله بین الکترودها و ولتاژ اعمالی بستگی دارد.

با اندازه گیری جریان الکتریکی در مدار، با ترکیب شناخته شده محیط، فاصله بین الکترودها، ولتاژ اعمال شده، تعیین اندازه الکترودها یا بالعکس سایر پارامترها مد است. از آنها برای اندازه گیری ابعاد قطعات یا ترکیبات گاز و غیره استفاده می شود.

مزیت اصلی Pr یونیزه، امکان اندازه گیری بدون تماس در محیط های تهاجمی، تحت فشار یا دمای بالا است. نقطه ضعف چنین Pr نیاز به حفاظت بیولوژیکی پرسنل از قرار گرفتن در معرض تشعشع است.

دماسنج های مقاومتیدماسنج های مقاومتی مانند ترموکوپل ها برای اندازه گیری دمای اجسام گازی، جامد و مایع و همچنین دمای سطح طراحی شده اند. اصل کار دماسنج ها بر اساس استفاده از خاصیت فلزات و نیمه هادی ها برای تغییر مقاومت الکتریکی آنها با دما است. برای هادی های ساخته شده از فلزات خالص، این وابستگی در محدوده دمایی از -200 درجه سانتیگراد تا 0 درجه سانتیگراد به شکل زیر است:

R t \u003d R 0،

و در محدوده دمایی از 0 ° C تا 630 ° C

R t \u003d R 0،

جایی که R t , R 0 -مقاومت هادی در دما تیو 0 درجه سانتیگراد؛ الف، ب، ج -ضرایب؛ t-درجه حرارت، ° С.

در محدوده دما از 0 تا 180 درجه سانتیگراد، وابستگی مقاومت هادی به دما با فرمول تقریبی توصیف می شود.

R t \u003d R 0،

جایی که α - ضریب دمایی مقاومت ماده هادی (TCS).

برای هادی های فلزی لخت α≈ 6-10 -3 ...4-10 -3 درجه -1 .

اندازه گیری دما با دماسنج مقاومتی به اندازه گیری مقاومت آن کاهش می یابد R t، sانتقال بعدی به دما طبق فرمول ها یا جداول کالیبراسیون.

تمایز دماسنج های مقاومت سیم و نیمه هادی. دماسنج مقاومت سیم سیم نازکی است که از فلز خالص ساخته شده است، که بر روی یک قاب ساخته شده از یک ماده مقاوم در برابر دما (عنصر حسگر) ثابت شده و در اتصالات محافظ قرار داده شده است (شکل 5.4).

برنج. 5.4. عنصر سنجش دماسنج مقاومتی

سرنخ های عنصر حسگر به سر دماسنج متصل می شوند. انتخاب برای ساخت دماسنج های مقاومتی سیم از فلزات خالص به جای آلیاژها به این دلیل است که TCR فلزات خالص بیشتر از TCR آلیاژها است و بنابراین دماسنج های مبتنی بر فلزات خالص حساسیت بیشتری دارند.

این صنعت دماسنج های مقاومتی پلاتین، نیکل و مس را تولید می کند. برای اطمینان از قابلیت تعویض و کالیبراسیون یکنواخت دماسنج ها، مقادیر مقاومت آنها استاندارد شده است R0و TKS.

دماسنج های مقاومتی نیمه هادی (ترمیستورها) مهره ها، دیسک ها یا میله هایی هستند که از مواد نیمه هادی ساخته شده اند و دارای سیم هایی برای اتصال به مدار اندازه گیری هستند.

این صنعت به صورت تجاری انواع مختلفی از ترمیستورها را در طرح های مختلف تولید می کند.

اندازه‌های ترمیستور معمولاً کوچک هستند - حدود چند میلی‌متر، و برخی از انواع آن‌ها دهم میلی‌متر هستند. برای محافظت در برابر آسیب های مکانیکی و قرار گرفتن در معرض محیط، ترمیستورها با پوشش های شیشه ای یا لعابی و همچنین موارد فلزی محافظت می شوند.

ترمیستورها معمولاً دارای مقاومت واحدها در برابر صدها کیلو اهم هستند. TCS آنها در محدوده دمای کارکرد مرتبه ای بزرگتر از دماسنج های سیمی است. به عنوان موادی برای بدنه کار ترمیستورها از مخلوط اکسیدهای نیکل، منگنز، مس، کبالت استفاده می شود که با یک چسب مخلوط شده، شکل مورد نظر را به آن می دهد و در دمای بالا تف جوشی می کند. ترمیستورها برای اندازه گیری دما در محدوده 100- تا 300 درجه سانتی گراد استفاده می شوند. اینرسی ترمیستورها نسبتاً کم است. معایب آنها شامل غیر خطی بودن وابستگی مقاومت به دما، عدم قابلیت تعویض به دلیل گسترش زیاد مقاومت اسمی و TCR و همچنین تغییر غیرقابل برگشت مقاومت در طول زمان است.

برای اندازه گیری در محدوده دمایی نزدیک به صفر مطلق، از دماسنج های نیمه هادی ژرمانیومی استفاده می شود.

اندازه گیری مقاومت الکتریکی دماسنج ها با استفاده از پل های DC و AC یا جبران کننده ها انجام می شود. یکی از ویژگی های اندازه گیری های دماسنجی محدودیت جریان اندازه گیری به منظور جلوگیری از گرمایش بدنه کار دماسنج است. برای دماسنج های مقاومت سیم، توصیه می شود جریان اندازه گیری را به گونه ای انتخاب کنید که توان تلف شده توسط دماسنج از 20 ... 50 میلی وات تجاوز نکند. اتلاف توان مجاز در ترمیستورها بسیار کمتر است و توصیه می شود برای هر ترمیستور به صورت آزمایشی تعیین شود.

مبدل های حساس به کرنش (حسگرها).در عمل طراحی، اغلب اندازه گیری تنش ها و کرنش های مکانیکی در عناصر سازه ضروری است. رایج‌ترین مبدل‌های این مقادیر به سیگنال الکتریکی، فشار سنج‌ها هستند. عملکرد کرنش سنج ها بر اساس خاصیت فلزات و نیمه هادی ها برای تغییر مقاومت الکتریکی آنها تحت تأثیر نیروهای وارده به آنها است. ساده ترین کرنش سنج می تواند یک تکه سیم باشد که به طور صلب به سطح یک قطعه تغییر شکل پذیر متصل شده است. کشش یا فشرده شدن قطعه باعث کشش یا فشرده سازی متناسب سیم می شود که در نتیجه مقاومت الکتریکی آن تغییر می کند. در محدوده تغییر شکل های الاستیک، تغییر نسبی مقاومت سیم به طول نسبی آن توسط رابطه مربوط می شود.

ΔR/R=K Τ Δl/l،

جایی که l، R-طول اولیه و مقاومت سیم؛ Δl, ∆R-افزایش طول و مقاومت؛ K Τ -فاکتور کرنش سنج

مقدار ضریب کرنش سنج به خواص ماده ای که کرنش سنج از آن ساخته شده است و همچنین به روش چسباندن استرین گیج به محصول بستگی دارد. برای سیم های فلزی از فلزات مختلف K Τ= 1... 3,5.

بین گیج های فشار سیم و نیمه هادی تمایز قائل شوید. برای ساخت گیج های فشار سیم، از موادی استفاده می شود که دارای ضریب حساسیت به کرنش به اندازه کافی بالا و ضریب مقاومت دمای پایین هستند. متداول ترین ماده مورد استفاده برای ساخت گیج های فشار سیم، سیم کانستانتان با قطر 20 ... 30 میکرون است.

از نظر ساختاری، گیج‌های فشار سیم شبکه‌ای متشکل از چندین حلقه سیم هستند که به یک کاغذ نازک (یا دیگر) زیرلایه چسبانده شده‌اند (شکل 5.5). بسته به مواد بستر، کرنش سنج ها می توانند در دمای 40- تا 400+ درجه سانتی گراد کار کنند.

برنج. 5.5. تانسیومتر

طرح‌هایی از کرنش‌سنج‌ها وجود دارد که با کمک سیمان به سطح قطعات متصل می‌شوند و می‌توانند تا دمای 800 درجه سانتی‌گراد کار کنند.

ویژگی اصلی کرنش سنج ها مقاومت اسمی است R،پایه لو فاکتور سنج K Τ .این صنعت طیف وسیعی از فشار سنج ها را با اندازه پایه از 5 تا 30 میلی متر تولید می کند , مقاومت های اسمی از 50 تا 2000 اهم، با ضریب کرنش سنج 0.2 ± 2.

توسعه بیشتر کرنش سنج های سیمی، گیج های فشاری فویل و فیلم هستند که عنصر حساس آن شبکه ای از نوارهای فویل یا نازک ترین لایه فلزی است که بر روی بسترهای مبتنی بر لاک قرار گرفته است.

کرنش سنج ها بر اساس مواد نیمه هادی ساخته می شوند. اثر کرنش در ژرمانیوم، سیلیکون و غیره بارزتر است. تفاوت اصلی بین کرنش سنج های نیمه هادی و کرنش سنج های سیمی، تغییر بزرگ (تا 50٪) در مقاومت در هنگام تغییر شکل به دلیل مقدار زیاد ضریب کرنش سنج است.

مبدل های القاییمبدل های القایی برای اندازه گیری جابجایی ها، ابعاد، انحرافات شکل و آرایش سطح استفاده می شوند. مبدل از یک سلف ثابت با یک هسته مغناطیسی و یک آرمیچر تشکیل شده است که همچنین بخشی از هسته مغناطیسی است که نسبت به سلف حرکت می کند. برای به دست آوردن بیشترین اندوکتانس ممکن، مدار مغناطیسی سیم پیچ و آرمیچر از مواد فرومغناطیسی ساخته شده است. هنگامی که آرمیچر (مثلاً مرتبط با پروب دستگاه اندازه گیری) جابجا می شود، اندوکتانس سیم پیچ تغییر می کند و در نتیجه جریان جاری در سیم پیچ تغییر می کند. روی انجیر 5.6 نمودار مبدل های القایی را با شکاف هوای متغیر d نشان می دهد (شکل 5.6 آ) برای اندازه گیری جابجایی در 0.01 ... 10 میلی متر استفاده می شود. با یک منطقه شکاف هوایی متغیر S δ (شکل 5.6 ب) در محدوده 5 ... 20 میلی متر استفاده می شود.

برنج. 5.6. مبدل های جابجایی القایی

5.2. تقویت کننده های عملیاتی

تقویت کننده عملیاتی (op-amp) یک تقویت کننده دیفرانسیل DC با بهره بسیار بالا است. برای تقویت کننده ولتاژ، تابع انتقال (بهره) با استفاده از

برای ساده سازی محاسبات طراحی، فرض می شود که آپ امپ ایده آل دارای ویژگی های زیر است.

1. بهره حلقه باز بی نهایت است.

2. مقاومت ورودی R d برابر با بی نهایت است.

3. مقاومت خروجی R 0 = 0.

4. پهنای باند بی نهایت است.

5. V 0 \u003d 0 در V 1 \u003d V 2 (ولتاژ بایاس صفر وجود ندارد).

آخرین ویژگی بسیار مهم است. از آنجایی که V 1 -V 2 \u003d V 0 / A، پس اگر V 0 مقدار محدودی داشته باشد و ضریب A بی نهایت بزرگ باشد (مقدار معمولی 100000) خواهیم داشت

V 1 - V 2 \u003d 0 و V 1 \u003d V 2.

از آنجایی که امپدانس ورودی برای سیگنال دیفرانسیل (V 1 - V 2)

همچنین بسیار بزرگ است، سپس جریان عبوری از Rd را می توان نادیده گرفت.

قانون 1.هنگامی که op-amp در ناحیه خطی کار می کند، ولتاژهای مشابهی روی دو ورودی آن اعمال می شود.

قانون 2.جریان ورودی برای هر دو ورودی آپمپ صفر است.

بلوک های مدار اصلی روی op-amp را در نظر بگیرید. در اکثر این مدارها، آپ امپ در پیکربندی حلقه بسته استفاده می شود.

5.2.1. تقویت کننده Unity Gain

(پیرو ولتاژ)

اگر در یک تقویت کننده غیر معکوس، R i را برابر بی نهایت، و R f را برابر با صفر قرار دهیم، به مدار نشان داده شده در شکل می رسیم. 5.7.

طبق قانون 1، ولتاژ ورودی V i نیز بر روی ورودی معکوس کننده op-amp تأثیر می گذارد که مستقیماً به خروجی مدار منتقل می شود. بنابراین، V 0 = V i، و ولتاژ خروجی از ولتاژ ورودی پیروی می کند (تکرار می کند). برای بسیاری از مبدل های آنالوگ به دیجیتال، امپدانس ورودی به مقدار سیگنال ورودی آنالوگ بستگی دارد. با کمک یک دنبال کننده ولتاژ، مقاومت ورودی ثابت تضمین می شود.

5.2.2. جمع کننده ها

یک تقویت کننده معکوس می تواند چندین ولتاژ ورودی را جمع کند. هر ورودی جمع کننده از طریق یک مقاومت وزنی به ورودی معکوس آپ امپ متصل می شود. ورودی معکوس گره جمع نامیده می شود زیرا تمام جریان های ورودی و جریان فیدبک در اینجا جمع می شوند. نمودار مدار پایه تقویت کننده جمع در شکل نشان داده شده است. 5.8.

همانطور که در تقویت کننده معکوس معمولی، ولتاژ در ورودی معکوس باید صفر باشد، بنابراین، جریان وارد شده به op-amp نیز صفر است. بدین ترتیب،

i f = i 1 + i 2 + . . . + i n

از آنجایی که ولتاژ صفر روی ورودی معکوس عمل می کند، پس از تعویض های مناسب، به دست می آوریم

V 0 \u003d -R f (+. . . + ).

مقاومت R f بهره کلی مدار را تعیین می کند. مقاومت R 1, R 2, . . . R n مقادیر ضرایب وزن و امپدانس ورودی کانال های مربوطه را تنظیم می کند.

5.2.3. ادغام کننده ها

یکپارچه ساز یک مدار الکترونیکی است که یک سیگنال خروجی تولید می کند که متناسب با انتگرال (در طول زمان) سیگنال ورودی است.

روی انجیر شکل 5.9 یک نمودار شماتیک از یک انتگرالگر آنالوگ ساده را نشان می دهد.یک خروجی انتگرالگر به گره جمع و دیگری به خروجی انتگرالگر متصل است. بنابراین، ولتاژ دو سوی خازن، ولتاژ خروجی نیز می باشد. سیگنال خروجی یکپارچه ساز را نمی توان با یک رابطه جبری ساده توصیف کرد، زیرا با یک ولتاژ ورودی ثابت، ولتاژ خروجی با نرخ تعیین شده توسط پارامترهای V i، R و C تغییر می کند. بنابراین، برای یافتن ولتاژ خروجی، شما باید مدت زمان سیگنال ورودی را بدانید. ولتاژ در خازن تخلیه شده اولیه

جایی که i f از طریق خازن و t i زمان ادغام است. برای مثبت

Vi داریم i i = V i /R. از آنجایی که i f = i i، پس با در نظر گرفتن وارونگی سیگنال، به دست می آوریم

از این رابطه نتیجه می شود که V 0 با انتگرال (با علامت مخالف) ولتاژ ورودی در محدوده 0 تا t 1 تعیین می شود که در ضریب مقیاس 1/RC ضرب می شود. ولتاژ V ic ولتاژ خازن در زمان اولیه (t = 0) است.

5.2.4. متمایز کننده ها

دیفرانسیل یک سیگنال خروجی متناسب با نرخ تغییر سیگنال ورودی در طول زمان تولید می کند. روی انجیر شکل 5.10 نمودار مدار یک متمایز کننده ساده را نشان می دهد.

جریان از طریق خازن

اگر مشتق مثبت باشد، جریان i i در جهتی جریان می یابد که یک ولتاژ خروجی منفی V 0 تولید می شود.

بدین ترتیب،

این روش تمایز سیگنال ساده به نظر می رسد، اما در اجرای عملی آن مشکلاتی برای اطمینان از پایداری مدار در فرکانس های بالا وجود دارد. هر آپ امپ برای استفاده در دیفرانسیل مناسب نیست. معیار انتخاب سرعت آپ امپ است: شما باید آپ امپ با حداکثر سرعت حرکت بالا و محصول با پهنای باند بالا انتخاب کنید. ترانزیستورهای ترانزیستوری با سرعت بالا در دیفرانترها به خوبی کار می کنند.

5.2.5. مقایسه کننده ها

مقایسه کننده یک مدار الکترونیکی است که دو ولتاژ ورودی را با هم مقایسه می کند و سیگنال خروجی تولید می کند که به وضعیت ورودی ها بستگی دارد. نمودار مدار اصلی مقایسه کننده در شکل نشان داده شده است. 5.11.

همانطور که می بینید، در اینجا op-amp با یک حلقه بازخورد باز کار می کند. یک ولتاژ مرجع به یکی از ورودی های آن اعمال می شود و یک ولتاژ مجهول (مقایسه) به دیگری اعمال می شود. سیگنال خروجی مقایسه کننده نشان می دهد که سطح سیگنال ورودی مجهول بالاتر یا پایین تر از سطح ولتاژ مرجع است. در مدار شکل 5.11، ولتاژ مرجع Vr به ورودی غیر معکوس اعمال می شود و سیگنال مجهول V i به ورودی معکوس تغذیه می شود.

وقتی V i > V r، خروجی مقایسه کننده روی ولتاژ V 0 = - V r (ولتاژ اشباع منفی) تنظیم می شود. در غیر این صورت، V 0 = + V r را دریافت می کنیم. می توانید ورودی ها را تعویض کنید - این منجر به وارونگی سیگنال خروجی می شود.

5.3. سوئیچینگ سیگنال های اندازه گیری

در فناوری اطلاعات و اندازه‌گیری، هنگام اجرای تبدیل‌های اندازه‌گیری آنالوگ، اغلب لازم است بین دو یا چند نقطه از مدار اندازه‌گیری اتصالات الکتریکی برقرار شود تا فرآیند گذرا لازم، اتلاف انرژی ذخیره شده توسط عنصر راکتیو (مثلاً خازن را تخلیه کنید)، منبع تغذیه مدار اندازه گیری را وصل کنید، حافظه سلول آنالوگ را روشن کنید، از یک فرآیند پیوسته در حین گسسته سازی نمونه برداری کنید، و غیره. در فضا توزیع شده است. برای اجرای موارد فوق از کلیدهای اندازه گیری و کلیدهای اندازه گیری استفاده می شود.

سوئیچ اندازه‌گیری وسیله‌ای است که سیگنال‌های آنالوگ جدا شده را به سیگنال‌های جدا شده در زمان تبدیل می‌کند و بالعکس.

سوئیچ های اندازه گیری برای سیگنال های آنالوگ با پارامترهای زیر مشخص می شوند:

محدوده دینامیکی مقادیر سوئیچ شده؛

خطای ضریب انتقال؛

سرعت (فرکانس سوئیچینگ یا زمان مورد نیاز برای انجام یک عملیات سوئیچینگ)؛

تعداد سیگنال های سوئیچ شده؛

تعداد محدود کلیدها (برای سوئیچ های دارای کلیدهای اندازه گیری تماسی).

بسته به نوع کلیدهای اندازه گیری مورد استفاده در سوئیچ، سوئیچ های تماسی و بدون تماس.

کلید اندازه گیری یک مدار دو ترمینالی با غیرخطی بودن مشخصه ولتاژ جریان است. انتقال کلید از یک حالت (بسته) به حالت دیگر (باز) با استفاده از یک عنصر کنترل انجام می شود.

5.4. تبدیل آنالوگ به دیجیتال

تبدیل آنالوگ به دیجیتال بخشی جدایی ناپذیر از روش اندازه گیری است. در دستگاه‌های نشان‌دهنده، این عملیات با خواندن نتیجه عددی توسط آزمایش‌گر مطابقت دارد. در ابزارهای اندازه گیری دیجیتال و پردازنده، تبدیل آنالوگ به دیجیتال به صورت خودکار انجام می شود و نتیجه یا مستقیماً به صفحه نمایش می رود و یا برای انجام تبدیل های بعدی اندازه گیری به صورت عددی وارد پردازنده می شود.

روش‌های تبدیل آنالوگ به دیجیتال در اندازه‌گیری‌ها عمیقاً و به طور کامل توسعه داده می‌شوند و به نمایش مقادیر لحظه‌ای عمل ورودی در نقاط ثابت زمان توسط ترکیب کد مربوطه (تعداد) کاهش می‌یابند. مبنای فیزیکی تبدیل آنالوگ به دیجیتال، راه اندازی و مقایسه با سطوح مرجع ثابت است. گسترده ترین آنها ADCهای کدگذاری بیتی، شمارش متوالی، تعادل ردیابی و برخی دیگر هستند. موضوعات متدولوژی تبدیل آنالوگ به دیجیتال که با روند توسعه ADCها و اندازه‌گیری‌های دیجیتال در سال‌های آتی مرتبط است، به ویژه شامل موارد زیر است:

از بین بردن ابهام خواندن در سریعترین ADCهای منطبق، که با توسعه فناوری یکپارچه رایج تر می شوند.

دستیابی به تحمل خطا و بهبود ویژگی‌های اندازه‌شناختی ADCها بر اساس سیستم اعداد فیبوناچی زائد.

کاربرد تبدیل آنالوگ به دیجیتال روش آزمون آماری.

5.4.1 مبدل های D/A و A/D

مبدل های دیجیتال به آنالوگ (DAC) و مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) بخشی جدایی ناپذیر از سیستم های کنترل و تنظیم خودکار هستند. علاوه بر این، از آنجایی که اکثریت قریب به اتفاق مقادیر فیزیکی اندازه گیری شده آنالوگ هستند و پردازش، نشان دادن و ثبت آنها، به عنوان یک قاعده، با روش های دیجیتال انجام می شود، DAC ها و ADC ها کاربرد گسترده ای در ابزارهای اندازه گیری خودکار پیدا کرده اند. بنابراین، DAC و ADC بخشی از ابزارهای اندازه گیری دیجیتال (ولت متر، اسیلوسکوپ، آنالایزر طیف، همبسته و غیره)، منابع تغذیه قابل برنامه ریزی، نمایشگرهای لوله اشعه کاتدی، پلاترهای گراف، سیستم های راداری تاسیسات برای نظارت بر عناصر و ریزمدارها، اجزای مهم هستند. مبدل ها و ژنراتورهای مختلف، دستگاه های ورودی/خروجی اطلاعات کامپیوتری. چشم انداز گسترده ای برای استفاده از DAC و ADC در تله متری و تلویزیون در حال باز شدن است. تولید سریال‌های DAC و ADC با اندازه کوچک و نسبتا ارزان، استفاده گسترده‌تری از روش‌های تبدیل گسسته پیوسته در علم و فناوری را ممکن می‌سازد.

سه نوع طراحی و فناوری DAC و ADC وجود دارد: ماژولار، هیبریدی و یکپارچه. در عین حال، سهم تولید مدارهای مجتمع (IC) DAC و ADC در کل حجم تولید آنها به طور مداوم در حال افزایش است که استفاده گسترده از ریزپردازنده ها و روش های پردازش داده های دیجیتال تا حد زیادی تسهیل می شود. DAC دستگاهی است که یک سیگنال آنالوگ خروجی (ولتاژ یا جریان) متناسب با سیگنال دیجیتال ورودی تولید می کند. در این حالت، مقدار سیگنال خروجی به مقدار ولتاژ مرجع U op بستگی دارد که مقیاس کامل سیگنال خروجی را تعیین می کند. اگر هر سیگنال آنالوگ به عنوان ولتاژ مرجع استفاده شود، سیگنال خروجی DAC متناسب با حاصلضرب دیجیتال ورودی و ورودی خواهد بود. آنالوگسیگنال ها در ADC، کد دیجیتال در خروجی با نسبت سیگنال آنالوگ ورودی تبدیل شده به سیگنال مرجع مربوط به مقیاس کامل تعیین می شود. اگر سیگنال مرجع طبق برخی قانون تغییر کند، این رابطه نیز برقرار است. یک ADC را می توان به عنوان یک نسبت متر یا تقسیم کننده ولتاژ با خروجی دیجیتال در نظر گرفت.

5.4.2. اصول عملکرد، عناصر اساسی و بلوک دیاگرام های ADC

در حال حاضر، تعداد زیادی از انواع ADC برای برآوردن نیازهای مختلف توسعه یافته است. در برخی موارد، نیاز غالب دقت بالا است، در برخی دیگر - سرعت تبدیل.

با توجه به اصل عملکرد، تمام انواع ADC های موجود را می توان به دو گروه تقسیم کرد: ADC ها با مقایسه سیگنال تبدیل شده ورودی با سطوح ولتاژ گسسته و ADC های نوع یکپارچه.

یک ADC با مقایسه سیگنال تبدیل شده ورودی با سطوح ولتاژ گسسته از یک فرآیند تبدیل استفاده می کند که ماهیت آن تولید ولتاژی با سطوح معادل کدهای دیجیتال مربوطه و مقایسه این سطوح ولتاژ با ولتاژ ورودی به منظور تعیین است. معادل دیجیتال سیگنال ورودی در این حالت، سطوح ولتاژ می تواند به طور همزمان، متوالی یا به صورت ترکیبی تشکیل شود.

ADC شمارش سریالبا ولتاژ دندانه اره پله ای یکی از ساده ترین مبدل ها است (شکل 5.12).

با سیگنال "شروع"، شمارنده در حالت صفر تنظیم می شود، پس از آن، با رسیدن پالس های ساعت به ورودی آن با فرکانس f tولتاژ خروجی DAC به صورت خطی در مراحل افزایش می یابد.

هنگامی که ولتاژ خروجی U به مقدار U در می رسد، مدار مقایسه شمارش پالس ها را در شمارنده SC متوقف می کند و کد خروجی های دومی به رجیستر حافظه وارد می شود. ظرفیت و قدرت تفکیک چنین ADC هایی با ظرفیت و وضوح DAC مورد استفاده در ترکیب آن تعیین می شود. زمان تبدیل بستگی به سطح ولتاژ ورودی برای تبدیل دارد. برای یک ولتاژ ورودی متناظر با مقدار مقیاس کامل، MF باید پر شود و در همان زمان باید یک کد مقیاس کامل در ورودی DAC ایجاد کند. این به زمان تبدیل DAC n بیتی (2 n - 1) برابر دوره ساعت نیاز دارد. برای تبدیل سریع آنالوگ به دیجیتال، استفاده از چنین ADC غیرعملی است.

که در ردیابی ADC(شکل 5.13) جمع کننده Cch با یک شمارنده برگشت پذیر Rch جایگزین شده است تا تغییر ولتاژ ورودی را پیگیری کند. سیگنال خروجی CV بسته به اینکه ولتاژ ورودی ADC از ولتاژ خروجی DAC بیشتر باشد یا خیر، جهت شمارش را تعیین می کند.

قبل از شروع اندازه گیری، RF به حالت مربوط به وسط مقیاس (01 ... 1) تنظیم می شود. اولین چرخه تبدیل ADC ردیابی مشابه چرخه تبدیل در ADC شمارش متوالی است. در آینده، چرخه های تبدیل به طور قابل توجهی کاهش می یابد، زیرا این ADC زمان دارد تا انحرافات کوچک سیگنال ورودی را در چندین دوره ساعت ردیابی کند، بسته به علامت عدم تطابق بین جریان، تعداد پالس های ثبت شده در RFC را افزایش یا کاهش دهد. مقدار ولتاژ تبدیل شده Uin و ولتاژ خروجی DAC.

SAR ADC (تعادل بیتی)به دلیل اجرای نسبتاً ساده خود در حالی که وضوح، دقت و سرعت بالا را تضمین می کنند، وسیع ترین توزیع را یافته اند، در مقایسه با ADC هایی که روش تبدیل موازی را پیاده سازی می کنند، سرعت کمی پایین تر، اما وضوح بسیار بالاتری دارند.

برای افزایش سرعت، یک توزیع کننده پالس RI و یک ثبات تقریبی متوالی به عنوان یک دستگاه کنترل استفاده می شود. مقایسه ولتاژ ورودی با ولتاژ مرجع (ولتاژ فیدبک DAC) با شروع از مقدار مربوط به مهم ترین بیت کد باینری تولید شده انجام می شود.

هنگام راه اندازی ADC با کمک RI، RPP به حالت اولیه خود تنظیم می شود:

1000 . . .0. در همان زمان، یک ولتاژ مربوط به نیمی از محدوده تبدیل در خروجی DAC تولید می شود که با روشن کردن مهم ترین بیت آن تضمین می شود. اگر سیگنال ورودی کمتر از سیگنال DAC باشد، کد 0100 در ورودی های دیجیتال DAC در چرخه بعدی با استفاده از DAC تولید می شود. . 0، که مربوط به گنجاندن رده دوم ارشد است. در نتیجه سیگنال خروجی DAC نصف می شود.

اگر سیگنال ورودی از سیگنال DAC بیشتر شود، در چرخه بعدی، کد 0110 ... 0 در ورودی های دیجیتال DAC تولید می شود و بیت 3 اضافی روشن می شود. در این حالت، ولتاژ خروجی DAC که یک و نیم برابر افزایش یافته است، دوباره با ولتاژ ورودی و غیره مقایسه می شود. روال شرح داده شده تکرار می شود. nبارها (جایی که nتعداد بیت های ADC است).

در نتیجه، خروجی DAC ولتاژی تولید می‌کند که بیش از یک LSB از DAC با ورودی متفاوت نیست. نتیجه تبدیل از خروجی RPP گرفته شده است.

مزیت این مدار امکان ساخت مبدل های چند بیتی (تا 12 بیت و بیشتر) با سرعت نسبتا بالا (با زمان تبدیل مرتبه چند صد نانوثانیه) است.

در ADC خواندن مستقیم (نوع موازی)(شکل 5.15) سیگنال ورودی به طور همزمان به ورودی های تمام VF ها اعمال می شود. مترکه با ظرفیت ADC تعیین می شود و برابر m = 2 n - 1 است که n تعداد بیت های ADC است. در هر KN، سیگنال با یک ولتاژ مرجع مطابق با وزن یک تخلیه خاص مقایسه می شود و از گره های یک تقسیم کننده مقاومتی که توسط یک یون تغذیه می شود، گرفته می شود.

سیگنال های خروجی CV توسط یک رمزگشای منطقی پردازش می شوند که یک کد موازی تولید می کند که معادل دیجیتال ولتاژ ورودی است. چنین ADCهایی بالاترین عملکرد را دارند. عیب چنین ADC هایی این است که با افزایش عمق بیت، تعداد عناصر مورد نیاز تقریبا دو برابر می شود که ساخت ADC های چند بیتی از این نوع را دشوار می کند. دقت تبدیل توسط دقت و پایداری KN ​​و تقسیم‌کننده مقاومت محدود می‌شود. برای افزایش عمق بیت در سرعت بالا، ADC های دو مرحله ای پیاده سازی می شوند، در حالی که بیت های مرتبه پایین کد خروجی از خروجی های مرحله دوم LN حذف می شوند و بیت های بالاتر از خروجی های LN حذف می شوند. مرحله اول

ADC با مدولاسیون عرض پالس (یکپارچه سازی یک طرفه)

مشخصه ADC این است که سطح سیگنال آنالوگ ورودی Uin به یک پالس تبدیل می شود که مدت زمان آن t imp تابعی از مقدار سیگنال ورودی است و با شمارش تعداد دوره های فرکانس مرجع دیجیتالی می شود. بین ابتدا و انتهای نبض قرار می گیرد. ولتاژ خروجی یکپارچه ساز تحت عمل اتصال

مقدار آن به ورودی آن U op با سرعت از سطح صفر تغییر می کند

در لحظه ای که ولتاژ خروجی انتگرال برابر با ولتاژ ورودی U در می شود، CV راه اندازی می شود، در نتیجه شکل گیری مدت زمان پالس به پایان می رسد، که طی آن تعداد دوره های فرکانس مرجع در شمارش می شود. شمارنده های ADC مدت زمان پالس با زمانی تعیین می شود که در طی آن ولتاژ خروجی U از صفر به U در موارد زیر تغییر می کند:

مزیت این مبدل در سادگی آن است و معایب آن سرعت نسبتا پایین و دقت پایین آن است.

1. دستگاه، اصل کار و کاربرد چیست:

الف) مبدل های فوتوالکتریک؛

مبدل های فتوولتائیک آنهایی هستند که در آنها سیگنال خروجی بسته به شار نوری که روی مبدل وارد می شود تغییر می کند. مبدل های فتوولتائیک یا همانطور که در ادامه به آنها می گوییم فتوسل به سه نوع تقسیم می شوند:

1) فتوسل با اثر فوتوالکتریک خارجی

آنها سیلندرهای شیشه ای کروی شکل خلاء یا پر از گاز هستند که روی سطح داخلی آن لایه ای از مواد حساس به نور اعمال می شود و یک کاتد را تشکیل می دهد. آند به شکل حلقه یا شبکه ای از سیم نیکل ساخته می شود. در حالت تاریک، جریان تیره ای از فتوسل در نتیجه گسیل ترمیونی و نشت بین الکترودها عبور می کند. نور کاتد در هنگام روشن شدن، الکترون ها را تحت تأثیر فوتون های نور تقلید می کند. اگر ولتاژی بین آند و کاتد اعمال شود، این الکترون ها یک جریان الکتریکی تشکیل می دهند. هنگامی که نور یک فتوسل موجود در یک مدار الکتریکی تغییر می کند، جریان نوری در این مدار مطابق با آن تغییر می کند.

2) فتوسل با اثر فوتوالکتریک داخلی

آنها یک صفحه نیمه هادی همگن با تماس هایی هستند، به عنوان مثال، از سلنید کادمیوم ساخته شده است، که مقاومت آن را تحت تأثیر شار نور تغییر می دهد. اثر فوتوالکتریک داخلی شامل ظهور الکترون‌های آزاد است که توسط کوانتوم‌های نوری از مدارهای الکترونیکی اتم‌ها که در داخل ماده آزاد می‌مانند، حذف می‌شوند. ظهور الکترون های آزاد در یک ماده، مانند یک نیمه هادی، معادل کاهش مقاومت الکتریکی است. مقاومت نوری دارای حساسیت بالا و مشخصه جریان-ولتاژ خطی (CVC) می باشد. مقاومت آنها به ولتاژ اعمال شده بستگی ندارد.

3) مبدل های فتوولتائیک.

این مبدل ها نیمه هادی های فعال حساس به نور هستند که با جذب نور، به دلیل اثرات فوتوالکتریک در لایه مانع، الکترون های آزاد و EMF ایجاد می کنند.

فتودیود (PD) می تواند در دو حالت کار کند - فتودیود و ژنراتور (شیر). فوتوترانزیستور - یک گیرنده نیمه هادی انرژی تابشی با دو یا چند اتصال p - "، که در آن یک فوتودیود و یک تقویت کننده جریان نوری ترکیب می شوند.

ترانزیستورهای نوری مانند فوتودیودها برای تبدیل سیگنال های نور به سیگنال های الکتریکی استفاده می شوند.

ب) مبدل های خازنی؛

مبدل خازنی خازنی است که ظرفیت آن تحت تأثیر کمیت غیر الکتریکی اندازه گیری شده تغییر می کند. به عنوان یک مبدل خازنی، از یک خازن تخت به طور گسترده استفاده می شود، که ظرفیت آن را می توان با فرمول C \u003d e0eS / 5 بیان کرد، که e0 ثابت دی الکتریک هوا است (e0 \u003d 8.85 10 "12F / m؛ e است گذردهی نسبی محیط بین صفحات خازن؛ ناحیه رو به S؛ 5-فاصله بین روکش ها)

از آنجایی که کمیت غیر الکتریکی اندازه گیری شده می تواند از نظر عملکردی با هر یک از این پارامترها مرتبط باشد، طراحی مبدل های خازنی بسته به کاربرد می تواند بسیار متفاوت باشد. برای اندازه گیری سطوح بدنه های مایع و دانه ای، از خازن های استوانه ای یا تخت استفاده می شود. برای اندازه گیری جابجایی های کوچک، نیروها و فشارهای با تغییر سریع - مبدل های خازنی دیفرانسیل با شکاف متغیر بین صفحات. اصل استفاده از مبدل های خازنی برای اندازه گیری کمیت های غیر الکتریکی مختلف را در نظر بگیرید.

ج) مبدل های حرارتی؛

مبدل حرارتی یک هادی یا نیمه هادی حامل جریان با ضریب دمای بالا است که در تبادل حرارت با محیط است. روش های مختلفی برای تبادل حرارت وجود دارد: همرفت. هدایت حرارتی محیط؛ هدایت حرارتی خود هادی؛ تابش - تشعشع.

شدت تبادل حرارت بین هادی و محیط به عوامل زیر بستگی دارد: سرعت گاز یا محیط مایع. خواص فیزیکی محیط (چگالی، هدایت حرارتی، ویسکوزیته)؛ دمای محیط؛ ابعاد هندسی هادی این وابستگی دمای هادی و در نتیجه مقاومت آن به عوامل ذکر شده می تواند

برای اندازه گیری مقادیر مختلف غیرالکتریکی که یک محیط گاز یا مایع را مشخص می کنند استفاده می شود: دما، سرعت، غلظت، چگالی (خلاء).

د) مبدل های یونیزاسیون؛

مبدل های یونیزاسیون چنین مبدل هایی هستند که در آنها کمیت غیر الکتریکی اندازه گیری شده از نظر عملکردی با جریان هدایت الکترونیکی و یونی محیط گازی مرتبط است. جریان الکترون‌ها و یون‌ها در مبدل‌های یونیزاسیون یا با یونیزاسیون محیط گاز تحت تأثیر یک یا آن عامل یونیزه‌کننده یا با انتشار حرارتی یا با بمباران مولکول‌های محیط گاز با الکترون‌ها و غیره به دست می‌آید.

عناصر اجباری هر مبدل یونیزاسیون یک منبع و یک گیرنده تابش هستند.

ه) مبدل های رئوستات؛

مبدل رئوستات رئوستاتی است که موتور آن تحت تأثیر کمیت غیر الکتریکی اندازه گیری شده حرکت می کند. یک سیم با گام یکنواخت روی یک قاب ساخته شده از مواد عایق پیچیده می شود. عایق سیم در لبه بالایی قاب جدا می شود و قلم مو روی فلز می لغزد. برس اضافی روی حلقه لغزنده می لغزد. هر دو برس از غلتک درایو جدا شده اند. مبدل‌های رئوستاتیک هم با سیم پیچی روی قاب و هم از نوع ریوکورد ساخته می‌شوند. از نیکروم، منگنین، کنستانتان و ... به عنوان مواد سیم استفاده می شود.در موارد بحرانی که نیاز به مقاومت در برابر سایش سطوح تماس بسیار زیاد است یا فشار تماس بسیار کم است، از آلیاژهای پلاتین با ایریدیوم، پالادیوم و ... استفاده می شود. سیم رئوستات باید با مینا یا لایه ای از اکسیدها پوشانده شود تا پیچ های مجاور از یکدیگر جدا شوند. موتورها از دو یا سه سیم (پلاتین با ایریدیوم) با فشار تماس 0.003 ... 0.005 نیوتن یا لایه ای (نقره، فسفر برنز) با نیروی 0.05 ... 0.1 نیوتن ساخته شده اند. سطح تماس سیم زخمی جلا داده شده است؛ عرض سطح تماس برابر با دو یا سه قطر سیم است. قاب مبدل رئواستاتیک از پارچه‌های پارچه‌ای، پلاستیکی یا آلومینیومی با پوشش لاک عایق یا فیلم اکسید ساخته شده است. شکل قاب ها متنوع است. راکتانس مبدل‌های رئوستات بسیار کم است و معمولاً می‌توان در فرکانس‌های محدوده صوتی از آن غفلت کرد.

مبدل های رئوستاتیک می توانند برای اندازه گیری شتاب ارتعاش و جابجایی ارتعاش با محدوده فرکانس محدود استفاده شوند.

و) مبدل های کرنش سنج.

مبدل کرنش سنج (استرین گیج) رسانایی است که مقاومت خود را در طول تغییر شکل کششی یا فشاری تغییر می دهد. طول هادی / و سطح مقطع S با تغییر شکل آن تغییر می کند. این تغییر شکل های شبکه کریستالی منجر به تغییر در مقاومت هادی p و در نتیجه تغییر در مقاومت کل می شود.

کاربرد: برای اندازه‌گیری تغییر شکل‌ها و تنش‌های مکانیکی، و همچنین سایر کمیت‌های مکانیکی استاتیکی و دینامیکی که متناسب با تغییر شکل یک عنصر الاستیک کمکی (چشمه)، مانند مسیر، شتاب، نیرو، خمش یا گشتاور، فشار گاز یا مایع، و غیره. این مقادیر اندازه گیری شده را می توان برای تعیین کمیت های مشتق شده مانند جرم (وزن)، سطوح پر شدن مخازن و غیره استفاده کرد. برای اندازه گیری کرنش های نسبی از 0.005 ... 0.02 تا 1.5 ... 2% از کرنش سنج های سیمی مبتنی بر کاغذ و همچنین کرنش سنج های فویل و فیلم استفاده می شود. برای اندازه گیری کرنش های تا 6...10% می توان از کرنش سنج های سیم رایگان استفاده کرد. کرنش سنج ها عملا بدون اینرسی هستند و در محدوده فرکانس 0...100 کیلوهرتز استفاده می شوند.

g) مبدل های القایی.

مبدل های اندازه گیری القایی برای تبدیل موقعیت (جابجایی) به سیگنال الکتریکی طراحی شده اند. آنها فشرده ترین، مقاوم ترین مبدل های اندازه گیری، مقاوم در برابر نویز، قابل اعتماد و مقرون به صرفه برای حل مشکلات اندازه گیری خودکار ابعاد خطی در مهندسی مکانیک و ابزار دقیق هستند.

مبدل القایی از محفظه ای تشکیل شده است که در آن یک دوک بر روی راهنماهای نورد قرار می گیرد که در انتهای جلویی آن یک نوک اندازه گیری و در عقب - یک آرمیچر وجود دارد. راهنما توسط یک کاف لاستیکی از تأثیرات خارجی محافظت می شود. آرمیچر متصل به دوک در داخل سیم پیچ ثابت در بدنه قرار دارد. به نوبه خود، سیم پیچ های سیم پیچ به طور الکتریکی به کابل ثابت شده در محفظه متصل می شوند و توسط یک فنر مخروطی از پیچ خوردگی محافظت می شوند. در انتهای آزاد کابل یک کانکتور برای اتصال مبدل به دستگاه ثانویه وجود دارد. بدنه و دوک دوک از فولاد ضد زنگ سخت شده ساخته شده است. آداپتور اتصال آرمیچر به اسپیندل از آلیاژ تیتانیوم ساخته شده است. فنری که نیروی اندازه گیری را ایجاد می کند در مرکز قرار دارد که هنگام حرکت دوک اصطکاک را از بین می برد. این طراحی مبدل باعث کاهش خطای تصادفی و تغییرات در خوانش ها تا سطح کمتر از 0.1 میکرومتر می شود.

مبدل های القایی عمدتاً برای اندازه گیری جابجایی های خطی و زاویه ای استفاده می شوند.

h) مبدل های مغناطیسی الاستیک.

مبدل های مغناطیسی الاستیک نوعی مبدل الکترومغناطیسی هستند. آنها بر اساس پدیده تغییرات در نفوذپذیری مغناطیسی μ اجسام فرومغناطیسی بسته به تنش های مکانیکی σ ایجاد شده در آنها، مرتبط با عمل نیروهای مکانیکی P بر روی اجسام فرومغناطیسی (کششی، فشاری، خمشی، پیچشی) هستند. تغییر در نفوذپذیری مغناطیسی هسته فرومغناطیسی باعث تغییر در مقاومت مغناطیسی هسته RM می شود. تغییر در RM منجر به تغییر در اندوکتانس سیم پیچ واقع در هسته می شود. بنابراین، در مبدل مغناطیسی الاستیک، زنجیره تبدیل زیر را داریم:

P -> σ -> μ -> Rm -> L.

مبدل های مغناطیسی الاستیک می توانند دارای دو سیم پیچ (نوع ترانسفورماتور) باشند. تحت تأثیر نیرویی به دلیل تغییر در نفوذپذیری مغناطیسی، اندوکتانس متقابل M بین سیم پیچ ها و EMF القایی سیم پیچ ثانویه E تغییر می کند. مدار تبدیل در این حالت به شکلی است.

P -> σ -> μ -> Rm -> M -> E.

اثر تغییر خواص مغناطیسی مواد فرومغناطیسی تحت تأثیر تغییر شکل‌های مکانیکی را اثر مغناطیسی الاستیک می‌گویند.

مبدل های مغناطیسی الاستیک مورد استفاده قرار می گیرند:

برای اندازه گیری فشارهای بالا (بیشتر از 10 نیوتن بر میلی متر مربع یا 100 کیلوگرم بر سانتی متر مربع)، زیرا آنها مستقیماً فشار را درک می کنند و به مبدل های اضافی نیاز ندارند.

برای اندازه گیری قدرت در این مورد، حد اندازه گیری دستگاه توسط مساحت مبدل مغناطیسی الاستیک تعیین می شود. این مبدل‌ها در اثر نیرو تغییر شکل می‌دهند. بله، در ل= 50 میلی متر، △ 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 .

i) مبدل های مقاومت الکترولیتی؛

مبدل های الکترولیتی نوعی مبدل الکتروشیمیایی هستند. در حالت کلی، مبدل الکتروشیمیایی یک سلول الکترولیتی پر از محلولی با الکترودهایی است که در آن قرار داده شده است، که تبدیل کننده مبدل را به یک مدار اندازه گیری تبدیل می کند. به عنوان یک عنصر از یک مدار الکتریکی، یک سلول الکترولیتی را می توان با EMF که ایجاد می کند، افت ولتاژ از جریان عبوری، مقاومت، ظرفیت خازنی و اندوکتانس مشخص کرد. با برجسته کردن رابطه بین این پارامترهای الکتریکی و کمیت غیرالکتریکی اندازه‌گیری شده و همچنین سرکوب اثر عوامل دیگر، می‌توان مبدل‌هایی برای اندازه‌گیری ترکیب و غلظت رسانه‌های مایع و گاز، فشارها، جابجایی‌ها، سرعت‌ها، ایجاد کرد. شتاب ها و مقادیر دیگر پارامترهای الکتریکی سلول به ترکیب محلول و الکترودها، تبدیلات شیمیایی در سلول، دما، سرعت حرکت محلول و غیره بستگی دارد. رابطه بین پارامترهای الکتریکی مبدل های الکتروشیمیایی و کمیت های غیر الکتریکی تعیین می شود طبق قوانین الکتروشیمی

اصل کار مبدل های الکترولیتی بر اساس وابستگی مقاومت یک سلول الکترولیتی به ترکیب و غلظت الکترولیت و همچنین به ابعاد هندسی سلول است. مقاومت ستون مایع مبدل الکترولیتی:

R = ρh/S = k/૪

که در آن ૪= 1/ρ رسانایی ویژه الکترولیت است. k - ثابت مبدل، بسته به نسبت ابعاد هندسی آن، معمولاً به صورت تجربی تعیین می شود.