Uređenje
Parametarski mjerni pretvarači. Funkcijski pretvarači: mjerni, parametarski, generatorski

Parametarski mjerni pretvarači. Funkcijski pretvarači: mjerni, parametarski, generatorski

Glavni elementi većine mjernih instrumenata koji se koriste su primarni mjerni pretvornici, čija je svrha pretvoriti izmjerenu fizikalnu veličinu (ulazna veličina) u mjerni informacijski signal (izlazna veličina), u pravilu, električni, pogodan za daljnju obradu. .

Primarni pretvarači se dijele na parametarske i generatorske. U parametarskim pretvornicima, izlazna vrijednost je promjena nekog parametra električnog kruga (otpor, induktivitet, kapacitet itd.), U izlaznoj vrijednosti generatora - EMF, električna struja ili naboj koji proizlazi iz energije mjerene veličine.

Postoji velika klasa mjernih pretvarača čije su ulazne vrijednosti tlak, sila ili moment. U pravilu, kod ovih pretvarača ulazna vrijednost djeluje na elastični element i uzrokuje njegovu deformaciju, koja se zatim pretvara ili u signal opažen od strane promatrača (mehanički pokazni instrumenti) ili u električni signal.

Inercijalna svojstva pretvornika u velikoj su mjeri određena vlastitom frekvencijom elastičnog elementa: što je veća, to je pretvornik manje inerciozan. Maksimalna vrijednost ovih frekvencija pri korištenju konstrukcijskih legura je 50 ... 100 kHz. Za izradu elastičnih elemenata pretvornika visoke preciznosti koriste se kristalni materijali (kvarc, safir, silicij).

Otporni pretvarači su parametarski pretvarači, čija je izlazna vrijednost promjena električnog otpora, koja može biti uzrokovana utjecajem veličina različite fizičke prirode - mehaničkih, toplinskih, svjetlosnih, magnetskih itd.

Potenciometrijski pretvarač je reostat, čiji se motor pokreće pod utjecajem mjerene veličine (ulazna veličina). Izlazna veličina je otpor.

Potenciometrijski pretvornici koriste se za mjerenje položaja regulacijskih tijela (linearnih i kutnih), u mjeračima razine, u senzorima (na primjer, tlaka) za mjerenje deformacije elastičnog osjetljivog elementa. Prednost potenciometrijskih pretvarača je veliki izlazni signal, stabilnost metroloških karakteristika, velika točnost i neznatna temperaturna pogreška. Glavni nedostatak je uzak frekvencijski raspon (nekoliko desetaka herca).

Rad mjerača naprezanja temelji se na promjeni otpora vodiča i poluvodiča tijekom njihove mehaničke deformacije (tenzorski učinak). Žičani (ili folijski) mjerač naprezanja je cik-cak zakrivljena tanka žica promjera 0,02 ... 0,05 mm ili folijska traka 4 ... Izlazni bakreni vodiči spojeni su na krajeve mreže. Pretvarači, zalijepljeni na dio, percipiraju deformaciju njegovog površinskog sloja.

Pri mjerenju deformacija i naprezanja u dijelovima i konstrukcijama u pravilu ne postoji mogućnost kalibracije mjernih kanala i pogreška mjerenja je 2...10%. U slučaju korištenja tenzometara u primarnim mjernim pretvornicima, pogreška se kalibracijom može smanjiti na 0,5...1%. Glavni nedostatak mjerača naprezanja ove vrste je mali izlazni signal.

Za mjerenje malih deformacija elastičnih osjetljivih elemenata mjernih pretvornika koriste se poluvodički mjerači naprezanja izravno narasli na elastični element izrađen od silicija ili safira.

Pri mjerenju dinamičkih deformacija s frekvencijom do 5 kHz treba koristiti žičane ili folijske mjerače naprezanja s bazom ne većom od 10 mm, a najveća deformacija za njih ne smije biti veća od 0,1% (0,02% za poluvodiče).

Djelovanje piezoelektričnih pretvarača temelji se na pojavi električnih naboja tijekom deformacije kristala (izravni piezoelektrični učinak).

Piezoelektrični pretvornici daju mogućnost mjerenja brzo promjenjivih veličina (prirodna frekvencija pretvornika doseže 200 kHz), vrlo su pouzdani i imaju male ukupne dimenzije i težinu. Glavni nedostatak je poteškoća u mjerenju polagano promjenjivih veličina iu provođenju statičke kalibracije zbog curenja električne energije s površine kristala.

Elektrostatički pretvarač može se shematski prikazati kao dvije elektrode (ploče) s površinom F, smještene paralelno na udaljenosti d u mediju s permitivnošću e.

Tipično, ovi pretvarači su dizajnirani na takav način da je njihova izlazna vrijednost promjena kapacitivnosti (u ovom slučaju se nazivaju kapacitivni), a ulazne vrijednosti mogu biti mehanički pomaci koji mijenjaju razmak d ili područje F, ili a promjena dielektrične konstante medija e zbog promjene njegove temperature, kemijskog sastava itd.

Osim kapaciteta, EMF se koristi kao izlazna vrijednost elektrostatskih pretvarača. nastaje međusobnim kretanjem elektroda u električnom polju (generatorski način). Na primjer, kondenzatorski mikrofoni rade u generatorskom načinu rada, pretvarajući energiju akustičnih vibracija u električnu energiju.

Prednost elektrostatskih pretvarača je odsutnost buke i samozagrijavanja. Međutim, kako bi se zaštitili od smetnji, spojni vodovi i sami pretvarači moraju biti pažljivo oklopljeni.

Za induktivne pretvarače izlazna vrijednost je promjena induktiviteta, a ulazne vrijednosti mogu biti pomaci pojedinih dijelova pretvarača, koji dovode do promjene otpora magnetskog kruga, međusobnog induktiviteta između krugova itd.

Prednosti pretvarača su: linearnost karakteristika, mala ovisnost izlaznog signala o vanjskim utjecajima, udarima i vibracijama; visoka osjetljivost. Nedostaci - mali izlazni signal i potreba za visokofrekventnim naponom napajanja.

Načelo rada pretvarača vibracije i frekvencije temelji se na promjeni vlastite frekvencije niti ili tankog mosta pri promjeni napetosti.

Ulazna vrijednost pretvarača je mehanička sila (ili veličine pretvorene u silu - tlak, moment, itd.). koju percipira elastični element povezan s skakačem.

Korištenje pretvarača frekvencije vibracija moguće je pri mjerenju konstantnih ili polagano promjenjivih vrijednosti u vremenu (frekvencija ne veća od 100...150 Hz). Odlikuje ih visoka točnost, a frekvencijski signal - povećana otpornost na buku.

Optoelektrični pretvarači koriste obrasce širenja i interakcije s materijom elektromagnetskih valova u optičkom području.

Glavni element pretvarača su prijemnici zračenja. Najjednostavniji od njih - toplinski pretvarači - dizajnirani su za pretvaranje sve energije zračenja koja pada na njih u temperaturu (integralni pretvarač).

Kao prijemnici zračenja koriste se i razni fotoelektrični pretvarači u kojima se koristi fenomen fotoelektričnog efekta. Fotonaponski pretvarači su selektivni, tj. vrlo su osjetljivi u relativno uskom području valnih duljina. Na primjer, vanjski fotoelektrični efekt (emisija elektrona pod utjecajem svjetlosti) koristi se u vakuumskim i plinskim fotoćelijama i fotomultiplikatorima.

Vakuumska fotoćelija je stakleni spremnik, na čijoj se unutarnjoj površini nalazi sloj fotoosjetljivog materijala koji tvori katodu. Anoda je izrađena u obliku prstena ili mreže od metalne žice. Kad je katoda osvijetljena, javlja se fotoemisiona struja. Izlazne struje ovih elemenata ne prelaze nekoliko mikroampera. U fotoćelijama punjenim plinom (za punjenje se koriste inertni plinovi Ne, Ar, Kr, Xe), izlazna struja se povećava za 5 ... 7 puta zbog ionizacije plina fotoelektronima.

U fotomultiplikatorima, pojačanje primarne fotostruje nastaje zbog sekundarne emisije elektrona - "izbacivanja" elektrona iz sekundarnih katoda (emitera) ugrađenih između katode i anode. Ukupno pojačanje u višestupanjskim fotomultiplikatorima može doseći stotine tisuća, a izlazna struja može biti 1 mA. Fotomultiplikatori i vakuumski elementi mogu se koristiti u mjerenjima veličina koje se brzo mijenjaju, budući da je fenomen fotoemisije praktički bez inercije.

Mjerenje tlaka

Za mjerenje ukupnog ili statičkog tlaka u struju se postavljaju posebni prijemnici s prihvatnim otvorima koji su cijevima malog promjera (pneumatski vodovi) povezani s odgovarajućim primarnim pretvaračima ili mjernim instrumentima.

Najjednostavniji prijemnik ukupnog tlaka je cilindrična cijev s okomito odrezanim krajem, savijena pod pravim kutom i usmjerena prema strujanju. Kako bi se smanjila osjetljivost prijamnika na smjer protoka (na primjer, pri mjerenju u protoku s malim vrtlogom), koriste se posebne izvedbe prijemnika. Na primjer, prijemnici ukupnog tlaka s protokom (slika 3.3) karakteriziraju pogreška mjerenja ne veća od 1% pri kutovima kosina do 45 ° na broju M<0,8.

Pri mjerenju statičkih tlakova u blizini zidova kanala, prihvatne rupe promjera 0,5 ... 1 mm izrađuju se izravno u zidovima (drenažni otvori). Na mjestu drenaže ne bi trebalo biti neravnina, a rubovi rupa ne bi trebali imati neravnine. Ova vrsta mjerenja vrlo je uobičajena u proučavanju protoka u cijevima i kanalima u komorama za izgaranje, difuzorima i mlaznicama.

Riža. 3.3. Dijagram prijemnika ukupnog tlaka:

Riža. 3.4. Shema prijemnika statičkog tlaka:

a - klinastog oblika;

b - disk;

c - u obliku slova L za mjerenja na M £ 1,5

Za mjerenje statičkih tlakova u protoku koriste se klinasti i diskovi prijamnici, kao i prijemnici u obliku cijevi u obliku slova L (slika 3.4) s prihvatnim otvorima smještenim na bočnoj površini. Ovi prijemnici dobro rade pri podzvučnim i malim nadzvučnim brzinama.

Za proučavanje raspodjele tlaka u poprečnim presjecima kanala, rašireni su češljevi ukupnog i statičkog tlaka koji sadrže nekoliko prijemnika ili kombinirani češljevi koji imaju prijemnik i ukupnog i statičkog tlaka. Pri mjerenju u strujama sa složenom strukturom protoka (komore za izgaranje, međukrilni kanali turbostrojeva), orijentirani i neorijentirani prijemnici tlaka koriste se za određivanje vrijednosti ukupnog i statičkog tlaka i smjera vektora brzine. Prvi od njih namijenjeni su mjerenjima u dvodimenzionalnim strujanjima, a njihov dizajn omogućuje rotacijom postavljanje prijemnika u određeni položaj u odnosu na lokalni vektor brzine strujanja.

Neorijentirani prijemnici opremljeni su s nekoliko prihvatnih otvora (5...7), koji su izrađeni u stijenkama cilindra ili kugle malog promjera (3...10 mm) ili se nalaze na krajevima cijevi izrezanih na određenim mjestima. kutovi (promjer 0,5 ... 2 mm ), kombinirani u jednu strukturnu jedinicu (Sl. 3.5). Pri strujanju oko prijemnika, oko njega se stvara određena raspodjela tlaka. Pomoću vrijednosti tlaka izmjerenih pomoću prihvatnih otvora i rezultata preliminarne kalibracije prijemnika u aerodinamičkom tunelu moguće je odrediti vrijednosti ukupnog i statičkog tlaka te lokalni smjer brzine strujanja.

Pri nadzvučnim brzinama strujanja dolazi do udara ispred prijemnika tlaka, pa se to mora uzeti u obzir pri obradi rezultata mjerenja. Na primjer, iz izmjerenih vrijednosti statičkog tlaka u protoku p i ukupnog tlaka iza izravnog udara p * ", moguće je odrediti broj M koristeći Rayleighovu formulu, a zatim vrijednost ukupnog tlaka u toku:

Pri ispitivanju motora i njihovih elemenata koriste se različiti uređaji za mjerenje tlaka (deformacija pokazivača, tekućina, manometri za grupno snimanje), koji operateru omogućuju kontrolu načina rada eksperimentalnih objekata. U informacijsko-mjernim sustavima koriste se različiti primarni pretvarači. U pravilu, tlak, odnosno razlika tlaka (npr. između mjerenog i atmosferskog, između punog i statičkog itd.), djeluje na elastični osjetljivi element (membranu), čija se deformacija pretvara u električni signal. Najčešće se u tu svrhu koriste induktivni i deformacijsko osjetljivi pretvarači kod mjerenja stalnih i sporo promjenjivih tlakova, a piezokristalni i induktivni pretvarači kod mjerenja promjenljivih tlakova.

Riža. 3.5. Shema petokanalnog prijemnika tlaka:

C x , C y , C z - komponente vektora brzine; p i - izmjerene vrijednosti tlaka

Kao primjer, na sl. 3.6 prikazuje dijagram pretvarača Sapphire-22DD. Pretvarači ove vrste dostupni su u nekoliko modifikacija dizajniranih za mjerenje nadtlaka, diferencijalnog tlaka, vakuuma, apsolutnog tlaka, nadtlaka i vakuuma u različitim rasponima. Elastični osjetljivi element je metalna membrana 2, na koju je na vrhu zalemljena safirna membrana s raspršenim silikonskim mjeračima napetosti. Izmjerena razlika tlaka djeluje na blok koji se sastoji od dvije dijafragme 5. Kada se njihovo središte pomakne, sila se prenosi na polugu 3 uz pomoć šipke 4, što dovodi do deformacije membrane 2 s mjeračima naprezanja. Električni signal s mjerača napetosti ulazi u elektroničku jedinicu 4, gdje se pretvara u jedinstveni signal - istosmjerna struja 0...5 ili 0...20 mA. Električno napajanje pretvarača vrši se iz istosmjernog izvora napona 36 V.

Prilikom mjerenja promjenjivih (na primjer, pulsirajućih) tlakova, preporučljivo je približiti primarni pretvarač što je moguće bliže mjestu mjerenja, budući da prisutnost pneumatskog voda unosi značajne promjene u amplitudno-frekvencijsku karakteristiku mjernog sustava. Ograničenje u tom smislu je metoda bez drenaže, u kojoj se minijaturni pretvarači tlaka montiraju u ravnini s površinom koja teče oko protoka (stjenka kanala, lopatica kompresora itd.). Poznati pretvarači visine 1,6 mm i promjera membrane 5 mm. Također se koriste sustavi s prijemnicima tlaka i valovodima (l ~ 100 mm) (metoda daljinskih prijamnika tlaka), u kojima se radi poboljšanja dinamičke

karakteristike, koriste se korektivne akustičke i električne veze.

Kod velikog broja mjernih točaka u mjernim sustavima mogu se koristiti posebne brze pneumatske sklopke koje omogućuju serijsku vezu na jedan pretvarač nekoliko desetaka mjernih točaka.

Kako bi se osigurala visoka točnost, potrebno je povremeno kontrolirati instrumente za mjerenje tlaka u radnim uvjetima pomoću automatskih regulatora.

Mjerenje temperature

Za mjerenje temperature koriste se različiti mjerni instrumenti. Termoelektrični termometar (termopar) sastoji se od dva vodiča izrađena od različitih materijala, međusobno spojenih (zavarenih ili lemljenih) krajevima (spojnicama). Ako su temperature spojeva različite, tada će u krugu teći struja pod djelovanjem termoelektromotorne sile čija vrijednost ovisi o materijalu vodiča i o temperaturama spojeva. Tijekom mjerenja, u pravilu, jedan od spojeva je termostatiran (za to se koristi led koji se topi). Tada će EMF termoelementa biti jedinstveno povezan s temperaturom "vrućeg" spoja.

Različiti vodiči mogu biti uključeni u termoelektrični krug. U tom slučaju, rezultirajući EMF neće se promijeniti ako su svi spojevi na istoj temperaturi. Ovo se svojstvo temelji na upotrebi tzv. produžnih žica (sl. 3.7), koje su spojene na termoelektrode ograničene duljine, i tako čime se štedi skupi materijal. Istodobno je potrebno osigurati jednakost temperatura na mjestima spajanja produžnih žica (T c) i termoelektrični identitet njihovog glavnog termoelementa u rasponu mogućih promjena temperature T c i T 0 (obično ne više od 0...200°C). U praktičnoj uporabi termoparova mogu postojati slučajevi kada je temperatura T 0 različita od 0°C. Zatim, da uzmemo u obzir ovu okolnost, EMF termoelementa treba definirati kao E \u003d E meas + DE (T 0) i pronaći vrijednost temperature iz kalibracijske ovisnosti. Ovdje E meas - izmjerena vrijednost EMF; DE(T 0) je EMF vrijednost koja odgovara vrijednosti T 0 i određena kalibracijskom ovisnošću. Kalibracijske ovisnosti za termoparove dobivaju se pri temperaturi "hladnih" spojeva T 0 jednakoj 0°C. Ove se ovisnosti donekle razlikuju od linearnih. Kao primjer, na sl. 3.8 prikazuje kalibracijsku ovisnost za platina-rodij-platina termopar.

Neke karakteristike najčešćih termoparova dane su u tablici. 3.1.

U praksi su najčešći termoelementi s promjerom elektrode od 0,2 ... 0,5 mm. Električna izolacija elektroda postiže se namotavanjem azbestnih ili silikatnih niti, zatim impregniranjem lakom postojanim na toplinu, stavljanjem termoelektroda u keramičke cijevi ili na njih nanizanim komadićima tih cijevi (“perlama”). Termoparovi kabelskog tipa, koji su dvije termoelektrode smještene u ljusku tankih stijenki izrađenu od čelika otpornog na toplinu, postali su široko rasprostranjeni. Za izolaciju termoelektroda, unutarnja šupljina ljuske puni se MgO ili Al 2 O 3 prahom. Vanjski promjer ljuske je 0,5 ... 6 mm.

Tablica 3.1

Za ispravno mjerenje temperature konstrukcijskih elemenata, termoparovi moraju biti zabrtvljeni na način da vrući spoj i termoelektrode u njegovoj blizini ne strše iznad površine i da se uvjeti za prijenos topline s površine kontrolirane temperature ne poremete zbog ugradnja termoelementa. Kako bi se smanjila pogreška mjerenja zbog odljeva (ili dotoka) topline iz vrućeg spoja duž termoelektroda zbog toplinske vodljivosti, termoelektrode na određenoj udaljenosti u blizini spoja (7 ... 10 mm) trebaju biti položene približno duž izoterme. . Shema završetka termoelementa koji zadovoljava navedene zahtjeve prikazana je na sl. 3.9. Dio ima utor dubine 0,7 mm, u koji se postavlja spoj i termoelektrode uz njega; spoj je zavaren na površinu kontaktnim zavarivanjem; utor je zatvoren folijom debljine 0,2 ... 0,3 mm.

Izlaz termoelektroda iz unutarnjih šupljina motora ili njegovih komponenti provodi se kroz priključak. U tom slučaju potrebno je osigurati da termoelektrode previše ne ometaju strujnu strukturu i da njihova izolacija ne bude oštećena zbog trenja jedna o drugu i o oštre rubove strukture.

Pri mjerenju temperatura rotirajućih elemenata, očitanja termoelemenata se uzimaju pomoću četkica ili živinih kolektora struje. Također se razvijaju i beskontaktni sakupljači struje.

Dijagrami termoparova koji se koriste za mjerenje temperature protoka plina prikazani su na sl. 3.10. Vrući spoj 1 je kugla promjera d 0 (termalne elektrode mogu biti i sučeono zavarene); termoelektrode 2 u blizini spoja fiksirane su u izolacijsku dvokanalnu keramičku cijev 3, a zatim izvađene iz kućišta 4. Na slici je prikazano da je kućište 4 vodeno hlađeno (hlađenje je potrebno kada se mjere temperature veće od 1300 .. .. 1500 K), dovod i odvod rashladne vode vrši se preko priključka 5 .

Pri visokim temperaturama plina nastaju metodološke pogreške zbog odvođenja topline sa spoja uslijed provođenja topline kroz termoelektrode na tijelo termopara i zračenja u okolinu. Gubici topline zbog toplinske vodljivosti mogu se gotovo potpuno eliminirati pružanjem produžetka izolacijske cijevi jednakog 3 ... 5 njegovih promjera.

Da bi se smanjilo uklanjanje topline zračenjem, koristi se zaštita termoparova (slika 3.10, b, c). Ovo također štiti spoj od oštećenja, a usporavanje protoka unutar oklopa pomaže povećati faktor oporavka temperature pri mjerenju u brzim protokima.

Također je razvijena metoda za određivanje temperature plina iz očitanja dvaju termoparova s termoelektrodama različitih

Riža. 3.9. Shema završetka termoelementa za mjerenje temperature elemenata komore za izgaranje

Riža. 3.10. Krugovi termoparova za mjerenje temperature plina:

a - termoelement otvorenog spoja, b, c - oklopljeni termoparovi; g - dvospojni termoelement; 1 - spoj: 2 - termoelektrode; 3 - keramička cijev; 4 - tijelo; 5 - spojnice za dovod i odvod vode

promjer (slika 3.10, d), što omogućuje uzimanje u obzir uklanjanja topline zračenjem.

Tromost termoparova ovisi o dizajnu. Dakle, vremenska konstanta varira od 1...2 s za termoparove s otvorenim spojem do 3...5 s za oklopljene termoparove.

Pri proučavanju temperaturnih polja (na primjer, iza turbine, komore za izgaranje itd.) Koriste se češljevi termoelementa, au nekim slučajevima ugrađeni su u rotirajuće kupole, što omogućuje dovoljno detaljno određivanje raspodjele temperature po cijeloj poprečni presjek.

Djelovanje otpornog termometra temelji se na promjeni otpora vodiča s promjenom temperature. Kao električni otpor koristi se žica promjera 0,05 ... 0,1 mm, izrađena od bakra (t \u003d -50 ... + 150 ° C), nikla (t \u003d -50 ... 200 ° C) ili platine ( t=-200...500°S).

Žica je namotana na okvir i postavljena u kućište. Otporni termometri su vrlo precizni i pouzdani, ali ih karakterizira visoka inercija i nisu prikladni za mjerenje lokalnih temperatura. Otporni termometri služe za mjerenje temperature zraka na ulazu u motor, temperature goriva, ulja itd.

Tekući termometri koriste svojstvo toplinske ekspanzije tekućine. Kao radne tekućine koriste se živa (t=-30...+700°C), alkohol (t=-100...+75°C) itd. Tekućinski termometri služe za mjerenje temperature tekućih i plinovitih medija u laboratorijskim uvjetima, kao i kod kalibracije drugih instrumenata.

Optičke metode mjerenja temperature temelje se na zakonima toplinskog zračenja zagrijanih tijela. U praksi se mogu primijeniti tri vrste pirometara: pirometri svjetline, čiji se rad temelji na promjeni toplinskog zračenja tijela s temperaturom na određenoj fiksnoj valnoj duljini; pirometri u boji koji koriste temperaturnu promjenu raspodjele energije unutar određenog dijela spektra zračenja; radijacijski pirometri koji se temelje na temperaturnoj ovisnosti ukupne količine energije koju tijelo emitira.

Trenutno su pri ispitivanju motora za mjerenje temperature konstrukcijskih elemenata primijenjeni pirometri svjetline stvoreni na temelju fotoelektričnih prijemnika energije zračenja. Kao primjer, shema instalacije pirometra tijekom mjerenja temperature lopatica turbine na motoru koji radi prikazana je na sl. 32.11. Uz pomoć leće 2, "vidno polje" primarnog pretvarača ograničeno je na malo (5...6 mm) područje. Pirometar "ispituje" rub i dio stražnje strane svake oštrice. Zaštitno staklo 1, izrađeno od safira, štiti leću od onečišćenja i pregrijavanja. Signal kroz svjetlovod 3 prenosi se na fotodetektor. Zbog male inercije, pirometar vam omogućuje kontrolu temperature svake oštrice.

Za mjerenje temperatura konstrukcijskih elemenata motora mogu se koristiti indikatori temperature boje (termoboje ili termolakovi) - složene tvari koje po dostizanju određene temperature (prijelazna temperatura) dramatično mijenjaju boju zbog kemijske interakcije komponente ili fazni prijelazi koji se u njima događaju.

Riža. 3.11. Shema ugradnje pirometra na motor:

(a) (1 - dovod zraka za upuhivanje; 2 - primarni pretvarač) i dijagram primarnog pretvarača

(b) (1 - zaštitno staklo; 2 - leća; 3 - svjetlovod)

Termo boje i termo lakovi, kada se nanesu na čvrstu površinu, nakon sušenja otvrdnu i formiraju tanki film, koji je u stanju promijeniti boju na prijelaznoj temperaturi. Na primjer, bijela termo boja TP-560 postaje bezbojna kada se postigne t=560 °C.

Uz pomoć toplinskih indikatora možete otkriti zone pregrijavanja u elementima motora, uključujući teško dostupna mjesta. Složenost mjerenja je niska. Međutim, njihova je uporaba ograničena, jer nije uvijek moguće utvrditi u kojem je načinu postignuta maksimalna temperatura. Osim toga, boja toplinskog indikatora ovisi o vremenu izlaganja temperaturi. Stoga toplinski indikatori u pravilu ne mogu zamijeniti druge metode mjerenja (na primjer, pomoću termoparova), ali pružaju dodatne informacije o toplinskom stanju predmeta koji se proučava.

Rad mjernih pretvornika odvija se u otežanim uvjetima, budući da je predmet mjerenja u pravilu složen, višestruk proces koji karakteriziraju mnogi parametri od kojih svaki zajedno s drugim parametrima djeluje na mjerni pretvornik. Zanima nas samo jedan parametar, koji se zove izmjerena vrijednost, a uzimaju se u obzir i svi ostali procesni parametri smetnje. Stoga svaki odašiljač ima svoj vlastiti prirodna ulazna količina,što ga najbolje opaža na pozadini smetnji. Na sličan način može se razlikovati prirodna izlazna vrijednost mjerni pretvarač.

S gledišta vrste signala na svom izlazu, neelektrični pretvarači u električni mogu se podijeliti na generatorske koji proizvode naboj, napon ili struju (izlazna vrijednost E \u003d F (X) ili I \u003d F (X ) i unutarnji otpor ZBH \u003d const), i parametarski s izlaznim otporom, induktivnošću ili kapacitivnošću, koji se mijenjaju u skladu s promjenom ulazne vrijednosti (EMF E \u003d 0 i izlazna vrijednost u obliku promjene R, L odnosno C u funkciji X).

Razlika između generatorskih i parametarskih pretvarača je zbog njihovih ekvivalentnih električnih krugova, koji odražavaju temeljne razlike u prirodi fizičkih pojava korištenih u pretvaračima. Generatorski pretvarač je izvor izravno emitiranog električnog signala, a mjerenje promjena parametara parametarskog pretvarača provodi se neizravno, promjenom struje ili napona kao rezultat njegovog obveznog uključivanja u krug s vanjskim napajanjem izvor. Električni krug izravno povezan s parametarskim pretvaračem generira njegov signal. Dakle, kombinacija parametarskog pretvarača i električnog kruga je izvor električnog signala.

Prema fizikalnom fenomenu koji je u osnovi rada i vrsti ulazne fizičke veličine, generatorski i parametarski pretvarači dijele se na više vrsta (slika 2.3):

Generator - na piezoelektrični,

termoelektrični, itd.;

Otporni - na dodir,

Reostat, itd.;

Elektromagnetsko - do induktivno,

Transformator, itd.

Prema vrsti modulacije, svi IP-ovi su podijeljeni u dvije velike skupine: amplituda i frekvencija, vrijeme, faza. Posljednje tri sorte imaju mnogo toga zajedničkog i stoga su spojene u jednu skupinu.

Riža. 2.3. Podjela mjernih pretvarača neelektričnih veličina na električne.

2. Po prirodi transformacije, ulazne vrijednosti:

linearno;

Nelinearno.

3. Prema principu rada primarni mjerni pretvarači (PMT) dijele se na:

Generator;

Parametarski.

Izlazni signal generatora PIP je EMF, napon, struja i električni naboj, funkcionalno povezan s izmjerenom vrijednošću, na primjer, EMF termoelementa.

Kod parametarskih PIP-ova izmjerena vrijednost uzrokuje proporcionalnu promjenu parametara električnog kruga: R, L, C.

Generatori uključuju:

indukcija;

Piezoelektrični;

Neke vrste elektrokemijskih.

Otporni IP - pretvoriti izmjerenu vrijednost u otpor.

Elektromagnetski IP – pretvaraju u promjenu induktiviteta ili međusobne induktivnosti.

Kapacitivni IP – pretvara se u promjenu kapacitivnosti.

Piezoelektrična napajanja - pretvaraju dinamičku silu u električni naboj.

Galvanomagnetski IP - na temelju Hallovog efekta pretvaraju djelujuće magnetsko polje u EMF.

Toplinska IP - izmjerena temperatura se pretvara u vrijednost toplinskog otpora ili EMF.

Optoelektronički IP - pretvaranje optičkih signala u električne signale.

Za senzore, glavne karakteristike su:

Raspon radne temperature i pogreška u ovom rasponu;

Generalizirani ulazni i izlazni otpori;

frekvencijski odziv.

U industrijskim primjenama, pogreška senzora koji se koriste u kontrolnim procesima ne smije biti veća od 1-2%. A za kontrolne zadatke - 2 - 3%.

2.1.3. Sheme za uključivanje primarnih mjernih pretvarača

Primarni mjerni pretvarači su:

Parametarski;

Generator.

Sheme za uključivanje parametarskih primarnih mjernih pretvarača dijele se na:

Sekvencijalno povezivanje:

Diferencijalno prebacivanje:

S jednim primarnim mjernim pretvaračem;

S dva primarna mjerna pretvarača;

Preklopni krugovi mosta:

Simetrični neuravnoteženi most s jednim aktivnim krakom;

Simetrični neuravnoteženi most s dva aktivna kraka;

Simetrični neuravnoteženi most s četiri aktivna kraka.

Sheme za uključivanje mjernih pretvarača generatora dijele se na:

Sekvencijalno;

diferencijal;

Kompenzacijski.

Generatori ne trebaju izvor energije, dok parametrički trebaju. Vrlo često se generatori mogu predstaviti kao izvor EMF-a, a parametarski kao aktivni ili reaktivni otpornik, čiji se otpor mijenja s promjenom izmjerene vrijednosti.

Sekvencijalno i diferencijalno prebacivanje može se primijeniti i na parametarsko i na generatorsko napajanje. Shema kompenzacije - generatoru. Most - do parametarskog.

2.1.3.1. Sheme serijskog povezivanja parametarskih mjernih pretvarača

Sekvencijalno spajanje jednog parametarskog mjernog pretvarača (Sl. 2.4):

Riža. 2.4. Sekvencijalno povezivanje jednog parametarskog IP-a.

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"> - trenutna osjetljivost;

- osjetljivost na napon;

Osjetljivost na snagu;

Riža. 2.5. Izlazne karakteristike serijski spojenog IP-a:

a - pravi; b je idealan.

Sekvencijalno spajanje dvaju parametarskih mjernih pretvarača (sl. 2.6).

sl.2.6. Sekvencijalno povezivanje dvaju parametarskih IP-ova.

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

Električni mjerni instrumenti naširoko se koriste za mjerenje neelektričnih veličina. To je postalo moguće zahvaljujući upotrebi posebnih pretvarača (PR).

Izlazni signali takvih pretvarača prenose se u obliku parametara strujnog kruga ili EMF (naboja) povezanih s ulaznim signalom funkcionalnom ovisnošću. Prvi se nazivaju parametarski, drugi - generator.

Od parametarskih pretvornika najširu primjenu imaju reostatski, deformacijski, termoosjetljivi, elektrolitički, ionizacijski, induktivni i kapacitivni uređaji.

Reostatski pretvarači oni su izolirani okvir na koji su namotani vodič i četka koja se kreću duž zavoja. Njihov izlazni parametar je otpor kruga.

Izmjerena vrijednost Pr može biti pravocrtno ili kružno kretanje četke. Poboljšanjem sustava opažanja, Pr se može koristiti za određivanje pritiska ili mase pod kojom će se klizač kretati.

Za navijanje reostata koriste se materijali čija otpornost malo ovisi o vanjskim čimbenicima (temperatura, tlak, vlažnost itd.). Takvi materijali mogu biti nikrom, fehral, konstantan ili manganin. Promjenom oblika i presjeka jezgre (prema tome se mijenja i duljina jednog zavoja) moguće je postići nelinearnu ovisnost otpora strujnog kruga o kretanju klizača.

Prednost reostatskih pretvarača je jednostavnost njihovog dizajna. Međutim, nemoguće je točno odrediti pomak ako se izlazni otpor mijenja unutar jednog okreta. Ovo je glavni nedostatak takvih Pr, i karakterizira njihovu grešku.

Pretvornici osjetljivi na naprezanje (TSChPr). Njihov rad temelji se na promjeni aktivnog otpora vodiča pod utjecajem pritiska ili mehaničke deformacije. Ova pojava se naziva efekt tenzora.

Ulazni signal za TFPR može biti napetost, kompresija ili druga vrsta deformacije dijelova opreme, metalnih konstrukcija, izlazni signal je promjena otpora pretvarača.

Osjetljivi na naprezanje su tanka podloga od papira ili filma i na nju zalijepljena žica vrlo malog presjeka. Kao prihvatni element obično se koristi konstantanska žica, koja ima temperaturno neovisan otpor, promjera 0,02-0,05 mm. Također se koriste folijski TFPR i filmski mjerači naprezanja.

TF pretvornik se lijepi na mjereni dio na način da se os linearnog širenja dijela poklapa s uzdužnom osi TFC-a. Sa širenjem mjerenog objekta povećava se duljina TFC-a, odnosno mijenja se njegov otpor.

Prednost takvih uređaja je linearnost, jednostavnost dizajna i instalacije. Nedostaci uključuju nisku osjetljivost.

Termički osjetljivi pretvornici (TRPr). Kao glavni elementi takvih uređaja koriste se termistori, toplinske diode, termotranzistori itd. Termoelement je uključen u električni krug na način da kroz njega prolazi struja kruga i utječe na temperaturu mjerenog elementa.

Uz njihovu pomoć mogu se mjeriti temperatura, viskoznost, toplinska vodljivost, brzina kretanja i drugi parametri medija u kojem se element nalazi.

Za mjerenja u temperaturnom području -260°C do +1100°C koriste se platinasti termistori, u području -200°C do +200°C - bakreni. U temperaturnom području od -80°C do +150°C, kada je potrebna posebna točnost, koriste se termalne diode i termalni tranzistori.

TRPR prema načinu rada dijelimo na pregrijavanje i bez predgrijavanja. Uređaji bez predgrijanja koriste se samo za mjerenje temperature medija, jer struja koja teče u njima ne utječe na njihovo zagrijavanje. Otpor elementa točno određuje temperaturu medija.

Način rada druge vrste toplinskih pretvarača povezan je s njihovim predgrijavanjem na unaprijed određenu vrijednost. Zatim se stavljaju u medij koji se mjeri i prati se promjena njegovog otpora.

Po brzini promjene otpora može se prosuditi koliko intenzivno dolazi do hlađenja ili zagrijavanja, što znači da je moguće odrediti brzinu kretanja mjerene tvari, njenu viskoznost i druge parametre.

Poluvodički TPRr su osjetljiviji od termistora, pa se koriste u području preciznih mjerenja. Međutim, njihov značajan nedostatak je uzak temperaturni raspon i slaba obnovljivost statičkih karakteristika uređaja.

Elektrolitički pretvarači (ELP). Koristi se za određivanje koncentracije otopina, budući da električna vodljivost otopina značajno ovisi o stupnju koncentracije soli u njima.

ELP je posuda s dvije elektrode. Na elektrode se dovodi napon, tako da je električni krug zatvoren kroz sloj elektrolita. Takvi se pretvarači koriste na izmjeničnoj struji, budući da pod utjecajem istosmjerne struje elektrolit disocira na pozitivne i negativne ione, što dovodi do pogreške u mjerenjima.

Drugi nedostatak ELP-a je ovisnost vodljivosti elektrolita o temperaturi, zbog čega je potrebno održavati stalnu temperaturu uz pomoć rashladnih ili grijaćih instalacija.

Induktivni i kapacitivni pretvarači. Kao što naziv implicira, izlazni parametri takvih uređaja su induktivitet i kapacitet. Izmjerena vrijednost jednostavnog induktivnog Pr može biti pomak od 10 do 15 mm, za induktivni transformator Pr s otvorenim sustavom, ta se vrijednost može povećati na 100 mm. Kapacitivni Pr koriste se za mjerenje pomaka reda veličine 1 mm.

Induktivni Pr su dva induktora postavljena na otvorenu jezgru. Na međusobnu induktivnost zavojnica utječu parametri kao što su: duljina zračnog raspora otvorenog dijela, površina poprečnog presjeka zračnog raspora, magnetska propusnost zračnog raspora.

Dakle, mjerenjem međusobnog induktiviteta zavojnica može se utvrditi koliko su se gornji parametri promijenili. I mogu se promijeniti kada se dielektrična ploča pomiče u zračnom rasporu. To je osnova principa rada induktivnog pr.

Načelo rada kapacitivnog Pr temelji se na promjeni kapaciteta kondenzatora sa smanjenjem aktivnog područja ploča, promjenom udaljenosti između ploča kondenzatora i promjenom dielektrične konstante međupločni prostor.

Kapacitivni pretvarači imaju veću osjetljivost na promjene ulaznih parametara. Kapacitivni Pr je u stanju otkriti promjenu u kapacitetu čak i kada se pomakne za tisućinke milimetra.

Ionizacijski pretvarači. Princip rada uređaja temelji se na pojavi ionizacije plina i drugih medija pod utjecajem ionizirajućeg zračenja, koje se može koristiti kao ionizirajuće α-, β- i γ-zračenje radioaktivnih tvari, odnosno X-zrake.

Ako je plinska komora izložena zračenju, tada će električna struja teći kroz elektrode. Veličina ove struje ovisit će o sastavu plina, dimenzijama elektroda, udaljenosti između elektroda i primijenjenom naponu.

Mjerenjem električne struje u strujnom krugu, s poznatim sastavom medija, razmakom između elektroda, primijenjenim naponom, moderno je odrediti veličinu elektroda, ili obrnuto, druge parametre. Koriste se za mjerenje dimenzija dijelova ili sastava plina itd.

Glavna prednost ionizirajućeg Pr je mogućnost beskontaktnog mjerenja u agresivnim sredinama, pod visokim tlakom ili temperaturom. Nedostatak takvih Pr je potreba biološke zaštite osoblja od izloženosti zračenju.

Otporni termometri. Otporni termometri, kao i termoparovi, dizajnirani su za mjerenje temperature plinovitih, čvrstih i tekućih tijela, kao i površinskih temperatura. Načelo rada termometara temelji se na korištenju svojstva metala i poluvodiča da mijenjaju svoj električni otpor s temperaturom. Za vodiče od čistih metala ova ovisnost u temperaturnom području od –200 °C do 0 °C ima oblik:

R t \u003d R 0,

i u temperaturnom području od 0 °S do 630 °S

R t \u003d R 0,

Gdje R t, R 0 - otpor vodiča pri temperaturi t i 0 °S; A, B, C - koeficijenti; t- temperatura, °S.

U temperaturnom području od 0 °C do 180 °C ovisnost otpora vodiča o temperaturi opisuje se približnom formulom

R t \u003d R 0,

Gdje α - temperaturni koeficijent otpora materijala vodiča (TCS).

Za gole metalne vodiče α≈ 6-10 -3 ...4-10 -3 stupnjeva -1 .

Mjerenje temperature otpornim termometrom svodi se na mjerenje njegovog otpora R t, s naknadni prijelaz na temperaturu prema formulama ili kalibracijskim tablicama.

Razlikovati žičane i poluvodičke otporne termometre. Žičani otporni termometar je tanka žica izrađena od čistog metala, pričvršćena na okvir od materijala otpornog na temperaturu (osjetljivi element), smještena u zaštitnu armaturu (slika 5.4).

Riža. 5.4. Senzorni element termometra otpora

Izvodi osjetnog elementa spojeni su na glavu termometra. Odabir za proizvodnju otpornih termometara od žica od čistih metala, a ne od legura, je zbog činjenice da je TCR čistih metala veći od TCR legura i stoga su termometri na bazi čistih metala osjetljiviji.

Industrija proizvodi otporne termometre od platine, nikla i bakra. Kako bi se osigurala zamjenjivost i jednolika kalibracija termometara, njihove vrijednosti otpora su standardizirane R0 i TKS.

Poluvodički otporni termometri (termistori) su kuglice, diskovi ili šipke izrađene od poluvodičkog materijala s izvodima za spajanje na mjerni krug.

Industrija komercijalno proizvodi mnoge vrste termistora u različitim izvedbama.

Veličine termistora su obično male - oko nekoliko milimetara, a neke vrste su desetinke milimetra. Za zaštitu od mehaničkih oštećenja i izloženosti okolišu, termistori su zaštićeni staklenim ili emajliranim premazima, kao i metalnim kućištima.

Termistori obično imaju otpor od jedinica do stotina kilo-oma; njihov TCS u radnom temperaturnom području je za red veličine veći nego kod žičanih termometara. Kao materijali za radno tijelo termistora koriste se mješavine oksida nikla, mangana, bakra, kobalta, koje se pomiješaju s vezivom, daju mu željeni oblik i sinteriraju se na visokoj temperaturi. Termistori se koriste za mjerenje temperatura u rasponu od -100 do 300°C. Tromost termistora je relativno mala. Njihovi nedostaci uključuju nelinearnost temperaturne ovisnosti otpora, nedostatak međusobne zamjenjivosti zbog velikog raspona nominalnog otpora i TCR, kao i nepovratnu promjenu otpora tijekom vremena.

Za mjerenja u temperaturnom području blizu apsolutne nule koriste se germanijski poluvodički termometri.

Mjerenje električnog otpora termometara provodi se pomoću istosmjernih i izmjeničnih mostova ili kompenzatora. Značajka termometrijskih mjerenja je ograničenje mjerne struje kako bi se isključilo zagrijavanje radnog tijela termometra. Za žičane otporne termometre preporuča se odabrati takvu mjernu struju da snaga koju troši termometar ne prelazi 20 ... 50 mW. Dopuštena disipacija snage kod termistora je puno manja i preporuča se odrediti eksperimentalno za svaki termistor.

Pretvarači osjetljivi na naprezanje (senzori). U praksi projektiranja često je potrebno mjeriti mehanička naprezanja i deformacije u konstrukcijskim elementima. Najčešći pretvarači ovih veličina u električni signal su tenzometri. Rad mjerača naprezanja temelji se na svojstvu metala i poluvodiča da mijenjaju svoj električni otpor pod djelovanjem sila koje djeluju na njih. Najjednostavniji mjerač naprezanja može biti komad žice kruto pričvršćen na površinu deformabilnog dijela. Istezanje ili sabijanje dijela uzrokuje proporcionalno rastezanje ili sabijanje žice, uslijed čega se mijenja njezin električni otpor. Unutar granica elastičnih deformacija, relativna promjena otpora žice povezana je s njezinim relativnim produljenjem relacijom

ΔR/R=K Τ Δl/l,

Gdje l, R- početna duljina i otpor žice; Δl, ∆R- prirast duljine i otpora; K Τ - faktor mjerenja naprezanja.

Vrijednost koeficijenta tenzometra ovisi o svojstvima materijala od kojeg je tenzometar izrađen, kao i o načinu pričvršćivanja tenzometra na proizvod. Za metalne žice od raznih metala K Τ= 1... 3,5.

Razlikovati žičane i poluvodičke mjerače naprezanja. Za izradu žičanih mjerača naprezanja koriste se materijali koji imaju dovoljno visok koeficijent osjetljivosti na naprezanje i nizak temperaturni koeficijent otpora. Najčešće korišteni materijal za izradu žičanih mjerača naprezanja je konstantanska žica promjera 20 ... 30 mikrona.

Strukturno, žičani mjerači naprezanja su rešetka koja se sastoji od nekoliko petlji žice zalijepljene na tanku papirnu (ili drugu) podlogu (slika 5.5). Ovisno o materijalu podloge, mjerači naprezanja mogu raditi na temperaturama od -40 do +400 °C.

Riža. 5.5. Tenziometar

Postoje izvedbe mjerača naprezanja pričvršćenih na površinu dijelova uz pomoć cementa, koji mogu raditi na temperaturama do 800 °C.

Glavne karakteristike mjerača naprezanja su nazivni otpor R, baza l i mjerni faktor K Τ . Industrija proizvodi širok raspon mjerača naprezanja s osnovnom veličinom od 5 do 30 mm , nazivni otpori od 50 do 2000 Ohma, s faktorom mjerenja naprezanja od 2 ± 0,2.

Daljnji razvoj žičanih tenzometara su folijski i filmski tenzometari, čiji je osjetljivi element rešetka folijskih traka ili najtanjeg metalnog filma nanesenog na podloge na bazi laka.

Mjerači naprezanja izrađuju se na bazi poluvodičkih materijala. Efekt deformacije je najizraženiji kod germanija, silicija itd. Glavna razlika između poluvodičkih tenzometara i žičanih tenzometara je velika (do 50%) promjena otpora tijekom deformacije zbog velike vrijednosti koeficijenta deformacije.

Induktivni pretvarači. Induktivni pretvarači služe za mjerenje pomaka, dimenzija, odstupanja oblika i rasporeda površina. Pretvarač se sastoji od fiksne zavojnice s magnetskom jezgrom i armature, koja je također dio magnetske jezgre, koja se kreće u odnosu na zavojnicu. Da bi se dobio što veći induktivitet, magnetski krug zavojnice i armature izrađeni su od feromagnetskih materijala. Kada se armatura (povezana, na primjer, sa sondom mjernog uređaja) pomiče, induktivitet zavojnice se mijenja i, posljedično, mijenja se struja koja teče u namotu. Na sl. 5.6 prikazuje dijagrame induktivnih pretvarača s promjenjivim zračnim rasporom d (sl. 5.6 A) koristi se za mjerenje pomaka unutar 0,01 ... 10 mm; s promjenjivom površinom zračnog raspora S δ (Sl. 5.6 b) koristi se u rasponu od 5 ... 20 mm.

Riža. 5.6. Induktivni pretvarači pomaka

5.2. Operacijska pojačala

Operacijsko pojačalo (op-amp) je diferencijalno pojačalo istosmjerne struje s vrlo velikim pojačanjem. Za naponsko pojačalo prijenosna funkcija (pojačanje) dana je izrazom

Kako bi se pojednostavili izračuni dizajna, pretpostavlja se da idealno operacijsko pojačalo ima sljedeće karakteristike.

1. Dobitak otvorene petlje je beskonačan.

2. Ulazni otpor R d jednak je beskonačnosti.

3. Izlazni otpor R 0 = 0.

4. Propusnost je beskonačna.

5. V 0 \u003d 0 na V 1 \u003d V 2 (nema nultog prednapona).

Posljednja karakteristika je vrlo važna. Budući da je V 1 -V 2 \u003d V 0 / A, onda ako V 0 ima konačnu vrijednost, a koeficijent A je beskonačno velik (tipična vrijednost 100 000) imat ćemo

V 1 - V 2 \u003d 0 i V 1 \u003d V 2.

Budući da je ulazna impedancija za diferencijalni signal (V 1 - V 2)

je također vrlo velik, tada se može zanemariti struja kroz R d. Ove dvije pretpostavke uvelike pojednostavljuju razvoj sklopova na op-ampu.

Pravilo 1. Kada operacijsko pojačalo radi u linearnom području, isti naponi djeluju na njegova dva ulaza.

Pravilo 2. Ulazne struje za oba ulaza operativnog pojačala su nula.

Razmotrite osnovne blokove krugova na op-ampu. U većini ovih sklopova operacijsko pojačalo se koristi u konfiguraciji zatvorene petlje.

5.2.1. Unity Gain pojačalo

(pratitelj napona)

Ako u neinvertirajućem pojačalu postavimo R i jednako beskonačno, a R f jednako nuli, tada ćemo doći do sklopa prikazanog na sl. 5.7.

Prema pravilu 1, ulazni napon V i također djeluje na invertirajući ulaz op-amp, koji se izravno prenosi na izlaz sklopa. Stoga je V 0 = V i , a izlazni napon slijedi (replicira) ulazni napon. Za mnoge analogno-digitalne pretvarače, ulazna impedancija ovisi o vrijednosti analognog ulaznog signala. Uz pomoć sljedbenika napona osigurava se konstantan ulazni otpor.

5.2.2. Guje

Invertirajuće pojačalo može zbrojiti više ulaznih napona. Svaki ulaz zbrajala povezan je s invertirajućim ulazom operacijskog pojačala preko otpornika za težinu. Invertirajući ulaz naziva se čvor zbrajanja jer se ovdje zbrajaju sve ulazne struje i povratna struja. Osnovna shema spoja zbrajajućeg pojačala prikazana je na si. 5.8.

Kao u konvencionalnom invertirajućem pojačalu, napon na invertirajućem ulazu mora biti nula, stoga je struja koja teče u op-amp također nula. Tako,

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

Budući da na invertirajućem ulazu djeluje nulti napon, nakon odgovarajućih zamjena dobivamo

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

Otpornik Rf određuje ukupno pojačanje kruga. Otpor R1, R2, . . . R n postavite vrijednosti koeficijenata težine i ulazne impedancije odgovarajućih kanala.

5.2.3. Integratori

Integrator je elektronički sklop koji proizvodi izlazni signal koji je proporcionalan integralu (tijekom vremena) ulaznog signala.

Na sl. Na slici 5.9 prikazana je shema jednostavnog analognog integratora.Jedan izlaz integratora je spojen na sumirajući čvor, a drugi na izlaz integratora. Stoga je napon na kondenzatoru ujedno i izlazni napon. Izlazni signal integratora ne može se opisati jednostavnim algebarskim odnosom, budući da se s fiksnim ulaznim naponom izlazni napon mijenja brzinom određenom parametrima V i , R i C. Dakle, da bi se pronašao izlazni napon, morate znati trajanje ulaznog signala. Napon na inicijalno ispražnjenom kondenzatoru

gdje je i f kroz kondenzator, a t i je vrijeme integracije. Za pozitivno

Vi imamo i i = V i /R. Budući da je i f = i i , tada, uzimajući u obzir inverziju signala, dobivamo

Iz ovog odnosa slijedi da je V 0 određen integralom (sa suprotnim predznakom) ulaznog napona u rasponu od 0 do t 1, pomnoženim faktorom ljestvice 1/RC. Napon V ic je napon na kondenzatoru u početnom trenutku (t = 0).

5.2.4. Diferencijatori

Diferencijator proizvodi izlazni signal proporcionalan brzini promjene ulaznog signala tijekom vremena. Na sl. 5.10 prikazuje shemu spoja jednostavnog diferencijatora.

struje kroz kondenzator.

Ako je derivacija pozitivna, struja i i teče u takvom smjeru da se stvara negativan izlazni napon V 0 .

Tako,

Ova metoda diferencijacije signala izgleda jednostavna, ali u njegovoj praktičnoj primjeni postoje problemi s osiguranjem stabilnosti kruga na visokim frekvencijama. Nije svako operacijsko pojačalo prikladno za upotrebu u diferencijatoru. Kriterij odabira je brzina operacijskog pojačala: trebate odabrati operacijsko pojačalo s visokom maksimalnom brzinom uspona i velikim umnoškom pojačanja i propusnosti. Op-pojačala s tranzistorima s efektom polja velike brzine rade dobro u diferencijatorima.

5.2.5. Usporednici

Komparator je elektronički sklop koji uspoređuje dva ulazna napona i proizvodi izlazni signal koji ovisi o stanju ulaza. Osnovna shema spoja komparatora prikazana je na sl. 5.11.

Kao što vidite, ovdje operacijsko pojačalo radi s otvorenom povratnom spregom. Referentni napon se primjenjuje na jedan od njegovih ulaza, a nepoznati (usporedivi) napon se primjenjuje na drugi. Izlazni signal komparatora pokazuje je li razina nepoznatog ulaznog signala iznad ili ispod razine referentnog napona. U krugu na slici 5.11, referentni napon V r se dovodi na neinvertirajući ulaz, a nepoznati signal V i dovodi se na invertirajući ulaz.

Kada je V i > V r, izlaz komparatora je postavljen na napon V 0 = - V r (negativni napon zasićenja). Inače, dobivamo V 0 = +V r. Možete zamijeniti ulaze - to će dovesti do inverzije izlaznog signala.

5.3. Prebacivanje mjernih signala

U informacijskoj i mjernoj tehnici, pri provedbi analognih mjernih transformacija, često je potrebno napraviti električne veze između dvije ili više točaka mjernog kruga kako bi se izazvao potreban prijelazni proces, raspršila energija pohranjena u reaktivnom elementu (npr. isprazniti kondenzator), priključiti napajanje mjernog kruga, uključiti analognu memoriju ćelije, uzeti uzorak kontinuiranog procesa tijekom diskretizacije itd. Osim toga, mnogi mjerni instrumenti izvode mjerne transformacije sekvencijalno nad velikim brojem električnih veličina. raspoređeni u prostoru. Za realizaciju navedenog koriste se mjerne sklopke i mjerne tipke.

Mjerna sklopka je uređaj koji pretvara prostorno odvojene analogne signale u vremenski odvojene signale i obrnuto.

Mjerne sklopke za analogne signale karakteriziraju sljedeći parametri:

dinamički raspon promijenjenih vrijednosti;

pogreška koeficijenta prijenosa;

brzina (frekvencija preklapanja ili vrijeme potrebno za izvođenje jedne operacije preklapanja);

broj uključenih signala;

granični broj sklopki (za sklopke s kontaktnim mjernim tipkama).

Ovisno o vrsti mjernih tipki koje se koriste u prekidaču, kontaktne i beskontaktne sklopke.

Mjerni ključ je dvopolni sklop s izraženom nelinearnošću strujno-naponske karakteristike. Prijelaz ključa iz jednog stanja (zatvoreno) u drugo (otvoreno) izvodi se pomoću upravljačkog elementa.

5.4. Analogno digitalna pretvorba

Analogno-digitalna pretvorba je sastavni dio mjernog postupka. U pokaznim uređajima, ova operacija odgovara očitavanju numeričkog rezultata od strane eksperimentatora. Kod digitalnih i procesorskih mjernih instrumenata, analogno-digitalna pretvorba se izvodi automatski, a rezultat ide izravno na zaslon ili se unosi u procesor za izvođenje naknadnih pretvorbi mjerenja u numeričkom obliku.

Metode analogno-digitalne pretvorbe u mjerenjima razvijene su duboko i temeljito i svode se na prikaz trenutnih vrijednosti ulaznog djelovanja u fiksnim točkama u vremenu odgovarajućom kodnom kombinacijom (brojem). Fizička osnova analogno-digitalne pretvorbe je usmjeravanje i usporedba s fiksnim referentnim razinama. Najrasprostranjeniji su ADC-ovi bitnog kodiranja, sekvencijalnog brojanja, praćenja balansiranja i neki drugi. Problematika metodologije analogno-digitalne pretvorbe, koja je vezana uz razvojne trendove ADC-a i digitalnih mjerenja u nadolazećim godinama, uključuje posebice:

Uklonite dvosmislenost čitanja u ADC-ovima s najbržim podudaranjem, koji postaju sve češći s razvojem integrirane tehnologije;

Postizanje otpornosti na pogreške i poboljšanje mjeriteljskih karakteristika ADC-a temeljenih na redundantnom Fibonaccijevom brojevnom sustavu;

Primjena za analogno-digitalnu pretvorbu statističke ispitne metode.

5.4.1 D/A i A/D pretvarači

Digitalno-analogni (DAC) i analogno-digitalni pretvarači (ADC) sastavni su dio sustava za automatsko upravljanje i regulaciju. Osim toga, budući da je velika većina mjerenih fizikalnih veličina analogna, a njihova obrada, indikacija i registracija, u pravilu, provode se digitalnim metodama, DAC i ADC su pronašli široku primjenu u automatskim mjernim instrumentima. Tako su DAC i ADC dio digitalnih mjernih instrumenata (voltmetri, osciloskopi, spektralni analizatori, korelatori itd.), programibilni izvori napajanja, zasloni s katodnim cijevima, crtači grafikona, radarski sustavi instalacija za nadzor elemenata i mikrosklopova, važne su komponente razni pretvarači i generatori, računalni informacijski ulazno/izlazni uređaji. Široki izgledi za korištenje DAC-a i ADC-a otvaraju se u telemetriji i televiziji. Serijska proizvodnja malih i relativno jeftinih DAC i ADC omogućit će još širu primjenu diskretno-kontinuiranih metoda pretvorbe u znanosti i tehnologiji.

Postoje tri vrste DAC i ADC dizajna i tehnologije: modularni, hibridni i integrirani. Istodobno, udio proizvodnje integriranih sklopova (IC) DAC-a i ADC-a u ukupnom obujmu njihove proizvodnje stalno raste, čemu uvelike pridonosi široka uporaba mikroprocesora i digitalnih metoda obrade podataka. DAC je uređaj koji proizvodi izlazni analogni signal (napon ili struja) koji je proporcionalan ulaznom digitalnom signalu. U tom slučaju vrijednost izlaznog signala ovisi o vrijednosti referentnog napona U op, koji određuje punu skalu izlaznog signala. Ako se bilo koji analogni signal koristi kao referentni napon, tada će izlazni signal DAC-a biti proporcionalan umnošku ulaznog digitalnog i analog U ADC-u, digitalni kod na izlazu određen je omjerom pretvorenog ulaznog analognog signala prema referentnom signalu koji odgovara punoj skali. Ovaj odnos je također zadovoljen ako se referentni signal mijenja prema nekom zakonu. ADC se može smatrati mjeračem omjera ili djeliteljem napona s digitalnim izlazom.

5.4.2. Principi rada, osnovni elementi i blok dijagrami ADC

Trenutno je razvijen veliki broj tipova ADC-a koji zadovoljavaju različite zahtjeve. U nekim slučajevima prevladavajući zahtjev je visoka točnost, u drugima - brzina pretvorbe.

Prema principu rada, svi postojeći tipovi ADC mogu se podijeliti u dvije skupine: ADC s usporedbom ulaznog pretvorenog signala s diskretnim naponskim razinama i ADC integrirajućeg tipa.

ADC s usporedbom ulaznog konvertiranog signala s diskretnim razinama napona koristi proces pretvorbe, čija je bit generirati napon s razinama ekvivalentnim odgovarajućim digitalnim kodovima i usporediti te razine napona s ulaznim naponom kako bi se odredio digitalni ekvivalent ulaznog signala. U ovom slučaju, naponske razine mogu se formirati istovremeno, uzastopno ili kombinirano.

ADC sa serijskim brojanjem sa stepenastim pilastim naponom jedan je od najjednostavnijih pretvarača (sl. 5.12).

Signalom "Start" brojač se postavlja na nulto stanje, nakon čega, kako taktni impulsi dolaze na njegov ulaz s frekvencijom f t izlazni napon DAC-a raste linearno u koracima.

Kada napon U out dosegne vrijednost U in, usporedni krug prestaje brojati impulse u brojaču SC, a kod s izlaza potonjeg unosi se u memorijski registar. Kapacitet i razlučivost takvih ADC-ova određeni su kapacitetom i razlučivosti DAC-a koji se koristi u njegovom sastavu. Vrijeme pretvorbe ovisi o razini ulaznog napona koji se pretvara. Za ulazni napon koji odgovara vrijednosti pune skale, MF mora biti ispunjen i istovremeno mora generirati kod pune skale na DAC ulazu. To zahtijeva vrijeme pretvorbe n-bitnog DAC-a od (2 n - 1) puta vremena takta. Za brzu analogno-digitalnu pretvorbu, uporaba takvih ADC-ova je nepraktična.

U praćenje ADC(Sl. 5.13) zbrajanje Cch je zamijenjeno reverzibilnim brojačem Rch kako bi se pratile promjene ulaznog napona. CV izlazni signal određuje smjer brojanja ovisno o tome prelazi li ADC ulazni napon izlazni napon DAC-a.

Prije početka mjerenja, RF se postavlja na stanje koje odgovara sredini ljestvice (01 ... 1). Prvi ciklus pretvorbe ADC-a za praćenje sličan je ciklusu pretvorbe u ADC-u sekvencijalnog brojanja. U budućnosti će se ciklusi pretvorbe značajno smanjiti, budući da ovaj ADC ima vremena za praćenje malih odstupanja ulaznog signala tijekom nekoliko razdoblja takta, povećavajući ili smanjujući broj impulsa zabilježenih u RFC-u, ovisno o predznaku neusklađenosti između trenutnog vrijednost pretvorenog napona Uin i izlaznog napona DAC-a.

SAR ADC (bitno uravnotežen) našli su najširu rasprostranjenost zbog svoje prilično jednostavne implementacije uz osiguranje visoke razlučivosti, točnosti i brzine, imaju nešto manju brzinu, ali znatno veću razlučivost u usporedbi s ADC-ovima koji provode metodu paralelne pretvorbe.

Za povećanje brzine koristi se razdjelnik impulsa RI i sukcesivni aproksimacijski registar kao upravljački uređaj. Usporedba ulaznog napona s referentnim naponom (DAC povratni napon) provodi se počevši od vrijednosti koja odgovara najvažnijem bitu generiranog binarnog koda.

Prilikom pokretanja ADC uz pomoć RI, RPP se postavlja u početno stanje:

1000 . . .0. Istodobno se na izlazu DAC-a stvara napon koji odgovara polovici raspona pretvorbe, što se osigurava uključivanjem njegova najvažnijeg bita. Ako je ulazni signal manji od signala iz DAC-a, kod 0100 se generira na digitalnim ulazima DAC-a u sljedećem ciklusu pomoću DAC-a. . 0, što odgovara uključivanju 2. najviše starije kategorije. Kao rezultat toga, izlazni signal DAC-a je prepolovljen.

Ako je ulazni signal veći od signala iz DAC-a, u sljedećem ciklusu se na digitalnim ulazima DAC-a generira kod 0110 ... 0 i uključuje se dodatni 3. bit. U tom se slučaju izlazni napon DAC-a, koji se povećao jedan i pol puta, ponovno uspoređuje s ulaznim naponom itd. Opisani postupak se ponavlja. n puta (gdje n je broj bitova ADC-a).

Kao rezultat toga, izlaz DAC-a će generirati napon koji se razlikuje od ulaza za najviše jedan LSB DAC-a. Rezultat pretvorbe uzet je iz RPP izlaza.

Prednost ovog sklopa je mogućnost konstruiranja višebitnih (do 12 bita i više) pretvarača relativno velike brzine (s vremenom pretvorbe reda veličine nekoliko stotina nanosekundi).

U ADC izravno čitanje (paralelni tip)(Sl. 5.15) ulazni signal se istovremeno primjenjuje na ulaze svih VF-ova, broj m koji je određen kapacitetom ADC-a i jednak je m = 2 n - 1, gdje je n broj bitova ADC-a. U svakom KN, signal se uspoređuje s referentnim naponom koji odgovara težini određenog pražnjenja i uzima se iz čvorova otporničkog razdjelnika napajanog ION-om.

CV izlazne signale obrađuje logički dekoder koji generira paralelni kod, koji je digitalni ekvivalent ulaznog napona. Takvi ADC imaju najveću izvedbu. Nedostatak takvih ADC-ova je da se s povećanjem dubine bita broj potrebnih elemenata gotovo udvostručuje, što otežava izgradnju višebitnih ADC-ova ove vrste. Točnost pretvorbe ograničena je točnošću i stabilnošću KN i otporničkog razdjelnika. Kako bi se povećala dubina bita pri velikoj brzini, implementirani su dvostupanjski ADC-ovi, dok se bitovi nižeg reda izlaznog koda uklanjaju iz izlaza drugog stupnja LN, a viši bitovi uklanjaju se iz izlaza LN-a prva faza.

ADC s modulacijom širine impulsa (jednostrano integriranje)

ADC je karakteriziran time što se razina ulaznog analognog signala Uin pretvara u impuls čije je trajanje t imp funkcija vrijednosti ulaznog signala i digitalizira se brojanjem perioda referentne frekvencije koje stane između početka i kraja pulsa. Izlazni napon integratora pod djelovanjem veze

vrijedan svom ulazu U op mijenja se od nulte razine brzinom

U trenutku kada izlazni napon integratora postane jednak ulaznom naponu U in, aktivira se CV, zbog čega završava formiranje trajanja impulsa, tijekom kojeg se broji periode referentne frekvencije u ADC brojači. Trajanje impulsa određeno je vremenom tijekom kojeg se napon U out mijenja od nule do U in:

Prednost ovog pretvarača je njegova jednostavnost, a nedostaci su relativno mala brzina i mala točnost.

1. Što je uređaj, princip rada i primjena:

a) fotoelektrični pretvarači;

Fotonaponski pretvarači su oni kod kojih se izlazni signal mijenja ovisno o svjetlosnom toku koji pada na pretvarač. Fotonaponski pretvarači ili, kako ćemo ih u nastavku zvati, fotoćelije se dijele u tri vrste:

1) fotoćelije s vanjskim fotoelektričnim učinkom

Oni su sferični stakleni cilindri ispunjeni vakuumom ili plinom, na čiju je unutarnju površinu nanesen sloj fotoosjetljivog materijala koji tvori katodu. Anoda je izrađena u obliku prstena ili rešetke od nikalne žice. U zatamnjenom stanju, tamna struja prolazi kroz fotoćeliju kao rezultat termoemisije i curenja između elektroda. Kad je osvijetljena, fotokatoda oponaša elektrone pod utjecajem fotona svjetlosti. Ako se napon primijeni između anode i katode, tada ti elektroni stvaraju električnu struju. Kada se osvjetljenje fotoćelije uključene u električni krug promijeni, fotostruja u tom krugu se mijenja u skladu s tim.

2) fotoćelije s unutarnjim fotoelektričnim učinkom

Oni su homogena poluvodička ploča s kontaktima, na primjer, od kadmijeva selenida, koji mijenja svoj otpor pod djelovanjem svjetlosnog toka. Unutarnji fotoelektrični učinak sastoji se u pojavi slobodnih elektrona izbačenih svjetlosnim kvantima iz elektroničkih orbita atoma koji ostaju slobodni unutar tvari. Pojava slobodnih elektrona u materijalu, kao što je poluvodič, ekvivalentna je smanjenju električnog otpora. Fotootpornici imaju visoku osjetljivost i linearnu strujno-naponsku karakteristiku (CVC), tj. njihov otpor ne ovisi o privedenom naponu.

3) fotonaponski pretvarači.

Ovi pretvarači su aktivni svjetlosno osjetljivi poluvodiči koji pri apsorpciji svjetlosti, zbog fotoelektričnih efekata u sloju barijere, stvaraju slobodne elektrone i EMF.

Fotodioda (PD) može raditi u dva načina - fotodioda i generator (ventil). Fototranzistor - poluvodički prijemnik energije zračenja s dva ili više p - "-spojeva, u kojem su spojeni fotodioda i fotostrujno pojačalo.

Fototranzistori se, poput fotodioda, koriste za pretvaranje svjetlosnih signala u električne signale.

b) kapacitivni pretvarači;

Kapacitivni pretvarač je kondenzator čiji se kapacitet mijenja pod djelovanjem mjerene neelektrične veličine. Kao kapacitivni pretvarač naširoko se koristi ravni kondenzator, čiji se kapacitet može izraziti formulom C \u003d e0eS / 5, gdje je e0 dielektrična konstanta zraka (e0 \u003d 8,85 10 "12F / m; e je relativna permitivnost medija između ploča kondenzatora; S-površina okrenuta; 5-udaljenost između ploča)

Budući da se izmjerena neelektrična veličina može funkcionalno povezati s bilo kojim od ovih parametara, dizajn kapacitivnih pretvarača može biti vrlo različit ovisno o primjeni. Za mjerenje razine tekućih i zrnatih tijela koriste se cilindrični ili ravni kondenzatori; za mjerenje malih pomaka, brzo promjenjivih sila i tlakova - diferencijalni kapacitivni pretvarači s promjenjivim razmakom između ploča. Razmotrite princip korištenja kapacitivnih pretvarača za mjerenje različitih neelektričnih veličina.

c) termički pretvarači;

Toplinski pretvarač je strujni vodič ili poluvodič s visokim temperaturnim koeficijentom, koji je u izmjeni topline s okolinom. Postoji nekoliko načina izmjene topline: konvekcija; toplinska vodljivost medija; toplinska vodljivost samog vodiča; radijacija.

Intenzitet izmjene topline između vodiča i okoline ovisi o sljedećim čimbenicima: brzini plina ili tekućeg medija; fizikalna svojstva medija (gustoća, toplinska vodljivost, viskoznost); temperatura okoline; geometrijske dimenzije vodiča. Ova ovisnost temperature vodiča, a time i njegovog otpora o navedenim faktorima može se

koristiti za mjerenje različitih neelektričnih veličina koje karakteriziraju plin ili tekući medij: temperatura, brzina, koncentracija, gustoća (vakuum).

d) ionizacijski pretvarači;

Ionizacijski pretvornici su takvi pretvornici kod kojih je mjerena neelektrična veličina funkcionalno povezana sa strujom elektroničke i ionske vodljivosti plinovitog medija. Tok elektrona i iona postiže se u ionizacijskim pretvaračima ili ionizacijom plinovitog medija pod utjecajem jednog ili drugog ionizirajućeg sredstva, ili termoelektronskom emisijom, ili bombardiranjem molekula plinovitog medija elektronima itd.

Obavezni elementi svakog ionizacijskog pretvarača su izvor i prijemnik zračenja.

e) reostatski pretvarači;

Reostatski pretvarač je reostat, čiji se motor giba pod djelovanjem mjerene neelektrične veličine. Žica je namotana s jednolikim korakom na okvir od izolacijskog materijala. Izolacija žice na gornjoj granici okvira je ogoljena, a četka klizi po metalu. Dodatna četka klizi preko kliznog prstena. Obje četke su izolirane od pogonskog valjka. Reostatski pretvarači izrađuju se i sa žicom namotanom na okvir i tipa reohorda. Kao materijal za žice koriste se nikrom, manganin, konstantan i dr. U kritičnim slučajevima, kada su zahtjevi za otpornošću na habanje kontaktnih površina vrlo visoki ili kada su kontaktni pritisci vrlo niski, koriste se legure platine s iridijem, paladijem i dr. Žica reostata mora biti prekrivena ili emajlom ili slojem oksida kako bi se međusobno izolirali susjedni zavoji. Motori su izrađeni od dvije ili tri žice (platina s iridijem) s kontaktnim pritiskom od 0,003 ... 0,005 N ili lamelarnim (srebro, fosforna bronca) sa silom od 0,05 ... 0,1 N. Kontaktna površina namotane žice je poliran; širina dodirne površine jednaka je dva ili tri promjera žice. Okvir reostatskog pretvarača izrađen je od tekstolita, plastike ili aluminija obloženog izolacijskim lakom ili oksidnim filmom. Oblici okvira su različiti. Reaktancija reostatskih pretvarača je vrlo mala i obično se može zanemariti na frekvencijama u audio rasponu.

Reostatski pretvornici mogu se koristiti za mjerenje vibracijskih ubrzanja i vibracijskih pomaka s ograničenim frekvencijskim rasponom.

f) pretvarači mjerača naprezanja;

Mjerni pretvarač (mjerač naprezanja) je vodič koji mijenja svoj otpor tijekom vlačne ili tlačne deformacije. Duljina vodiča / i površina presjeka S mijenjaju se s njegovom deformacijom. Ove deformacije kristalne rešetke dovode do promjene otpora vodiča p i, posljedično, do promjene ukupnog otpora

Primjena: za mjerenje deformacija i mehaničkih naprezanja, kao i drugih statičkih i dinamičkih mehaničkih veličina koje su proporcionalne deformaciji pomoćnog elastičnog elementa (opruge), kao što su putanja, ubrzanje, sila, savijanje ili moment, tlak plina ili tekućine, itd. Ove izmjerene količine mogu se koristiti za određivanje izvedenih veličina, kao što su masa (težina), razina punjenja spremnika itd. Za mjerenje relativnih naprezanja od 0,005 ... 0,02 do 1,5 ... 2% koriste se papirnati žičani tenzometri, kao i folijski i filmski tenzometri. Besplatna žica za mjerenje naprezanja može se koristiti za mjerenje naprezanja do 6...10%. Mjerila naprezanja su praktički bez inercije i koriste se u frekvencijskom području od 0...100 kHz.

g) induktivni pretvarači;

Induktivni mjerni pretvornici konstruirani su za pretvaranje položaja (pomaka) u električni signal. Oni su najkompaktniji, najotporniji na buku, pouzdani i ekonomični mjerni pretvornici za rješavanje problema automatizacije mjerenja linearnih dimenzija u strojarstvu i instrumentaciji.

Induktivni pretvarač sastoji se od kućišta u kojem je na kotrljajućim vodilicama postavljeno vreteno na čijem se prednjem kraju nalazi mjerni vrh, a na stražnjem - armatura. Vodilica je zaštićena od vanjskih utjecaja gumenom manžetnom. Armatura povezana s vretenom nalazi se unutar zavojnice učvršćene u tijelu. S druge strane, namoti zavojnice su električno povezani s kabelom koji je pričvršćen u kućištu i zaštićen od savijanja konusnom oprugom. Na slobodnom kraju kabela nalazi se konektor za spajanje pretvarača na sekundarni uređaj. Tijelo i vreteno izrađeni su od kaljenog nehrđajućeg čelika. Adapter koji povezuje armaturu s vretenom izrađen je od legure titana. Opruga koja stvara mjernu silu je centrirana, što eliminira trenje pri pomicanju vretena. Ovaj dizajn sonde omogućuje smanjenje slučajne pogreške i varijacija očitanja na razinu manju od 0,1 µm.

Induktivni pretvarači naširoko se koriste uglavnom za mjerenje linearnih i kutnih pomaka.

h) magnetoelastični pretvarači;

Magnetoelastični pretvarači su vrsta elektromagnetskih pretvarača. Temelje se na fenomenu promjene magnetske permeabilnosti μ feromagnetskih tijela ovisno o mehaničkim naprezanjima σ koja nastaju u njima, a koja su povezana s djelovanjem mehaničkih sila P na feromagnetska tijela (vlačna, tlačna, savijanje, uvijanje). Promjena magnetske permeabilnosti feromagnetske jezgre uzrokuje promjenu magnetskog otpora jezgre RM. Promjena RM dovodi do promjene induktiviteta zavojnice L koja se nalazi na jezgri. Dakle, u magnetoelastičnom pretvaraču imamo sljedeći lanac transformacija:

P -> σ -> μ -> Rm -> L.

Magnetoelastični pretvarači mogu imati dva namota (transformatorski tip). Pod djelovanjem sile zbog promjene magnetske permeabilnosti mijenja se međusobni induktivitet M između namota i inducirana EMF sekundarnog namota E. Pretvorbeni krug u ovom slučaju ima oblik

P -> σ -> μ -> Rm -> M -> E.

Učinak promjene magnetskih svojstava feromagnetskih materijala pod utjecajem mehaničkih deformacija naziva se magnetoelastični efekt.

Magnetoelastični pretvornici koriste se:

Za mjerenje visokih tlakova (većih od 10 N/mm2, ili 100 kg/cm2), budući da izravno percipiraju tlak i ne trebaju dodatne sonde;

Za mjerenje snage. U ovom slučaju, granica mjerenja uređaja određena je područjem magnetoelastičnog pretvarača. Ovi pretvarači se vrlo malo deformiraju pod djelovanjem sile. Da, u l= 50 mm, △ l < 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) pretvarači elektrolitičkog otpora;

Elektrolitički pretvarači su vrsta elektrokemijskih pretvarača. U općem slučaju, elektrokemijski pretvarač je elektrolitička ćelija ispunjena otopinom u koju su postavljene elektrode koje služe za pretvaranje pretvarača u mjerni krug. Kao element električnog kruga, elektrolitička ćelija može se karakterizirati EMF-om koji razvija, padom napona od prolazne struje, otporom, kapacitetom i induktivitetom. Isticanjem odnosa između ovih električnih parametara i izmjerene neelektrične veličine, kao i potiskivanjem djelovanja drugih čimbenika, moguće je izraditi pretvarače za mjerenje sastava i koncentracije tekućih i plinovitih medija, tlakova, pomaka, brzina, ubrzanja i druge veličine. Električni parametri ćelije ovise o sastavu otopine i elektroda, kemijskim pretvorbama u ćeliji, temperaturi, brzini gibanja otopine itd. Određen je odnos između električnih parametara elektrokemijskih pretvarača i neelektričnih veličina. po zakonima elektrokemije.

Princip rada elektrolitičkih pretvarača temelji se na ovisnosti otpora elektrolitičke ćelije o sastavu i koncentraciji elektrolita, kao i o geometrijskim dimenzijama ćelije. Otpor stupca tekućine elektrolitičkog pretvarača:

R = ρh/S = k/૪

gdje je ૪= 1/ρ specifična vodljivost elektrolita; k - konstanta pretvarača, ovisno o omjeru njegovih geometrijskih dimenzija, obično se određuje eksperimentalno.