Transducteurs de mesure paramétriques. Convertisseurs fonctionnels : mesure, paramétrique, générateur

Les principaux éléments des instruments de mesure les plus utilisés sont des transducteurs de mesure primaires, dont le but est de convertir la grandeur physique mesurée (quantité d'entrée) en un signal d'information de mesure (quantité de sortie), généralement électrique, pratique pour un traitement ultérieur.

Les convertisseurs primaires sont divisés en convertisseurs paramétriques et générateurs. Dans les convertisseurs paramétriques, la valeur de sortie représente un changement dans n'importe quel paramètre du circuit électrique (résistance, inductance, capacité, etc.) ; dans les convertisseurs générateurs, la valeur de sortie est la force électromotrice, le courant électrique ou la charge résultant de l'énergie de la valeur mesurée. valeur.

Il existe une grande classe de transducteurs de mesure dont les grandeurs d'entrée sont la pression, la force ou le couple. En règle générale, dans ces transducteurs, la grandeur d'entrée agit sur un élément élastique et provoque sa déformation, qui est ensuite transformée soit en un signal perçu par les observateurs (dispositifs indicateurs mécaniques), soit en un signal électrique.

Dans une large mesure, les propriétés inertielles du convertisseur sont déterminées par la fréquence propre de l'élément élastique : plus elle est élevée, moins le convertisseur est inertiel. La valeur maximale de ces fréquences lors de l'utilisation d'alliages structurels est de 50...100 kHz. Les matériaux cristallins (quartz, saphir, silicium) sont utilisés pour fabriquer des éléments élastiques de transducteurs particulièrement précis.

Les convertisseurs résistifs sont des convertisseurs paramétriques dont la valeur de sortie est un changement de résistance électrique, qui peut être provoqué par l'influence de grandeurs de diverses natures physiques - mécaniques, thermiques, lumineuses, magnétiques, etc.

Un convertisseur potentiométrique est un rhéostat dont le moteur se déplace sous l'influence de la valeur mesurée (valeur d'entrée). La quantité de sortie est la résistance.

Les transducteurs potentiométriques sont utilisés pour mesurer la position d'éléments de commande (linéaires et angulaires), dans des jauges de niveau, dans des capteurs (par exemple de pression) pour mesurer la déformation d'un élément sensible élastique. L'avantage des convertisseurs potentiométriques est un signal de sortie important, la stabilité des caractéristiques métrologiques, une grande précision et une erreur de température insignifiante. Le principal inconvénient est la plage de fréquences étroite (plusieurs dizaines de hertz).

Le fonctionnement des jauges de contrainte repose sur l'évolution de la résistance des conducteurs et semi-conducteurs lors de leur déformation mécanique (effet de déformation). Une jauge de contrainte en fil (ou en feuille) est un fil mince plié en forme de zigzag d'un diamètre de 0,02 à 0,05 mm ou un ruban en aluminium d'une épaisseur de 4 à 12 microns (grille), qui est collé à un substrat. en matériau isolant électrique. Des conducteurs de sortie en cuivre sont connectés aux extrémités de la grille. Les transducteurs, étant collés à la pièce, perçoivent la déformation de sa couche superficielle.

En règle générale, lors de la mesure de déformations et de contraintes dans des pièces et des structures, il n'est pas possible de calibrer les canaux de mesure et l'erreur de mesure est de 2...10 %. Dans le cas de l'utilisation de jauges de contrainte dans les transducteurs de mesure primaires, l'erreur peut être réduite à 0,5...1 % par étalonnage. Le principal inconvénient des jauges de contrainte de ce type est le faible signal de sortie.

Pour mesurer les petites déformations des éléments sensibles élastiques des transducteurs de mesure, des jauges de contrainte à semi-conducteur cultivées directement sur un élément élastique en silicium ou en saphir sont utilisées.

Lors de la mesure de déformations dynamiques avec une fréquence allant jusqu'à 5 kHz, des jauges de contrainte à fil ou à feuille avec une base ne dépassant pas 10 mm doivent être utilisées et leur déformation maximale ne doit pas dépasser 0,1 % (0,02 % pour celles à semi-conducteurs).

L'action des transducteurs piézoélectriques repose sur l'apparition de charges électriques lors de la déformation du cristal (effet piézoélectrique direct).

Les transducteurs piézoélectriques offrent la possibilité de mesurer des quantités rapidement variables (la fréquence propre des transducteurs atteint 200 kHz), sont très fiables et ont des dimensions et un poids réduits. Le principal inconvénient est la difficulté de mesurer des quantités qui changent lentement et d'effectuer un étalonnage statique en raison des fuites électriques de la surface du cristal.

Un convertisseur électrostatique peut être représenté schématiquement comme deux électrodes (plaques) d'aire F, parallèles situées à une distance d dans un milieu de constante diélectrique e.

Généralement, ces convertisseurs sont conçus de telle manière que leur valeur de sortie est un changement de capacité (dans ce cas, ils sont appelés capacitifs), et les valeurs d'entrée peuvent être des mouvements mécaniques qui modifient l'espace d ou la zone F, ou un modification de la constante diélectrique du milieu e en raison de changements de sa température, de sa composition chimique, etc.

En plus de la capacité, la FEM est utilisée comme valeur de sortie des convertisseurs électrostatiques. généré par le mouvement mutuel d'électrodes situées dans un champ électrique (mode générateur). Par exemple, les microphones à condensateur fonctionnent en mode générateur, convertissant l'énergie des vibrations acoustiques en énergie électrique.

L'avantage des convertisseurs électrostatiques est l'absence de bruit et d'auto-échauffement. Toutefois, afin de se protéger contre les perturbations, les lignes de connexion et les convertisseurs eux-mêmes doivent être soigneusement protégés.

Pour les convertisseurs inductifs, la valeur de sortie est un changement d'inductance et les valeurs d'entrée peuvent être des mouvements de pièces individuelles du convertisseur, entraînant une modification de la résistance du circuit magnétique, de l'inductance mutuelle entre les circuits, etc.

Les avantages des convertisseurs sont : la linéarité des caractéristiques, la faible dépendance du signal de sortie aux influences extérieures, aux chocs et aux vibrations ; haute sensibilité. Inconvénients - petit signal de sortie et nécessité d'une tension d'alimentation haute fréquence.

Le principe de fonctionnement des convertisseurs de fréquence de vibration est basé sur la modification de la fréquence naturelle d'une corde ou d'un chevalet fin lorsque sa tension change.

La grandeur d'entrée du convertisseur est la force mécanique (ou les grandeurs converties en force - pression, couple, etc.). qui est perçu par un élément élastique relié au cavalier.

L'utilisation de convertisseurs de fréquence de vibration est possible lors de la mesure de quantités constantes ou changeant lentement dans le temps (fréquence ne dépassant pas 100...150 Hz). Ils se distinguent par une grande précision et le signal de fréquence se caractérise par une immunité accrue au bruit.

Les convertisseurs optoélectriques utilisent les lois de propagation et d'interaction avec la matière des ondes électromagnétiques dans le domaine optique.

L'élément principal des convertisseurs sont les récepteurs de rayonnement. Les plus simples d'entre eux - les convertisseurs thermiques - sont conçus pour convertir toute l'énergie du rayonnement qui leur arrive en température (convertisseur intégré).

Divers convertisseurs photoélectriques, qui utilisent l'effet photoélectrique, sont également utilisés comme récepteurs de rayonnement. Les convertisseurs photoélectriques sont sélectifs, c'est-à-dire ils ont une sensibilité élevée dans une plage de longueurs d'onde relativement étroite. Par exemple, l'effet photoélectrique externe (l'émission d'électrons sous l'influence de la lumière) est utilisé dans les photocellules et photomultiplicateurs sous vide et remplis de gaz.

Une photocellule sous vide est un cylindre de verre sur la surface intérieure duquel est appliquée une couche de matériau photosensible, formant une cathode. L'anode est réalisée sous la forme d'un anneau ou d'un treillis de fil métallique. Lorsque la cathode est éclairée, un courant de photoémission apparaît. Les courants de sortie de ces éléments ne dépassent pas plusieurs microampères. Dans les photocellules remplies de gaz (des gaz inertes Ne, Ar, Kr, Xe sont utilisés pour le remplissage), le courant de sortie augmente de 5 à 7 fois en raison de l'ionisation du gaz par les photoélectrons.

Dans les photomultiplicateurs, l'amplification du photocourant primaire se produit à la suite de l'émission d'électrons secondaires - « éliminant » les électrons des cathodes secondaires (émetteurs) installées entre la cathode et l'anode. Le gain total dans les tubes photomultiplicateurs à plusieurs étages peut atteindre des centaines de milliers et le courant de sortie peut atteindre 1 mA. Des photomultiplicateurs et des éléments à vide peuvent être utilisés pour mesurer des quantités qui changent rapidement, car le phénomène de photoémission est pratiquement sans inertie.

Mesure de pression

Pour mesurer la pression totale ou statique, des récepteurs spéciaux avec des trous de réception sont placés dans le flux, qui sont reliés par des tubes de petit diamètre (lignes pneumatiques) aux transducteurs primaires ou instruments de mesure correspondants.

Le récepteur de pression totale le plus simple est un tube cylindrique avec une extrémité coupée perpendiculairement, courbée à angle droit et orientée vers le flux. Pour réduire la sensibilité du récepteur à la direction du flux (par exemple, lors de mesures dans des flux avec un léger tourbillon), des conceptions spéciales de récepteur sont utilisées. Par exemple, les récepteurs de pression totale avec débit (Fig. 3.3) se caractérisent par une erreur de mesure ne dépassant pas 1 % à des angles de biseau allant jusqu'à 45° au nombre de Mach.<0,8.

Lors de la mesure des pressions statiques à proximité des parois des canaux, des trous de réception d'un diamètre de 0,5...1 mm sont pratiqués directement dans les parois (trous de drainage). Il ne doit y avoir aucune irrégularité dans la zone de drainage et les bords des trous ne doivent pas présenter de bavures. Ce type de mesure est très courant lors de l'étude des débits dans les canalisations et canaux des chambres de combustion, des diffuseurs et des tuyères.

Riz. 3.3. Schéma du récepteur de pression complet :

Riz. 3.4. Schéma du récepteur de pression statique :

a - en forme de coin ;

b - disque ;

c - En forme de L pour les mesures à M £ 1,5

Pour mesurer les pressions statiques dans un écoulement, des récepteurs en forme de coin et à disque sont utilisés, ainsi que des récepteurs en forme de tubes en forme de L (Fig. 3.4) avec des trous de réception situés sur la surface latérale. Ces récepteurs fonctionnent bien à des vitesses subsoniques et supersoniques faibles.

Pour étudier la répartition des pressions dans les sections transversales des canaux, les peignes de pression totale et statique contenant plusieurs récepteurs, ou les peignes combinés comportant un récepteur à la fois de pression totale et de pression statique, se sont généralisés. Lors de la réalisation de mesures dans des écoulements à structure d'écoulement complexe (chambres de combustion, canaux inter-aubes de turbomachines), on utilise des récepteurs de pression orientables et non orientables, qui permettent de déterminer les valeurs des pressions totales et statiques et la direction du vecteur vitesse. Les premiers d'entre eux sont conçus pour les mesures dans des écoulements bidimensionnels, et leur conception permet, en tournant, d'installer le récepteur dans une certaine position par rapport au vecteur vitesse d'écoulement local.

Les récepteurs non orientables sont équipés de plusieurs trous de réception (5...7), qui sont pratiqués dans les parois d'un cylindre ou d'une sphère de petit diamètre (3...10 mm) ou sont situés aux extrémités de tubes découpés à certains angles (diamètre 0,5...2 mm ), combinés en une seule unité structurelle (Fig. 3.5). Au fur et à mesure que le flux circule autour du récepteur, une certaine répartition de la pression se forme. À l'aide des valeurs de pression mesurées à l'aide des trous de réception et des résultats de l'étalonnage préliminaire du récepteur dans la soufflerie, les valeurs des pressions totales et statiques et la direction locale de la vitesse d'écoulement peuvent être déterminées.

À des vitesses d'écoulement supersoniques, des ondes de choc se produisent devant les récepteurs de pression, ce qui doit être pris en compte lors du traitement des résultats de mesure. Par exemple, à partir des valeurs mesurées de la pression statique p dans le flux et de la pression totale p*" derrière l'onde de choc directe, le nombre M peut être déterminé à l'aide de la formule de Rayleigh, puis la valeur de la pression totale dans le flux:

Lors des tests des moteurs et de leurs éléments, divers instruments sont utilisés pour mesurer la pression (aiguille de déformation, liquide, manomètres à enregistrement de groupe), permettant à l'opérateur de contrôler les modes de fonctionnement des objets expérimentaux. Les systèmes de mesure de l’information utilisent une variété de convertisseurs primaires. En règle générale, la pression, ou plutôt la différence de pression (par exemple entre mesurée et atmosphérique, entre pleine et statique, etc.), agit sur un élément sensible élastique (membrane) dont la déformation est convertie en un signal électrique. . Le plus souvent, des transducteurs inductifs et sensibles à la contrainte sont utilisés à cet effet lors de la mesure de pressions constantes et à évolution lente, ainsi que des transducteurs piézo-cristallins et inductifs lors de la mesure de pressions variables.

Riz. 3.5. Schéma d'un récepteur de pression à cinq canaux :

С x, С y, С z - composantes du vecteur vitesse ; p i - valeurs de pression mesurées

A titre d'exemple sur la Fig. La figure 3.6 montre le schéma du convertisseur Sapphire-22DD. Les transducteurs de ce type sont disponibles dans plusieurs modifications conçues pour mesurer la pression relative, la pression différentielle, le vide, la pression absolue, la pression relative et le vide dans diverses plages. L'élément sensible élastique est une membrane métallique 2 sur laquelle est soudée une membrane en saphir avec des jauges de contrainte en silicium pulvérisé. La différence de pression mesurée agit sur un bloc constitué de deux diaphragmes 5. Lorsque leur centre est déplacé, la force exercée par la tige 4 est transmise au levier 3, ce qui entraîne une déformation de la membrane 2 à l'aide de jauges de contrainte. Le signal électrique des jauges de contrainte entre dans l'unité électronique 4, où il est converti en un signal unifié - courant continu 0...5 ou 0...20 mA. Le convertisseur est alimenté par une source de 36 V CC.

Lors de la mesure de pressions variables (par exemple pulsées), il est conseillé de rapprocher le transducteur primaire le plus près possible du site de mesure, car la présence d'une conduite pneumatique introduit des changements significatifs dans la réponse amplitude-fréquence du système de mesure. Le nec plus ultra en ce sens est la méthode sans drain, dans laquelle des transducteurs de pression miniatures sont montés au ras de la surface qui s'écoule (paroi du canal, aube du compresseur, etc.). Les convertisseurs connus ont une hauteur de 1,6 mm et un diamètre de membrane de 5 mm. Des systèmes avec récepteurs de pression et guides d'ondes (l ~ 100 mm) (méthode de récepteurs de pression à distance) sont également utilisés, dans lesquels, pour améliorer la dynamique

caractéristiques, des liaisons acoustiques et électriques correctives sont utilisées.

Avec un grand nombre de points de mesure dans les systèmes de mesure, des commutateurs pneumatiques spéciaux à grande vitesse peuvent être utilisés, qui permettent une connexion alternée de plusieurs dizaines de points de mesure à un seul convertisseur.

Pour garantir une grande précision, il est nécessaire de surveiller périodiquement les instruments de mesure de pression dans les conditions de fonctionnement à l'aide de contrôleurs automatiques.

Mesure de température

Divers instruments de mesure sont utilisés pour mesurer les températures. Un thermomètre thermoélectrique (thermocouple) est constitué de deux conducteurs constitués de matériaux différents, reliés (soudés ou brasés) l'un à l'autre aux extrémités (jonctions). Si les températures des jonctions sont différentes, alors un courant circulera dans le circuit sous l'influence d'une force thermoélectromotrice dont la valeur dépend du matériau des conducteurs et des températures des jonctions. Lors des mesures, en règle générale, l'une des jonctions est contrôlée thermostatiquement (de la glace fondante est utilisée à cet effet). Ensuite, la force électromotrice du thermocouple sera uniquement liée à la température de la jonction « chaude ».

Des conducteurs différents peuvent être inclus dans un circuit thermoélectrique. Dans ce cas, la FEM résultante ne changera pas si tous les joints sont à la même température. Cette propriété est à la base de l'utilisation de fils dits d'extension (Fig. 3.7), qui sont connectés à des thermoélectrodes de longueur limitée, et de tels De cette manière, des économies sur des matériaux coûteux sont réalisées. Dans ce cas, il est nécessaire d'assurer l'égalité des températures aux points de connexion des rallonges (Tc) et l'identité thermoélectrique à leur thermocouple principal dans la plage des changements possibles de températures Tc et T0 (généralement pas plus de 0.. .200°C). Dans l'utilisation pratique des thermocouples, il peut arriver que la température T0 soit différente de 0°C. Ensuite, pour tenir compte de cette circonstance, la force électromotrice du thermocouple doit être déterminé comme E=E meas +DE(T 0) et utiliser la dépendance d’étalonnage pour trouver la valeur de température. Ici, Emeas est la valeur mesurée de la FEM ; DE(T 0) – Valeur EMF correspondant à la valeur de T 0 et déterminée à partir de la dépendance d'étalonnage. Les dépendances d'étalonnage des thermocouples sont obtenues à la température des soudures « froides » T0 égale à 0°C. Ces dépendances sont quelque peu différentes des dépendances linéaires. A titre d'exemple sur la Fig. La figure 3.8 montre la dépendance à l'étalonnage pour un thermocouple platine-rhodium-platine.

Certaines caractéristiques des thermocouples les plus courants sont données dans le tableau. 3.1.

En pratique, les thermocouples les plus courants sont ceux dont le diamètre d'électrode est compris entre 0,2 et 0,5 mm. L'isolation électrique des électrodes est obtenue en les enveloppant avec du fil d'amiante ou de silice, suivi d'une imprégnation avec un vernis résistant à la chaleur, en plaçant les thermoélectrodes dans des tubes en céramique ou en enfilant des morceaux de ces tubes (« perles ») sur celles-ci. Les thermocouples de type câble se sont répandus, constitués de deux thermoélectrodes placées dans une coque à paroi mince en acier résistant à la chaleur. Pour isoler les thermoélectrodes, la cavité interne de la coque est remplie de poudre de MgO ou Al 2 O 3. Le diamètre extérieur de la coque est de 0,5 à 6 mm.

Tableau 3.1

Pour mesurer correctement la température des éléments structurels, les thermocouples doivent être intégrés de manière à ce que la soudure chaude et les thermoélectrodes à proximité ne dépassent pas au-dessus de la surface et que les conditions de transfert de chaleur depuis la surface thermométrée ne soient pas perturbées en raison de l'installation de le thermocouple. Pour réduire l'erreur de mesure due à la sortie (ou à l'entrée) de chaleur de la jonction chaude le long des thermoélectrodes en raison de la conductivité thermique, les thermoélectrodes à une certaine distance près de la jonction (7...10 mm) doivent être posées approximativement le long des isothermes. . Le schéma de câblage d'un thermocouple répondant aux exigences spécifiées est illustré à la Fig. 3.9. La pièce présente une rainure de 0,7 mm de profondeur dans laquelle sont placées la jonction et les thermoélectrodes adjacentes ; la jonction est soudée à la surface par soudage par contact ; la rainure est recouverte d'une feuille de 0,2...0,3 mm d'épaisseur.

Les électrodes thermiques sont retirées des cavités internes du moteur ou de ses composants via des raccords. Dans ce cas, il faut s'assurer que les thermoélectrodes ne perturbent pas trop la structure fluidique et que leur isolation ne soit pas endommagée par frottement entre elles et contre les arêtes vives de la structure.

Lors de la mesure des températures des éléments rotatifs, les lectures des thermocouples sont obtenues à l'aide de collecteurs de courant à brosse ou au mercure. Des collecteurs de courant sans contact sont également en cours de développement.

Les schémas des thermocouples utilisés pour mesurer la température du flux de gaz sont présentés sur la Fig. 3.10. La soudure chaude 1 est une sphère de diamètre d 0 (les thermoélectrodes peuvent également être soudées bout à bout) ; les thermoélectrodes 2 à proximité de la jonction sont fixées dans un tube céramique isolant à deux canaux 3, puis retirées du boîtier 4. Sur la figure, le boîtier 4 est représenté comme étant refroidi par eau (le refroidissement est nécessaire lors de la mesure de températures supérieures à 1 300...1 500 K ), l'eau de refroidissement est amenée et évacuée par les raccords 5 .

À des températures de gaz élevées, des erreurs méthodologiques surviennent en raison de l'évacuation de la chaleur de la jonction due à la conductivité thermique à travers les thermoélectrodes jusqu'au corps du thermocouple et au rayonnement dans l'environnement. Les pertes de chaleur dues à la conductivité thermique peuvent être presque complètement éliminées en veillant à ce que le surplomb du tube isolant soit égal à 3...5 de ses diamètres.

Pour réduire l'évacuation de la chaleur par rayonnement, un blindage des thermocouples est utilisé (Fig. 3.10, b, c). Cela protège également la jonction des dommages, et la décélération du flux à l'intérieur du tamis contribue à augmenter le coefficient de récupération de température lors de la mesure dans des flux à grande vitesse.

Une méthode a également été développée pour déterminer la température du gaz à partir des lectures de deux thermocouples ayant des thermoélectrodes de diamètre différent.

Riz. 3.9. Schéma de connexion du thermocouple pour mesurer la température des éléments de la chambre de combustion

Riz. 3.10. Circuits thermocouples pour mesurer la température du gaz :

a - thermocouple à jonction ouverte : b, c - thermocouples blindés ; g - thermocouple à double jonction ; 1 - jonction : 2 – thermoélectrodes ; 3 - tube en céramique ; 4 - corps; 5 - raccords pour l'alimentation en eau et l'évacuation

diamètre (Fig. 3.10, d), permettant de prendre en compte l'évacuation de la chaleur par rayonnement.

L'inertie des thermocouples dépend de la conception. Ainsi, la constante de temps varie de 1...2 s pour les thermocouples à jonction ouverte, à 3...5 s pour les thermocouples blindés.

Lors de l'étude des champs de température (par exemple derrière une turbine, une chambre de combustion, etc.), des peignes à thermocouples sont utilisés, et dans certains cas ils sont installés dans des tourelles rotatives, ce qui permet de déterminer de manière suffisamment détaillée la répartition de la température sur l'ensemble coupe transversale.

L'action d'un thermomètre à résistance repose sur la variation de la résistance du conducteur à mesure que la température change. Fil d'un diamètre de 0,05...0,1 mm, en cuivre (t=-50...+150°C), nickel (t=-50...200°C) ou platine (t=-200. ..500°С).

Le fil est enroulé autour du cadre et placé dans un étui. Les thermomètres à résistance sont très précis et fiables, mais ils se caractérisent par une forte inertie et ne conviennent pas à la mesure de températures locales. Les thermomètres à résistance permettent de mesurer la température de l'air à l'entrée du moteur, la température des carburants, des huiles, etc.

Les thermomètres à liquide utilisent la propriété de dilatation thermique du liquide. Le mercure (t=-30...+700°C), l'alcool (t=-100...+75°C), etc. sont utilisés comme fluides de travail. Les thermomètres à liquide sont utilisés pour mesurer la température des liquides et des gaz. médias dans des conditions de laboratoire. , ainsi que lors de l'étalonnage d'autres instruments.

Les méthodes optiques de mesure de la température sont basées sur les modèles de rayonnement thermique des corps chauffés. En pratique, trois types de pyromètres peuvent être mis en œuvre : les pyromètres à luminosité, dont le fonctionnement est basé sur une modification du rayonnement thermique d'un corps avec une température à une certaine longueur d'onde fixe ; des pyromètres couleur qui utilisent les changements de distribution d'énergie en fonction de la température dans une certaine partie du spectre de rayonnement ; pyromètres à rayonnement basés sur la dépendance en température de la quantité totale d'énergie émise par un corps.

Actuellement, lors des tests de moteurs, des pyromètres à luminosité basés sur des récepteurs photoélectriques d'énergie rayonnante ont été utilisés pour mesurer les températures des éléments structurels. À titre d'exemple, un schéma d'installation d'un pyromètre lors de la mesure de la température des aubes de turbine sur un moteur en marche est présenté sur la Fig. 32.11. En utilisant l'objectif 2, le « champ de vision » du transducteur principal est limité à une petite zone (5...6 mm). Le pyromètre « inspecte » le bord et une partie du dos de chaque lame. Le verre de protection 1, en saphir, protège la lentille de la contamination et de la surchauffe. Le signal est transmis via le guide de lumière 3 au photodétecteur. De par sa faible inertie, le pyromètre permet de contrôler la température de chaque pale.

Pour mesurer les températures des éléments structurels du moteur, des indicateurs de température de couleur (peintures thermiques ou thermovernis) peuvent être utilisés - des substances complexes qui, lorsqu'elles atteignent une certaine température (température de transition), changent brusquement de couleur en raison de l'interaction chimique des composants ou de la phase. transitions qui s'y produisent.

Riz. 3.11. Schéma d'installation du pyromètre sur le moteur :

(a) (1 - alimentation en air de soufflage ; 2 - convertisseur primaire) et circuit du convertisseur primaire

(b) (1 - verre de protection ; 2 - lentille ; 3 - guide de lumière)

Les peintures thermiques et les vernis thermiques, lorsqu'ils sont appliqués sur une surface dure, durcissent après séchage et forment un film mince qui peut changer de couleur à la température de transition. Par exemple, la peinture thermique blanche TP-560 devient incolore lorsque t=560 °C est atteinte.

Grâce aux indicateurs thermiques, vous pouvez détecter les zones de surchauffe dans les éléments du moteur, y compris dans les endroits difficiles d'accès. La complexité des mesures est faible. Cependant, leur utilisation est limitée, car il n'est pas toujours possible de déterminer dans quel mode la température maximale a été atteinte. De plus, la couleur de l'indicateur thermique dépend du temps d'exposition à la température. Par conséquent, les indicateurs thermiques, en règle générale, ne peuvent pas remplacer d'autres méthodes de mesure (par exemple, à l'aide de thermocouples), mais ils permettent d'obtenir des informations supplémentaires sur l'état thermique de l'objet étudié.

Le fonctionnement des transducteurs de mesure s'effectue dans des conditions difficiles, car l'objet de mesure est, en règle générale, un processus complexe et multiforme caractérisé par de nombreux paramètres, dont chacun agit sur le transducteur de mesure avec d'autres paramètres. Nous ne nous intéressons qu'à un seul paramètre, appelé quantité mesurable, et tous les autres paramètres du processus sont pris en compte ingérence. Par conséquent, chaque transducteur de mesure a son quantité d'apport naturel, ce qu'il perçoit mieux sur fond d'interférence. De la même manière, nous pouvons distinguer valeur de sortie naturelle transducteur de mesure.

Les convertisseurs de grandeurs non électriques en grandeurs électriques, du point de vue du type de signal à sa sortie, peuvent être divisés en générateurs qui produisent une charge, une tension ou un courant (quantité de sortie E = F (X) ou I = F (X) et résistance interne ZBH = const), et paramétrique avec résistance de sortie, inductance ou capacité changeant en fonction d'un changement de la valeur d'entrée (EMF E = 0 et la valeur de sortie sous la forme d'un changement de R, L ou C en fonction de X).

La différence entre générateur et convertisseurs paramétriques est due à leurs circuits électriques équivalents, qui reflètent des différences fondamentales dans la nature des phénomènes physiques utilisés dans les convertisseurs. Le convertisseur générateur est une source de signal électrique directement émis, et les modifications des paramètres du convertisseur paramétrique sont mesurées indirectement, par des modifications de courant ou de tension résultant de son inclusion obligatoire dans un circuit avec une source d'alimentation externe. Un circuit électrique directement connecté au transducteur paramétrique génère son signal. Ainsi, la combinaison du convertisseur paramétrique et du circuit électrique est la source du signal électrique.

Selon le phénomène physique sous-jacent au travail et le type de grandeur physique d'entrée, les générateurs et les convertisseurs paramétriques sont divisés en un certain nombre de variétés (Figure 2.3) :

Générateur - piézoélectrique,

Thermoélectrique, etc. ;

Résistif - à contacter,

Rhéostatique, etc. ;

Électromagnétique - à inductif,

Transformateur, etc

Selon le type de modulation, tous les IP sont divisés en deux grands groupes : amplitude et fréquence, temps, phase. Les trois dernières variétés ont beaucoup en commun et sont donc regroupées en un seul groupe.

Riz. 2.3. Classification des convertisseurs de mesure de grandeurs non électriques en grandeurs électriques.

2. De par la nature de la transformation, les grandeurs d'entrée :

Linéaire;

Non linéaire.

3. Selon le principe de fonctionnement du transducteur de mesure primaire (PMT), ils sont divisés en :

Générateur;

Paramétrique.

Le signal de sortie du générateur PIP est la force électromotrice, la tension, le courant et la charge électrique, fonctionnellement liés à la quantité mesurée, par exemple la force électromotrice d'un thermocouple.

Dans les PIP paramétriques, la grandeur mesurée provoque une modification proportionnelle des paramètres du circuit électrique : R, L, C.

Les générateurs comprennent :

Induction;

Piézoélectrique;

Certains types d'électrochimiques.

Alimentations résistives - convertir la valeur mesurée en résistance.

IP électromagnétique – converti en un changement d'inductance ou une induction mutuelle.

Alimentations capacitives – converti en un changement de capacité.

IP piézoélectrique – convertir la force dynamique en charge électrique.

IP galvanomagnétique – sur la base de l'effet Hall, ils convertissent le champ magnétique opérationnel en CEM.

IP thermique - la température mesurée est convertie en valeur de résistance thermique ou emf.

IP optoélectronique – convertir les signaux optiques en signaux électriques.

Pour les capteurs, les principales caractéristiques sont :

Plage de température de fonctionnement et erreur dans cette plage ;

Résistances d'entrée et de sortie généralisées ;

Fréquence de réponse.

Dans les applications industrielles, l'erreur des capteurs utilisés dans les processus de contrôle ne doit pas dépasser 1 à 2 %. Et pour les tâches de contrôle – 2 – 3 %.

2.1.3. Circuits de connexion pour transducteurs de mesure primaires

Les transducteurs de mesure primaires sont :

Paramétrique ;

Générateur.

Les circuits de commutation pour transducteurs de mesure primaires paramétriques sont divisés en :

Connexion série :

Commutation différentielle :

Avec un transducteur de mesure primaire ;

Avec deux transducteurs de mesure primaires ;

Circuits en pont :

Pont asymétrique asymétrique avec un bras actif ;

Chevalet symétrique déséquilibré à deux bras actifs ;

Chevalet symétrique déséquilibré à quatre bras actifs.

Les circuits de commutation pour les convertisseurs de mesure de générateur sont divisés en :

Séquentiel;

Différentiel;

Compensatoire.

Les générateurs n'ont pas besoin d'une source d'énergie, contrairement aux générateurs paramétriques. Très souvent, les générateurs peuvent être représentés comme une source de CEM et les paramétriques peuvent être représentés comme une résistance active ou réactive, dont la résistance change avec les changements de la valeur mesurée.

La commutation série et différentielle peut être appliquée aux alimentations paramétriques et génératrices. Régime de compensation – pour les producteurs. Chaussée - au paramétrique.

2.1.3.1. Schémas de connexion séquentielle de transducteurs de mesure paramétriques

Connexion en série d'un transducteur de mesure paramétrique (Fig. 2.4) :

Riz. 2.4. Connexion séquentielle d'une alimentation paramétrique.

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

- sensibilité à la tension ;

Sensibilité à la puissance ;

Riz. 2.5. Caractéristiques de sortie d'une alimentation connectée en série :

un vrai; b – idéal.

Connexion en série de deux transducteurs de mesure paramétrique (Fig. 2.6).

Figure 2.6. Connexion séquentielle de deux alimentations paramétriques.

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Les instruments de mesure électriques sont largement utilisés pour mesurer des quantités non électriques. Cela est devenu possible grâce à l'utilisation de convertisseurs spéciaux (Converters).

Les signaux de sortie de tels convertisseurs sont transmis sous forme de paramètres de circuit ou EMF (charge), associés à une relation fonctionnelle avec le signal d'entrée. Les premiers sont dits paramétriques, les seconds sont dits générateurs.

Parmi les convertisseurs paramétriques, les plus largement utilisés sont les rhéostat, les dispositifs sensibles à la contrainte, sensibles à la température, électrolytiques, à ionisation, inductifs et capacitifs.

Convertisseurs de rhéostat Il s'agit d'un cadre isolé sur lequel est enroulé un conducteur et une brosse se déplaçant le long des spires. Leur paramètre de sortie est la résistance du circuit.

La grandeur mesurée Pr peut être le mouvement de la brosse en ligne droite ou en cercle. Après avoir amélioré le système de détection, Pr peut être utilisé pour déterminer la pression ou la masse sous l'influence de laquelle le curseur se déplacera.

Pour le bobinage du rhéostat, on utilise des matériaux dont la résistance dépend peu des facteurs externes (température, pression, humidité, etc.). Ces matériaux peuvent être du nichrome, du féchral, ​​du constantan ou du manganin. En modifiant la forme et la section du noyau (la longueur d'un tour change également en conséquence), il est possible d'obtenir une dépendance non linéaire de la résistance du circuit sur le mouvement du curseur.

L’avantage des convertisseurs rhéostatiques réside dans la simplicité de leur conception. Cependant, il est impossible de déterminer avec précision le mouvement si la résistance de sortie change en un tour. C'est le principal inconvénient de ces Prs et caractérise leur erreur.

Transducteurs sensibles à la contrainte (TCTr). Leur fonctionnement repose sur une modification de la résistance active du conducteur sous l'influence d'une pression ou d'une déformation mécanique. Ce phénomène est appelé effet de déformation.

Le signal d'entrée pour TCPR peut être une tension, une compression ou un autre type de déformation de pièces d'équipement, de structures métalliques, le signal de sortie est une modification de la résistance du convertisseur.

Les fils sensibles à la contrainte sont un substrat mince constitué de papier ou de film et un fil de très petite section collé dessus. Le fil Constantan, qui possède une résistance indépendante de la température et d'un diamètre de 0,02 à 0,05 mm, est généralement utilisé comme élément de détection. Des jauges de contrainte en feuille TCPR et en film sont également utilisées.

Le transducteur PM est collé sur la pièce à mesurer, de manière à ce que l'axe d'expansion linéaire de la pièce coïncide avec l'axe longitudinal du PM. Lorsque l'objet mesuré se dilate, la longueur du TCP augmente et, par conséquent, sa résistance change.

L'avantage de tels dispositifs est la linéarité, la simplicité de conception et d'installation. Les inconvénients incluent une faible sensibilité.

Convertisseurs thermosensibles (TPr). Les principaux éléments de tels dispositifs sont des thermistances, des diodes thermiques, des transistors thermiques, etc. Le thermoélément est inclus dans le circuit électrique de telle manière que le courant du circuit le traverse et que la température de l'élément mesuré est affectée.

Avec leur aide, la température, la viscosité, la conductivité thermique, la vitesse de déplacement et d'autres paramètres de l'environnement dans lequel se trouve l'élément peuvent être mesurés.

Les thermistances en platine sont utilisées pour les mesures dans la plage de température de -260°C à +1 100°C ; les thermistances en cuivre sont utilisées dans la plage de température de -200°C à +200°C. Dans la plage de température de -80°C à +150°C, lorsqu'une précision particulière est requise, des diodes thermiques et des thermotransistors sont utilisés.

Selon le mode de fonctionnement, TRPr est divisé en surchauffe et sans préchauffage. Les appareils sans préchauffage ne sont utilisés que pour mesurer la température du milieu, car le courant qui les traverse n'affecte pas leur échauffement. La température du milieu est déterminée assez précisément par la résistance de l'élément.

Le mode de fonctionnement d'un autre type de convertisseurs thermiques est associé à leur préchauffage à une valeur donnée. Ensuite, ils sont placés dans l'environnement mesuré et l'évolution de sa résistance est surveillée.

Par le taux de changement de résistance, on peut juger de l'intensité du refroidissement ou du chauffage, ce qui signifie que l'on peut déterminer la vitesse de déplacement de la substance mesurée, sa viscosité et d'autres paramètres.

Les TPR semi-conducteurs sont plus sensibles que les thermistances, ils sont donc utilisés dans le domaine des mesures de précision. Cependant, leur inconvénient majeur réside dans la plage de température étroite et la mauvaise reproductibilité des caractéristiques statiques de l'appareil.

Convertisseurs électrolytiques (ELC). Ils sont utilisés pour déterminer la concentration des solutions, car la conductivité électrique des solutions dépend de manière significative du degré de concentration en sel qu'elles contiennent.

Les PEL sont un récipient doté de deux électrodes. Une tension est appliquée aux électrodes, complétant ainsi le circuit électrique à travers la couche d'électrolyte. De tels convertisseurs sont utilisés en courant alternatif, car sous l'influence du courant continu, l'électrolyte se dissocie en ions positifs et négatifs, ce qui introduit une erreur dans les mesures.

Un autre inconvénient du PEL est la dépendance de la conductivité de l'électrolyte à la température, ce qui oblige à maintenir une température constante à l'aide d'unités de réfrigération ou de chauffage.

Convertisseurs inductifs et capacitifs. Comme son nom l'indique, les paramètres de sortie de ces appareils sont l'inductance et la capacité. La valeur mesurée des PR inductifs simples peut être un déplacement de 10 à 15 mm ; pour les PR de transformateur inductif avec un système en boucle ouverte, cette valeur peut être augmentée jusqu'à 100 mm. Les Prs capacitifs sont utilisés pour mesurer des mouvements de l'ordre de 1 mm.

Les Prs inductifs sont deux inducteurs placés sur un noyau ouvert. L'inductance mutuelle des bobines est influencée par des paramètres tels que : la longueur de l'entrefer de la section ouverte, la section transversale de l'entrefer, la perméabilité magnétique de l'entrefer.

Ainsi, en mesurant l'inductance mutuelle des bobines, il est possible de déterminer dans quelle mesure les paramètres ci-dessus ont changé. Et ils peuvent changer lorsque la plaque diélectrique se déplace dans l'entrefer. C'est la base du principe de fonctionnement du pr inductif.

Le principe de fonctionnement des PR capacitifs est basé sur une modification de la capacité du condensateur lorsque la surface active des plaques diminue, la distance entre les plaques du condensateur change et la constante diélectrique de l'espace interplaque change.

Les convertisseurs capacitifs ont une sensibilité plus élevée aux changements des paramètres d'entrée. Capacitive Pr est capable d'enregistrer les changements de capacité même lors d'un déplacement de quelques millièmes de millimètre.

Convertisseurs d'ionisation. Le principe de fonctionnement de l'instrument est basé sur le phénomène d'ionisation des gaz et d'autres milieux sous l'influence de rayonnements ionisants, qui peuvent être des rayonnements ionisants α, β et γ de substances radioactives, ou des rayons X.

Si une chambre contenant du gaz est exposée à un rayonnement, un courant électrique circulera à travers les électrodes. L'amplitude de ce courant dépendra de la composition du gaz, de la taille des électrodes, de la distance entre les électrodes et de la tension appliquée.

En mesurant le courant électrique dans un circuit, avec une composition connue du milieu, la distance entre les électrodes et la tension appliquée, il est possible de déterminer la taille des électrodes, ou vice versa, d'autres paramètres. Ils permettent de mesurer les dimensions de pièces, ou les compositions de gaz, etc.

Le principal avantage du Prs ionisant est la possibilité de mesures sans contact dans des environnements agressifs, sous pression ou température élevées. L'inconvénient d'une telle pr est la nécessité d'une protection biologique du personnel contre l'exposition aux rayonnements.

Thermomètres à résistance. Les thermomètres à résistance, comme les thermocouples, sont conçus pour mesurer la température de corps gazeux, solides et liquides, ainsi que la température de surface. Le principe de fonctionnement des thermomètres repose sur l’utilisation de la propriété des métaux et des semi-conducteurs pour modifier leur résistance électrique en fonction de la température. Pour les conducteurs en métaux purs, cette dépendance dans la plage de température de –200 °C à 0 °C a la forme :

R t = R 0 ,

et dans la plage de température de 0 °C à 630 °C

R t = R 0 ,

Où R t , R 0 - résistance du conducteur à la température t et 0 °C ; A, B, C- coefficients ; t- température, °C.

Dans la plage de température de 0 °C à 180 °C, la dépendance de la résistance du conducteur à la température est décrite par la formule approximative

R t = R 0 ,

Où α - coefficient de température de résistance du matériau conducteur (TCR).

Pour conducteurs en métal pur α≈ 6-10 -3 ...4-10 -3 degrés -1 .

Mesurer la température avec un thermomètre à résistance revient à mesurer sa résistance Rt, s passage ultérieur à la température à l'aide de formules ou de tableaux d'étalonnage.

Il existe des thermomètres à résistance à fil et à semi-conducteur. Un thermomètre à résistance à fil est un fil fin en métal pur, monté sur un cadre en matériau résistant à la température (élément sensible), placé dans un raccord de protection (Fig. 5.4).

Riz. 5.4. Élément sensible du thermomètre à résistance

Les fils de l'élément sensible sont connectés à la tête du thermomètre. Le choix de fils en métaux purs plutôt qu'en alliages pour la fabrication de thermomètres à résistance est dû au fait que le TCR des métaux purs est supérieur au TCR des alliages et, par conséquent, les thermomètres à base de métaux purs sont plus sensibles.

L'industrie produit des thermomètres à résistance en platine, en nickel et en cuivre. Pour garantir l'interchangeabilité et l'étalonnage uniforme des thermomètres, leurs valeurs de résistance ont été standardisées R0 et TKS.

Les thermomètres à résistance à semi-conducteur (thermistances) sont des billes, des disques ou des tiges en matériau semi-conducteur dotés de câbles pour la connexion à un circuit de mesure.

L’industrie produit en masse de nombreux types de thermistances dans diverses conceptions.

Les dimensions des thermistances sont généralement petites - environ quelques millimètres, et certains types mesurent des dixièmes de millimètre. Pour se protéger contre les dommages mécaniques et les influences environnementales, les thermistances sont protégées par des revêtements de verre ou d'émail, ainsi que par des couvercles métalliques.

Les thermistances ont généralement une résistance de quelques à plusieurs centaines de kiloohms ; leur TCR dans la plage de température de fonctionnement est d'un ordre de grandeur supérieur à celui des thermomètres à fil. Comme matériaux pour le fluide de travail des thermistances, on utilise des mélanges d'oxydes de nickel, de manganèse, de cuivre et de cobalt, qui sont mélangés avec un liant, donnés à la forme requise et frittés à haute température. Les thermistances sont utilisées pour mesurer des températures comprises entre -100 et 300°C. L'inertie des thermistances est relativement faible. Leurs inconvénients incluent la non-linéarité de la dépendance en température de la résistance, le manque d'interchangeabilité dû à la large dispersion de la résistance nominale et du TCR, ainsi que le changement irréversible de la résistance dans le temps.

Pour les mesures dans la plage de température proche du zéro absolu, des thermomètres à semi-conducteur en germanium sont utilisés.

La résistance électrique des thermomètres est mesurée à l'aide de ponts ou de compensateurs DC et AC. Une caractéristique des mesures thermométriques est la limitation du courant de mesure afin d'éviter l'échauffement du fluide de travail du thermomètre. Pour les thermomètres à résistance filaire, il est recommandé de sélectionner un courant de mesure tel que la puissance dissipée par le thermomètre ne dépasse pas 20 ... 50 mW. La dissipation de puissance admissible dans les thermistances est bien moindre et il est recommandé de la déterminer expérimentalement pour chaque thermistance.

Transducteurs sensibles à la contrainte (jauges de contrainte). Dans la pratique de la conception, il est souvent nécessaire de mesurer les contraintes mécaniques et les déformations des éléments structurels. Les convertisseurs les plus courants de ces quantités en signal électrique sont les jauges de contrainte. Le fonctionnement des jauges de contrainte repose sur la propriété des métaux et des semi-conducteurs de modifier leur résistance électrique sous l'influence des forces qui leur sont appliquées. La jauge de contrainte la plus simple peut être un morceau de fil couplé rigidement à la surface d’une pièce déformable. L'étirement ou la compression de la pièce provoque un étirement ou une compression proportionnelle du fil, ce qui entraîne une modification de sa résistance électrique. Dans les limites des déformations élastiques, l'évolution relative de la résistance du fil est liée à son allongement relatif par le rapport

ΔR/R = K Τ Δl/l,

Où g / D - longueur initiale et résistance du fil ; Δl, ΔR - incrément de longueur et de résistance ; KT - coefficient de sensibilité à la déformation.

La valeur du coefficient de la jauge de contrainte dépend des propriétés du matériau à partir duquel la jauge de contrainte est fabriquée, ainsi que de la méthode de fixation de la jauge de contrainte au produit. Pour fils métalliques de divers métaux KT= 1... 3,5.

Il existe des jauges de contrainte à fil et à semi-conducteur. Pour la fabrication de jauges de contrainte à fil, on utilise des matériaux présentant un coefficient de sensibilité à la déformation suffisamment élevé et un coefficient de résistance à la température faible. Le matériau le plus couramment utilisé pour la fabrication de jauges de contrainte à fil est le fil constantan d'un diamètre de 20 à 30 microns.

Structurellement, les jauges de contrainte à fil sont une grille constituée de plusieurs boucles de fil collées sur un substrat fin en papier (ou autre) (Fig. 5.5). Selon le matériau du substrat, les jauges de contrainte peuvent fonctionner à des températures de -40 à +400 °C.

Riz. 5.5. Jauge de contrainte

Il existe des modèles de jauges de contrainte fixées à la surface des pièces à l'aide de ciments, capables de fonctionner à des températures allant jusqu'à 800 °C.

Les principales caractéristiques des jauges de contrainte sont la résistance nominale R, base je et facteur de déformation KT. L'industrie produit une large gamme de jauges de contrainte avec des tailles de base de 5 à 30 mm , résistances nominales de 50 à 2000 Ohms, avec un coefficient de sensibilité à la déformation de 2±0,2.

Un autre développement des jauges de contrainte à fil sont les jauges de contrainte à feuille et à film, dont l'élément sensible est une grille de bandes de feuille ou un mince film métallique appliqué sur des substrats à base de vernis.

Les jauges de contrainte sont fabriquées à base de matériaux semi-conducteurs. L'effet de déformation est le plus fortement exprimé dans le germanium, le silicium, etc. La principale différence entre les jauges de contrainte à semi-conducteur et les jauges de contrainte à fil est un changement important (jusqu'à 50 %) de la résistance lors de la déformation en raison de la grande valeur du coefficient de sensibilité à la déformation.

Convertisseurs inductifs. Les transducteurs inductifs sont utilisés pour mesurer les déplacements, les dimensions, les écarts de forme et l'emplacement des surfaces. Le convertisseur est constitué d'un inducteur fixe avec un noyau magnétique et d'un induit, qui fait également partie du noyau magnétique, se déplaçant par rapport à l'inducteur. Pour obtenir l'inductance la plus élevée possible, le circuit magnétique de la bobine et l'induit sont constitués de matériaux ferromagnétiques. Lorsque l'armature se déplace (connectée par exemple à la sonde d'un appareil de mesure), l'inductance de la bobine change et, par conséquent, le courant circulant dans l'enroulement change. En figue. La figure 5.6 montre des schémas de convertisseurs inductifs à entrefer variable d (Fig. 5.6 UN) utilisé pour mesurer un déplacement dans la plage de 0,01 à 10 mm ; avec surface d'entrefer variable S δ (Fig. 5.6 b), utilisé dans la plage 5 ... 20 mm.

Riz. 5.6. Transducteurs de déplacement inductifs

5.2. Des amplificateurs opérationnels

Un amplificateur opérationnel (ampli-op) est un amplificateur différentiel DC avec un gain très élevé. Pour un amplificateur de tension, la fonction de transfert (gain) est donnée par

Pour simplifier les calculs de conception, on suppose qu'un ampli opérationnel idéal présente les caractéristiques suivantes.

1. Le gain lorsque la boucle de rétroaction est ouverte est infini.

2. La résistance d'entrée Rd est l'infini.

3. Résistance de sortie R 0 = 0.

4. La bande passante est infinie.

5. V 0 = 0 à V 1 = V 2 (pas de tension de décalage zéro).

La dernière caractéristique est très importante. Puisque V 1 -V 2 = V 0 / A, alors si V 0 a une valeur finie et que le coefficient A est infiniment grand (valeur typique 100 000) nous aurons

V 1 - V 2 = 0 et V 1 = V 2.

Puisque la résistance d'entrée pour le signal différentiel est (V 1 - V 2)

est également très important, alors le courant traversant Rd peut être négligé. Ces deux hypothèses simplifient considérablement la conception des circuits d'amplificateurs opérationnels.

Règle 1. Lorsque l'ampli-op fonctionne dans la région linéaire, les mêmes tensions agissent sur ses deux entrées.

Règle2. Les courants d'entrée pour les deux entrées de l'ampli-op sont nuls.

Examinons les blocs de circuit de base de l'ampli-op. La plupart de ces circuits utilisent l'ampli opérationnel dans une configuration en boucle fermée.

5.2.1. Amplificateur à gain unité

(suiveur de tension)

Si dans un amplificateur non inverseur nous fixons R i égal à l'infini et R f égal à zéro, alors nous arriverons au circuit représenté sur la Fig. 5.7.

Selon la règle 1, l'entrée inverseuse de l'ampli-op a également une tension d'entrée Vi, qui est directement transmise à la sortie du circuit. Par conséquent, V 0 = Vi et la tension de sortie suit (répète) la tension d'entrée. Pour de nombreux convertisseurs analogique-numérique, l'impédance d'entrée dépend de la valeur du signal d'entrée analogique. Grâce à un suiveur de tension, une résistance d'entrée constante est assurée.

5.2.2. Additionneurs

Un amplificateur inverseur peut additionner plusieurs tensions d'entrée. Chaque entrée de l'additionneur est connectée à l'entrée inverseuse de l'ampli-op via une résistance de pesée. L'entrée inverseuse est appelée nœud de sommation car tous les courants d'entrée et le courant de rétroaction sont ici additionnés. Le schéma de circuit de base d'un amplificateur sommateur est illustré à la Fig. 5.8.

Comme avec un amplificateur inverseur classique, la tension à l'entrée inverseuse doit être nulle et, par conséquent, le courant circulant dans l'ampli-op doit être nul. Ainsi,

je f = je 1 + je 2 + . . . + je n

Puisqu’il n’y a aucune tension à l’entrée inverseuse, alors après substitutions appropriées, nous obtenons

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

La résistance R f détermine le gain global du circuit. Résistances R 1, R 2, . . . R n définit les valeurs des coefficients de pondération et des résistances d'entrée des canaux correspondants.

5.2.3. Intégrateurs

Un intégrateur est un circuit électronique qui produit un signal de sortie proportionnel à l'intégrale (dans le temps) du signal d'entrée.

En figue. La figure 5.9 montre un diagramme schématique d'un intégrateur analogique simple. Une borne de l'intégrateur est connectée au nœud de sommation et l'autre est connectée à la sortie de l'intégrateur. Par conséquent, la tension aux bornes du condensateur est en même temps la tension de sortie. Le signal de sortie de l'intégrateur ne peut pas être décrit par une simple relation algébrique, car avec une tension d'entrée fixe, la tension de sortie change à une vitesse déterminée par les paramètres Vi, R et C. Ainsi, pour trouver la tension de sortie, vous besoin de connaître la durée du signal d’entrée. Tension aux bornes d'un condensateur initialement déchargé

où je f – à travers le condensateur et t je – temps d'intégration. Pour un positif

Vi nous avons i i = V i /R. Puisque i f = i i , alors en tenant compte de l'inversion du signal on obtient

De cette relation, il s'ensuit que V 0 est déterminé par l'intégrale (de signe opposé) de la tension d'entrée dans la plage de 0 à t 1, multipliée par le facteur d'échelle 1/RC. La tension V ic est la tension aux bornes du condensateur à l'instant initial (t = 0).

5.2.4. Différenciateurs

Le différenciateur produit un signal de sortie proportionnel au taux de changement dans le temps du signal d'entrée. En figue. La figure 5.10 montre un diagramme schématique d'un différenciateur simple.

Courant traversant un condensateur.

Si la dérivée est positive, le courant i i circule dans une direction telle qu'une tension de sortie négative V 0 est formée.

Ainsi,

Cette méthode de différenciation des signaux semble simple, mais sa mise en œuvre pratique pose des problèmes pour assurer la stabilité du circuit aux hautes fréquences. Tous les amplis-op ne conviennent pas à une utilisation dans un différenciateur. Le critère de sélection est la performance de l'ampli-op : vous devez sélectionner un ampli-op avec une vitesse de montée maximale élevée de la tension de sortie et une valeur élevée du produit gain-bande passante. Les amplificateurs opérationnels à grande vitesse basés sur des transistors à effet de champ fonctionnent bien dans les différenciateurs.

5.2.5. Comparateurs

Un comparateur est un circuit électronique qui compare deux tensions d'entrée et produit un signal de sortie en fonction de l'état des entrées. Le schéma de base du comparateur est présenté sur la Fig. 5.11.

Comme vous pouvez le voir, ici l'ampli-op fonctionne avec une boucle de rétroaction ouverte. Une tension de référence est fournie à l'une de ses entrées et une tension inconnue (comparée) est fournie à l'autre. La sortie du comparateur indique si le niveau du signal d'entrée inconnu est supérieur ou inférieur au niveau de tension de référence. Dans le circuit de la figure 5.11, la tension de référence V r est appliquée à l'entrée non inverseuse et le signal inconnu V i est fourni à l'entrée inverseuse.

Lorsque V i > V r la tension V 0 = - V r (tension de saturation négative) est fixée à la sortie du comparateur. Dans le cas contraire, nous obtenons V 0 = + V R. Vous pouvez échanger les entrées - cela entraînera une inversion du signal de sortie.

5.3. Commutation des signaux de mesure

En technologie de l'information et de la mesure, lors de la mise en œuvre de transformations de mesure analogiques, il est souvent nécessaire d'établir des connexions électriques entre deux ou plusieurs points du circuit de mesure afin de provoquer le processus transitoire nécessaire, dissiper l'énergie stockée par l'élément réactif (par exemple, décharger un condensateur), connecter la source d'alimentation du circuit de mesure, allumer la mémoire de la cellule analogique, prélever un échantillon d'un processus continu pendant l'échantillonnage, etc. De plus, de nombreux instruments de mesure effectuent des transformations de mesure de manière séquentielle sur un grand nombre de circuits électriques. quantités distribuées dans l’espace. Pour mettre en œuvre ce qui précède, des commutateurs de mesure et des clés de mesure sont utilisés.

Un commutateur de mesure est un dispositif qui convertit des signaux analogiques spatialement séparés en signaux temporels séparés, et vice versa.

Les commutateurs de mesure de signaux analogiques sont caractérisés par les paramètres suivants :

plage dynamique des quantités commutées ;

erreur de coefficient de transmission ;

vitesse (fréquence de commutation ou temps nécessaire pour effectuer une opération de commutation) ;

nombre de signaux commutés ;

limitation du nombre de commutations (pour les interrupteurs avec touches de mesure à contact).

Selon le type de touches de mesure utilisées dans le collecteur, le interrupteurs avec et sans contact.

Le commutateur de mesure est un réseau à deux bornes avec une non-linéarité clairement exprimée de la caractéristique courant-tension. Le passage d'une clé d'un état (fermé) à un autre (ouvert) s'effectue à l'aide d'un élément de commande.

5.4. Conversion analogique-numérique

La conversion analogique-numérique fait partie intégrante de la procédure de mesure. Dans les instruments indicateurs, cette opération correspond à la lecture d'un résultat numérique par l'expérimentateur. Dans les instruments de mesure numériques et basés sur un processeur, la conversion analogique-numérique est effectuée automatiquement et le résultat est soit envoyé directement à l'écran, soit saisi dans le processeur pour effectuer des conversions de mesure ultérieures sous forme numérique.

Les méthodes de conversion analogique-numérique dans les mesures ont été développées de manière approfondie et approfondie et se résument à représenter les valeurs instantanées de l'influence d'entrée à des moments fixes avec la combinaison de codes correspondante (numéro). La base physique de la conversion analogique-numérique est le déclenchement et la comparaison avec des niveaux de référence fixes. Les CAN les plus largement utilisés sont le codage bit par bit, le comptage séquentiel, l'équilibrage de suivi et quelques autres. Les problèmes de méthodologie de conversion analogique-numérique associés aux tendances du développement des CAN et des mesures numériques dans les années à venir comprennent notamment :

Élimination de l'ambiguïté de lecture dans les CAN correspondants les plus rapides, qui sont de plus en plus répandus avec le développement de la technologie intégrée ;

Atteindre la tolérance aux pannes et améliorer les caractéristiques métrologiques des CAN basés sur le système de numérotation redondant de Fibonacci ;

Application à la conversion analogique-numérique d'une méthode de test statistique.

5.4.1 Convertisseurs numérique-analogique et analogique-numérique

Les convertisseurs numérique-analogique (DAC) et analogique-numérique (ADC) font partie intégrante des systèmes de contrôle et de régulation automatiques. De plus, étant donné que la grande majorité des grandeurs physiques mesurées sont analogiques et que leur traitement, leur indication et leur enregistrement sont généralement effectués par des méthodes numériques, les DAC et ADC ont été largement utilisés dans les instruments de mesure automatiques. Ainsi, les DAC et ADC font partie des instruments de mesure numériques (voltmètres, oscilloscopes, analyseurs de spectre, corrélateurs, etc.), des alimentations programmables, des écrans à tube cathodique, des traceurs, des systèmes radar d'installations de surveillance d'éléments et de microcircuits, et sont des composants importants. divers convertisseurs et générateurs, dispositifs d'entrée/sortie d'informations informatiques. De larges perspectives d'utilisation des DAC et ADC s'ouvrent dans les domaines de la télémétrie et de la télévision. La production en série de DAC et d'ADC de petite taille et relativement bon marché offrira la possibilité d'une utilisation encore plus large des méthodes de conversion continue discrète dans la science et la technologie.

Il existe trois types de conception et de conception technologique des DAC et ADC : modulaires, hybrides et intégrés. Dans le même temps, la part de la production de circuits intégrés (CI) DAC et ADC dans le volume total de leur production augmente continuellement, ce qui est grandement facilité par l'utilisation généralisée de microprocesseurs et de méthodes de traitement de données numériques. Un DAC est un appareil qui produit un signal analogique de sortie (tension ou courant) proportionnel au signal numérique d'entrée. Dans ce cas, la valeur du signal de sortie dépend de la valeur de la tension de référence U op, qui détermine la pleine échelle du signal de sortie. Si vous utilisez un signal analogique comme tension de référence, le signal de sortie du DAC sera proportionnel au produit de l'entrée numérique et analogique Dans un CAN, le code numérique à la sortie est déterminé par le rapport entre le signal analogique d'entrée converti et le signal de référence correspondant à la pleine échelle. Cette relation est également vraie si le signal de référence change selon une certaine loi. Un CAN peut être considéré comme un ratiomètre ou un diviseur de tension avec une sortie numérique.

5.4.2. Principes de fonctionnement, éléments de base et schémas fonctionnels de l'ADC

Actuellement, un grand nombre de types d’ADC ont été développés pour répondre à diverses exigences. Dans certains cas, l'exigence prédominante est une grande précision, dans d'autres, la rapidité de conversion.

Selon le principe de fonctionnement, tous les types d'ADC existants peuvent être divisés en deux groupes : les ADC avec comparaison du signal converti d'entrée avec des niveaux de tension discrets et les ADC de type intégrateur.

Un CAN qui compare le signal d'entrée converti en niveaux de tension discrets utilise un processus de conversion qui génère essentiellement des niveaux de tension équivalents aux codes numériques correspondants et compare ces niveaux de tension à la tension d'entrée pour déterminer l'équivalent numérique du signal d'entrée. Dans ce cas, les niveaux de tension peuvent être formés simultanément, séquentiellement ou de manière combinée.

CAN de comptage en série avec une tension en dents de scie échelonnée est l'un des convertisseurs les plus simples (Fig. 5.12).

Le signal « Start » met le compteur à l'état zéro, après quoi, lorsque les impulsions d'horloge arrivent à son entrée avec une fréquence ft La tension de sortie du DAC augmente linéairement par étapes.

Lorsque la tension U out atteint la valeur U in, le circuit de comparaison arrête de compter les impulsions dans le compteur, et le code issu des sorties de ce dernier est inscrit dans le registre mémoire. La profondeur de bits et la résolution de ces CAN sont déterminées par la profondeur de bits et la résolution du DAC utilisé dans celui-ci. Le temps de conversion dépend du niveau de tension d'entrée à convertir. Pour une tension d'entrée correspondant à la valeur pleine échelle, le MF doit être rempli et en même temps il doit générer un code pleine échelle à l'entrée du DAC. Cela nécessite un temps de conversion de (2 n - 1) fois la période d'horloge pour un DAC à n bits. Pour une conversion analogique-numérique rapide, l’utilisation de tels CAN n’est pas pratique.

DANS suivi de l'ADC(Fig. 5.13) le compteur sommateur est remplacé par un compteur inverseur RSch pour suivre l'évolution de la tension d'entrée. Le signal de sortie du CV détermine le sens de comptage selon que la tension d'entrée de l'ADC dépasse ou non la tension de sortie du DAC.

Avant de démarrer les mesures, la fréquence RF est réglée sur l'état correspondant au milieu de l'échelle (01 ... 1). Le premier cycle de conversion de l'ADC de suivi est similaire au cycle de conversion de l'ADC de comptage en série. À l'avenir, les cycles de conversion seront considérablement réduits, car cet CAN parvient à suivre de petits écarts du signal d'entrée sur plusieurs périodes d'horloge, augmentant ou diminuant le nombre d'impulsions enregistrées dans l'unité de contrôle de fréquence RF, en fonction du signe de discordance entre la valeur actuelle de la tension convertie Uin et la tension de sortie du DAC.

ADC à approximation successive (équilibrage au niveau des bits) ont trouvé l'utilisation la plus répandue en raison de leur mise en œuvre assez simple tout en garantissant simultanément une résolution, une précision et une vitesse élevées ; ils ont des performances légèrement inférieures, mais une résolution nettement supérieure par rapport aux CAN qui mettent en œuvre la méthode de conversion parallèle.

Pour augmenter les performances, un distributeur d'impulsions et un registre d'approximations successives sont utilisés comme dispositif de contrôle. La tension d'entrée est comparée à la tension de référence (tension de rétroaction DAC) à partir de la valeur correspondant au bit de poids fort du code binaire généré.

Lors du démarrage de l'ADC à l'aide du RI, le RPP est défini sur l'état initial :

1000. . .0. Dans ce cas, une tension correspondant à la moitié de la plage de conversion est générée à la sortie du DAC, ce qui est assuré en activant son bit de poids fort. Si le signal d'entrée est inférieur au signal du DAC, lors du cycle d'horloge suivant, le code 0100 est généré aux entrées numériques du DAC à l'aide du RPP. . 0, ce qui correspond à l'inclusion du 2ème chiffre le plus significatif. En conséquence, le signal de sortie du DAC est divisé par deux.

Si le signal d'entrée dépasse le signal du DAC, lors du cycle d'horloge suivant, la formation du code 0110 ... 0 est assurée aux entrées numériques du DAC et l'inclusion d'un 3ème bit supplémentaire. Dans ce cas, la tension de sortie du DAC, qui a augmenté d'une fois et demie, est à nouveau comparée à la tension d'entrée, etc. La procédure décrite est répétée n fois (où n- nombre de bits ADC).

En conséquence, une tension sera générée à la sortie du DAC qui ne diffère pas de l'entrée de plus d'une unité du chiffre le moins significatif du DAC. Le résultat de la transformation est extrait de la sortie du RPP.

L'avantage de ce schéma est la possibilité de construire des convertisseurs multibits (jusqu'à 12 bits et plus) à vitesse relativement élevée (avec un temps de conversion de l'ordre de plusieurs centaines de nanosecondes).

Dans l'ADC lecture directe (type parallèle)(Fig. 5.15) le signal d'entrée est appliqué simultanément aux entrées de tous les transformateurs de tension, le nombre m qui est déterminé par la capacité en bits de l'ADC et est égal à m = 2 n - 1, où n est le nombre de bits de l'ADC. Dans chaque CV, le signal est comparé à une tension de référence correspondant au poids d'une certaine décharge et retiré des nœuds du diviseur de résistance alimenté par la tension de référence.

Les signaux de sortie du CV sont traités par un décodeur logique, qui produit un code parallèle, qui est l'équivalent numérique de la tension d'entrée. Ces ADC ont les performances les plus élevées. L'inconvénient de ces ADC est qu'à mesure que la profondeur de bits augmente, le nombre d'éléments requis double pratiquement, ce qui rend difficile la construction d'ADC multibits de ce type. La précision de la conversion est limitée par la précision et la stabilité du convertisseur de tension et du diviseur de résistance. Pour augmenter la profondeur de bits à grande vitesse, des CAN à deux étages sont implémentés, dans lesquels les bits de poids faible du code de sortie sont supprimés des sorties du deuxième étage du DS et les bits les plus significatifs sont supprimés des sorties. de la DS du premier étage.

CAN avec modulation de largeur d'impulsion (intégration à cycle unique)

L'ADC se caractérise par le fait que le niveau du signal analogique d'entrée Uin est converti en une impulsion dont la durée t impulsion est fonction de la valeur du signal d'entrée et est convertie sous forme numérique en comptant le nombre de périodes. de la fréquence de référence qui s'insère entre le début et la fin de l'impulsion. La tension de sortie de l'intégrateur sous l'influence de la connexion

appliqué à son entrée U op passe du niveau zéro avec la vitesse

Au moment où la tension de sortie de l'intégrateur devient égale à la tension d'entrée Uin, le CV est déclenché, ce qui met fin à la formation de la durée d'impulsion, pendant laquelle le nombre de périodes de la fréquence de référence est compté dans le Compteurs ADC. La durée de l'impulsion est déterminée par le temps pendant lequel la tension U out passe du niveau zéro à U in :

L'avantage de ce convertisseur est sa simplicité et ses inconvénients sont sa vitesse relativement faible et sa faible précision.

1. Quels sont l'appareil, le principe de fonctionnement et l'application :

a) convertisseurs photoélectriques ;

Les convertisseurs photoélectriques sont ceux dans lesquels le signal de sortie varie en fonction du flux lumineux incident sur le convertisseur. Les convertisseurs photoélectriques ou, comme nous les appellerons à l'avenir, les photocellules sont divisés en trois types :

1) photocellules avec photoeffet externe

Il s'agit de cylindres sphériques en verre sous vide ou remplis de gaz, sur la surface intérieure desquels est appliquée une couche de matériau photosensible, formant une cathode. L'anode est réalisée sous la forme d'un anneau ou d'un treillis de fil de nickel. À l'état sombre, un courant d'obscurité traverse la cellule photoélectrique en raison de l'émission thermoionique et des fuites entre les électrodes. Lorsqu'elle est éclairée, la photocathode, sous l'influence de photons lumineux, imite les électrons. Si une tension est appliquée entre l’anode et la cathode, ces électrons forment un courant électrique. Lorsque l'éclairage d'une photocellule connectée à un circuit électrique change, le photocourant dans ce circuit change en conséquence.

2) photocellules avec photoeffet interne

Il s'agit d'une plaquette semi-conductrice homogène avec des contacts, par exemple en séléniure de cadmium, qui modifient sa résistance sous l'influence d'un flux lumineux. L’effet photoélectrique interne consiste en l’apparition d’électrons libres assommés par les quanta de lumière des orbites électroniques des atomes restés libres à l’intérieur de la substance. L’apparition d’électrons libres dans un matériau, tel qu’un semi-conducteur, équivaut à une diminution de la résistance électrique. Les photorésistances ont une sensibilité élevée et une caractéristique courant-tension linéaire (caractéristique voltampère), c'est-à-dire leur résistance ne dépend pas de la tension appliquée.

3) convertisseurs photovoltaïques.

Ces convertisseurs sont des semi-conducteurs actifs sensibles à la lumière qui, lorsqu'ils absorbent la lumière en raison des effets photoélectriques dans la couche barrière, créent des électrons libres et des champs électromagnétiques.

Une photodiode (PD) peut fonctionner selon deux modes : photodiode et générateur (vanne). Un phototransistor est un récepteur semi-conducteur d'énergie rayonnante avec deux ou plusieurs jonctions p, dans lequel une photodiode et un amplificateur de photocourant sont combinés.

Les phototransistors, comme les photodiodes, sont utilisés pour convertir les signaux lumineux en signaux électriques.

b) convertisseurs capacitifs ;

Un transducteur capacitif est un condensateur dont la capacité change sous l'influence de la grandeur non électrique mesurée. Un condensateur plat est largement utilisé comme convertisseur capacitif, dont la capacité peut être exprimée par la formule C = e0eS/5, où e0 est la constante diélectrique de l'air (e0 = 8,85 10"12F/m ; e est la constante diélectrique relative constante du milieu entre les plaques du condensateur ; zone de revêtement en S ; 5 distances entre les revêtements)

Étant donné que la grandeur non électrique mesurée peut être fonctionnellement liée à n’importe lequel de ces paramètres, la conception des convertisseurs capacitifs peut être très différente selon l’application. Pour mesurer les niveaux de corps liquides et granulaires, des condensateurs cylindriques ou plats sont utilisés ; pour mesurer de petits déplacements, des forces et des pressions changeant rapidement - transducteurs capacitifs différentiels avec un écart variable entre les plaques. Considérons le principe de l'utilisation de convertisseurs capacitifs pour mesurer diverses grandeurs non électriques.

c) convertisseurs thermiques ;

Le convertisseur thermique est un conducteur ou semi-conducteur à courant, à coefficient de température élevé, en échange thermique avec l'environnement. Il existe plusieurs modes d'échange thermique : la convection ; conductivité thermique de l'environnement; conductivité thermique du conducteur lui-même ; radiation.

L'intensité de l'échange thermique entre le conducteur et l'environnement dépend des facteurs suivants : la vitesse du milieu gazeux ou liquide ; propriétés physiques du milieu (densité, conductivité thermique, viscosité) ; température ambiante; dimensions géométriques du conducteur. Cette dépendance de la température du conducteur, et donc de sa résistance, aux facteurs énumérés peut être

utilisé pour mesurer diverses grandeurs non électriques caractérisant un milieu gazeux ou liquide : température, vitesse, concentration, densité (vide).

d) convertisseurs d'ionisation ;

Les convertisseurs à ionisation sont les convertisseurs dans lesquels la quantité non électrique mesurée est fonctionnellement liée au courant de conductivité électronique et ionique du milieu gazeux. Le flux d'électrons et d'ions est obtenu dans des convertisseurs à ionisation soit par ionisation d'un milieu gazeux sous l'influence de l'un ou l'autre agent ionisant, soit par émission thermoionique, soit par bombardement de molécules d'un milieu gazeux avec des électrons, etc.

Les éléments obligatoires de tout convertisseur d'ionisation sont une source et un récepteur de rayonnement.

e) convertisseurs rhéostatiques ;

Un convertisseur de rhéostat est un rhéostat dont le moteur se déplace sous l'influence de la grandeur non électrique mesurée. Un fil est enroulé à pas uniforme sur une armature en matériau isolant. L'isolation des fils sur le bord supérieur du cadre est nettoyée et une brosse glisse le long du métal. La brosse supplémentaire glisse le long de la bague collectrice. Les deux brosses sont isolées du rouleau d'entraînement. Les convertisseurs rhéostatiques sont réalisés aussi bien avec un fil enroulé sur un châssis qu'avec du type rhéocorde. Comme matériaux de fil, on utilise du nichrome, du manganin, du constantan, etc.. Dans les cas critiques, lorsque les exigences de résistance à l'usure des surfaces de contact sont très élevées ou lorsque les pressions de contact sont très faibles, des alliages de platine avec de l'iridium, du palladium, etc. . Le fil du rhéostat doit être recouvert soit d'émail, soit d'une couche d'oxydes pour isoler les spires adjacentes les unes des autres. Les moteurs sont constitués de deux ou trois fils (platine avec iridium) avec une pression de contact de 0,003...0,005 N ou de type plaque (argent, bronze phosphoreux) avec une force de 0,05...0,1 N. La surface de contact de le fil enroulé est poli ; La largeur de la surface de contact est égale à deux à trois diamètres de fil. Le cadre du convertisseur rhéostatique est en textolite, en plastique ou en aluminium recouvert d'un vernis isolant ou d'un film d'oxyde. Les formes des cadres sont variées. La réactance des convertisseurs rhéostatiques est très faible et peut généralement être négligée aux fréquences de la plage audio.

Les transducteurs rhéostatiques peuvent être utilisés pour mesurer les accélérations et les déplacements vibratoires avec une plage de fréquence limitée.

f) transducteurs à jauge de contrainte ;

Un transducteur à jauge de contrainte (jauge de contrainte) est un conducteur qui change de résistance lorsqu'il est soumis à une déformation en traction ou en compression. La longueur du conducteur I et la section transversale S changent avec sa déformation. Ces déformations du réseau cristallin entraînent une modification de la résistivité du conducteur p et, par conséquent, une modification de la résistance totale

Application : pour mesurer les déformations et les contraintes mécaniques, ainsi que d'autres grandeurs mécaniques statiques et dynamiques proportionnelles à la déformation de l'élément élastique auxiliaire (ressort), telles que la course, l'accélération, la force, la flexion ou le couple, la pression du gaz ou du liquide, etc. A partir de ces grandeurs mesurées, des grandeurs dérivées peuvent être déterminées, par exemple la masse (poids), le degré de remplissage des réservoirs, etc. Des jauges de contrainte à base de papier, ainsi que des jauges à feuille et à film, sont utilisées pour mesurer les déformations relatives de 0,005... 0,02 à 1,5...2 %. Des jauges de contrainte à fil libre peuvent être utilisées pour mesurer des déformations allant jusqu'à 6...10 %. Les jauges de contrainte sont pratiquement sans inertie et sont utilisées dans la gamme de fréquences 0... 100 kHz.

g) convertisseurs inductifs ;

Les transducteurs de mesure inductifs sont conçus pour convertir la position (déplacement) en un signal électrique. Ce sont les transducteurs de mesure les plus compacts, les plus résistants au bruit, les plus fiables et les plus économiques pour résoudre les problèmes d'automatisation de la mesure de dimensions linéaires dans l'ingénierie mécanique et instrumentale.

Le transducteur inductif se compose d'un boîtier dans lequel une broche est placée sur des guides roulants, à l'extrémité avant de laquelle se trouve une pointe de mesure, et à l'extrémité arrière se trouve un induit. Le guide est protégé des influences extérieures par une manchette en caoutchouc. L'induit relié à la broche est situé à l'intérieur de la bobine fixée dans le corps. Les enroulements de la bobine sont à leur tour connectés électriquement à un câble fixé dans le boîtier et protégé des torsions par un ressort conique. A l'extrémité libre du câble se trouve un connecteur permettant de connecter le convertisseur à un appareil secondaire. Le corps et la broche sont en acier inoxydable trempé. L'adaptateur reliant l'armature à la broche est constitué d'un alliage de titane. Le ressort qui crée la force de mesure est centré, ce qui élimine les frottements lors du mouvement de la broche. Cette conception du transducteur garantit que les erreurs aléatoires et les variations de lecture sont réduites à moins de 0,1 microns.

Les transducteurs inductifs sont largement utilisés principalement pour mesurer des déplacements linéaires et angulaires.

h) convertisseurs magnétoélastiques ;

Les transducteurs magnétoélastiques sont un type de transducteurs électromagnétiques. Ils reposent sur le phénomène d'évolution de la perméabilité magnétique μ des corps ferromagnétiques en fonction des contraintes mécaniques σ qui s'y produisent, associées à l'impact des forces mécaniques P (traction, compression, flexion, torsion) sur les corps ferromagnétiques. Une modification de la perméabilité magnétique du noyau ferromagnétique entraîne une modification de la résistance magnétique du noyau RM. Une modification de RM entraîne une modification de l'inductance de la bobine L située sur le noyau. Ainsi, dans le convertisseur magnétoélastique on a la chaîne de transformations suivante :

Р -> σ -> μ -> Rм -> L.

Les convertisseurs magnétoélastiques peuvent avoir deux enroulements (type transformateur). Sous l'influence de la force due à un changement de perméabilité magnétique, l'inductance mutuelle M entre les enroulements et la force électromotrice induite de l'enroulement secondaire E changent. Le circuit de conversion dans ce cas a la forme

P -> σ -> μ -> Rm -> M -> E.

L'effet de modification des propriétés magnétiques des matériaux ferromagnétiques sous l'influence de déformations mécaniques est appelé effet magnétoélastique.

Les transducteurs magnétoélastiques sont utilisés :

Pour mesurer des pressions élevées (plus de 10 N/mm2 ou 100 kg/cm2), car ils détectent directement la pression et ne nécessitent pas de transducteurs supplémentaires ;

Pour mesurer la force. Dans ce cas, la limite de mesure de l'appareil est déterminée par la surface du transducteur magnétoélastique. Ces convertisseurs se déforment très légèrement sous l'effet de la force. Oui quand je= 50mm, △ je < 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) convertisseurs de résistance électrolytique ;

Les convertisseurs électrolytiques sont un type de convertisseurs électrochimiques. Dans le cas général, un convertisseur électrochimique est une cellule électrolytique remplie d'une solution dans laquelle sont placées des électrodes qui servent à connecter le convertisseur au circuit de mesure. En tant qu'élément d'un circuit électrique, une cellule électrolytique peut être caractérisée par la force électromotrice qu'elle développe, la chute de tension due au courant qui passe, la résistance, la capacité et l'inductance. En isolant la relation entre ces paramètres électriques et la quantité non électrique mesurée, ainsi qu'en supprimant l'effet d'autres facteurs, il est possible de créer des convertisseurs pour mesurer la composition et la concentration des milieux liquides et gazeux, la pression, le déplacement, la vitesse, accélération et autres quantités. Les paramètres électriques de la cellule dépendent de la composition de la solution et des électrodes, des transformations chimiques dans la cellule, de la température, de la vitesse de déplacement de la solution, etc. Les relations entre les paramètres électriques des convertisseurs électrochimiques et les grandeurs non électriques sont déterminées par les lois de l'électrochimie.

Le principe de fonctionnement des convertisseurs électrolytiques repose sur la dépendance de la résistance de la cellule électrolytique sur la composition et la concentration de l'électrolyte, ainsi que sur les dimensions géométriques de la cellule. Résistance de la colonne de liquide du convertisseur électrolytique :

R = ρh/S = k/૪

où ૪= 1/ρ - conductivité spécifique de l'électrolyte ; k est la constante du convertisseur, en fonction du rapport de ses dimensions géométriques, généralement déterminé expérimentalement.