Parametriskie mērpārveidotāji. Funkcionālie pārveidotāji: mērīšanas, parametriskie, ģeneratori

Visbiežāk lietoto mērinstrumentu galvenie elementi ir primārie mērpārveidotāji, kuru mērķis ir pārveidot izmērīto fizisko lielumu (ievades daudzumu) mērījumu informācijas signālā (izejas daudzumā), parasti elektriskā, ērtā tālākai apstrādei.

Primārie pārveidotāji ir sadalīti parametriskajos un ģeneratoros. Parametrajos pārveidotājos izejas vērtība atspoguļo izmaiņas jebkurā elektriskās ķēdes parametrā (pretestība, induktivitāte, kapacitāte utt.); ģeneratora pārveidotājos izejas vērtība ir emf, elektriskā strāva vai lādiņš, kas rodas no izmērītās enerģijas. vērtību.

Ir liela mērīšanas devēju klase, kuru ievades lielumi ir spiediens, spēks vai griezes moments. Parasti šajos devējos ieejas lielums iedarbojas uz elastīgo elementu un izraisa tā deformāciju, kas pēc tam tiek pārveidota vai nu signālā, ko uztver novērotāji (mehāniskās indikācijas ierīces), vai elektriskajā signālā.

Lielā mērā pārveidotāja inerciālās īpašības nosaka elastīgā elementa dabiskā frekvence: jo augstāka tā ir, jo pārveidotājs ir mazāk inerciāls. Šo frekvenču maksimālā vērtība, izmantojot strukturālos sakausējumus, ir 50...100 kHz. Īpaši precīzu devēju elastīgo elementu ražošanai tiek izmantoti kristāliskie materiāli (kvarcs, safīrs, silīcijs).

Rezistīvie pārveidotāji ir parametriskie pārveidotāji, kuru izejas vērtība ir elektriskās pretestības izmaiņas, kuras var izraisīt dažāda fizikāla rakstura daudzumu ietekme - mehāniskā, termiskā, gaismas, magnētiskā u.c.

Potenciometriskais pārveidotājs ir reostats, kura dzinējs tiek kustināts izmērītās vērtības (ievades vērtības) ietekmē. Izvades daudzums ir pretestība.

Potenciometriskos devējus izmanto, lai mērītu vadības elementu stāvokli (lineāro un leņķisko), līmeņa mērierīcēs, sensoros (piemēram, spiedienu), lai izmērītu elastīgā sensora elementa deformāciju. Potenciometrisko pārveidotāju priekšrocība ir liels izejas signāls, metroloģisko raksturlielumu stabilitāte, augsta precizitāte un nenozīmīga temperatūras kļūda. Galvenais trūkums ir šaurais frekvenču diapazons (vairāki desmiti hercu).

Tenzometru darbības pamatā ir vadītāju un pusvadītāju pretestības izmaiņas to mehāniskās deformācijas (spriedzes efekta) laikā. Stieples (vai folijas) deformācijas mērītājs ir zigzaga formā izliekta plāna stieple ar diametru 0,02...0,05 mm vai folijas lente ar biezumu 4...12 mikroni (režģis), kas tiek pielīmēta uz pamatnes. no elektriskās izolācijas materiāla. Izvades vara vadītāji ir savienoti ar režģa galiem. Pārveidotāji, pielīmēti pie detaļas, uztver tās virsmas slāņa deformāciju.

Mērot deformācijas un spriegumus detaļās un konstrukcijās, kā likums, nav iespējams kalibrēt mērīšanas kanālus un mērījumu kļūda ir 2...10%. Lietojot deformācijas mērītājus primārajos mērpārveidotajos, kļūdu var samazināt līdz 0,5...1% ar kalibrēšanu. Galvenais šāda veida deformācijas mērītāju trūkums ir mazs izejas signāls.

Lai mērītu mērpārveidotāju elastīgi jutīgo elementu nelielas deformācijas, tiek izmantoti pusvadītāju deformācijas mērītāji, kas audzēti tieši uz elastīga elementa, kas izgatavots no silīcija vai safīra.

Mērot dinamiskos deformācijas ar frekvenci līdz 5 kHz, jāizmanto stieples vai folijas deformācijas mērītāji, kuru pamatne nepārsniedz 10 mm, un to maksimālā deformācija nedrīkst pārsniegt 0,1% (pusvadītāju 0,02%).

Pjezoelektrisko devēju darbība balstās uz elektrisko lādiņu parādīšanos, kad kristāls ir deformēts (tiešs pjezoelektriskais efekts).

Pjezoelektriskie devēji nodrošina iespēju izmērīt strauji mainīgus lielumus (pārveidotāju dabiskā frekvence sasniedz 200 kHz), ir ļoti uzticami un tiem ir mazi izmēri un svars. Galvenais trūkums ir grūtības mērīt lēni mainīgus daudzumus un veikt statisko kalibrēšanu elektriskās noplūdes dēļ no kristāla virsmas.

Elektrostatisko pārveidotāju shematiski var attēlot kā divus elektrodus (plāksnes) ar laukumu F, kas atrodas paralēli attālumā d vidē ar dielektrisko konstanti e.

Parasti šie pārveidotāji ir konstruēti tā, ka to izejas vērtība ir kapacitātes izmaiņas (šajā gadījumā tos sauc par kapacitatīviem), un ieejas vērtības var būt mehāniskas kustības, kas maina spraugu d vai laukumu F, vai barotnes e dielektriskās konstantes izmaiņas tās temperatūras, ķīmiskā sastāva u.c. izmaiņu dēļ.

Papildus kapacitātei EMF tiek izmantots kā elektrostatisko pārveidotāju izejas vērtība. ko rada elektrodu savstarpēja kustība, kas atrodas elektriskajā laukā (ģeneratora režīmā). Piemēram, kondensatora mikrofoni darbojas ģeneratora režīmā, pārvēršot akustisko vibrāciju enerģiju elektroenerģijā.

Elektrostatisko pārveidotāju priekšrocība ir trokšņa trūkums un pašizsilšana. Tomēr, lai aizsargātu pret traucējumiem, savienojošās līnijas un paši pārveidotāji ir rūpīgi jāaizsargā.

Induktīvajiem pārveidotājiem izejas vērtība ir induktivitātes izmaiņas, un ieejas vērtības var būt atsevišķu pārveidotāja daļu kustības, kas izraisa magnētiskās ķēdes pretestības izmaiņas, savstarpējo induktivitāti starp ķēdēm utt.

Pārveidotāju priekšrocības ir: raksturlielumu linearitāte, zema izejas signāla atkarība no ārējām ietekmēm, triecieniem un vibrācijām; augsta jutība. Trūkumi - mazs izejas signāls un nepieciešamība pēc augstfrekvences barošanas sprieguma.

Vibrācijas-frekvences pārveidotāju darbības princips ir balstīts uz virknes vai tievā tilta dabiskās frekvences maiņu, mainoties tās spriedzei.

Pārveidotāja ievades lielums ir mehāniskais spēks (vai daudzumi, kas pārvērsti spēkā - spiediens, griezes moments utt.). ko uztver ar džemperi savienots elastīgs elements.

Vibrācijas-frekvences pārveidotāju izmantošana iespējama, mērot nemainīgus vai laika gaitā lēni mainīgus lielumus (frekvence ne vairāk kā 100...150 Hz). Tie izceļas ar augstu precizitāti, un frekvences signālam ir raksturīga paaugstināta trokšņa imunitāte.

Optoelektriskie pārveidotāji izmanto elektromagnētisko viļņu izplatīšanās un mijiedarbības likumus optiskajā diapazonā.

Pārveidotāju galvenais elements ir starojuma uztvērēji. Vienkāršākie no tiem - termiskie pārveidotāji - ir paredzēti, lai visu uz tiem krītošo starojuma enerģiju pārvērstu temperatūrā (integrēts pārveidotājs).

Kā starojuma uztvērēji tiek izmantoti arī dažādi fotoelektriskie pārveidotāji, kas izmanto fotoelektrisko efektu. Fotoelektriskie pārveidotāji ir selektīvi, t.i. tiem ir augsta jutība salīdzinoši šaurā viļņu garuma diapazonā. Piemēram, ārējais fotoelektriskais efekts (elektronu emisija gaismas ietekmē) tiek izmantots vakuuma un gāzes pildītajos fotoelementos un fotopavairotājas.

Vakuuma fotoelements ir stikla cilindrs, uz kura iekšējās virsmas ir uzklāts gaismjutīga materiāla slānis, veidojot katodu. Anods ir izgatavots gredzena vai metāla stieples sieta veidā. Kad katods ir izgaismots, rodas fotoemisijas strāva. Šo elementu izejas strāvas nepārsniedz vairākus mikroampērus. Ar gāzi pildītajos fotoelementos (uzpildīšanai tiek izmantotas inertās gāzes Ne, Ar, Kr, Xe) izejas strāva palielinās 5...7 reizes, gāzei jonizējot ar fotoelektroniem.

Fotopavairotājas primārās fotostrāvas pastiprināšanās notiek sekundārās elektronu emisijas rezultātā - elektronu “izsitīšana” no sekundārajiem katodiem (emiteriem), kas uzstādīti starp katodu un anodu. Kopējais pastiprinājums daudzpakāpju fotopavairotāja lampās var sasniegt simtiem tūkstošu, un izejas strāva var sasniegt 1 mA. Fotopavairotājus un vakuuma elementus var izmantot, mērot strauji mainīgus lielumus, jo fotoemisijas fenomens ir praktiski bezinerces.

Spiediena mērīšana

Kopējā vai statiskā spiediena mērīšanai plūsmā ievieto īpašus uztvērējus ar uztveršanas atverēm, kas caur maza diametra caurulēm (pneimatiskām līnijām) ir savienotas ar atbilstošajiem primārajiem devējiem vai mērinstrumentiem.

Vienkāršākais kopējā spiediena uztvērējs ir cilindriska caurule ar perpendikulāri nogrieztu galu, saliekta taisnā leņķī un orientēta uz plūsmu. Lai samazinātu uztvērēja jutību pret plūsmas virzienu (piemēram, veicot mērījumus plūsmās ar nelielu virpuļošanu), tiek izmantotas īpašas uztvērēju konstrukcijas. Piemēram, kopējā spiediena uztvērējiem ar plūsmu (3.3. att.) ir raksturīga mērījumu kļūda ne vairāk kā 1% slīpuma leņķos līdz 45° pie Maha skaitļa.<0,8.

Mērot statiskos spiedienus pie kanālu sienām, tieši sienās tiek veidotas uztveršanas atveres ar diametru 0,5...1 mm (drenāžas atveres). Drenāžas zonā nedrīkst būt nelīdzenumu, un urbumu malās nedrīkst būt urbumu. Šis mērījumu veids ir ļoti izplatīts, pētot plūsmas cauruļvados un kanālos sadegšanas kamerās, difuzoros un sprauslās.

Rīsi. 3.3. Pilna spiediena uztvērēja diagramma:

Rīsi. 3.4. Statiskā spiediena uztvērēja diagramma:

a - ķīļveida;

b - disks;

c - L-veida mērījumiem pie M £ 1,5

Statisko spiedienu mērīšanai plūsmā izmanto ķīļveida un diskveida uztvērējus, kā arī uztvērējus L-veida cauruļu formā (3.4. att.) ar uztveršanas atverēm, kas atrodas sānu virsmā. Šie uztvērēji labi darbojas zemskaņas un zemā virsskaņas ātrumā.

Lai pētītu spiedienu sadalījumu kanālu šķērsgriezumos, plaši izplatītas ir kopējā un statiskā spiediena ķemmes ar vairākiem uztvērējiem vai kombinētās ķemmes ar uztvērēju gan kopējam, gan statiskam spiedienam. Veicot mērījumus plūsmās ar sarežģītu plūsmas struktūru (sadegšanas kameras, turbomašīnu starplāpstiņu kanāli), tiek izmantoti orientējami un neorientējami spiediena uztvērēji, kas ļauj noteikt kopējā un statiskā spiediena vērtības un virzienu. ātruma vektors. Pirmie no tiem paredzēti mērījumiem divdimensiju plūsmās, un to konstrukcija ļauj, pagriežot, uzstādīt uztvērēju noteiktā pozīcijā attiecībā pret lokālo plūsmas ātruma vektoru.

Neorientējamie uztvērēji ir aprīkoti ar vairākām uztveršanas atverēm (5...7), kuras ir izgatavotas maza diametra (3...10 mm) cilindra vai sfēras sieniņās vai atrodas cauruļu galos, kas izgriezti plkst. noteikti leņķi (diametrs 0,5...2 mm ), apvienoti vienotā konstrukcijas vienībā (3.5. att.). Plūsmai plūstot ap uztvērēju, veidojas noteikts spiediena sadalījums. Izmantojot spiediena vērtības, kas izmērītas, izmantojot uztveršanas atveres, un uztvērēja sākotnējās kalibrēšanas rezultātus vēja tunelī, var noteikt kopējā un statiskā spiediena vērtības un lokālo plūsmas ātruma virzienu.

Pie virsskaņas plūsmas ātrumiem spiediena uztvērēju priekšā rodas triecienviļņi, un tas jāņem vērā, apstrādājot mērījumu rezultātus. Piemēram, no izmērītajām statiskā spiediena p vērtībām plūsmā un kopējā spiediena p*" aiz tiešā trieciena viļņa, skaitli M var noteikt, izmantojot Reilija formulu, un pēc tam kopējā spiediena vērtību plūsma:

Pārbaudot dzinējus un to elementus, spiediena mērīšanai tiek izmantoti dažādi instrumenti (rādītāja deformācijas, šķidruma, grupu reģistrēšanas manometri), ļaujot operatoram kontrolēt eksperimentālo objektu darbības režīmus. Informācijas mērīšanas sistēmās tiek izmantoti dažādi primārie pārveidotāji. Parasti spiediens vai drīzāk spiediena starpība (piemēram, starp izmērīto un atmosfēras, starp pilnu un statisko utt.) iedarbojas uz elastīgu sensoru elementu (membrānu), kura deformācija tiek pārveidota par elektrisko signālu. . Visbiežāk tam tiek izmantoti induktīvie un deformācijas jutīgie devēji, mērot pastāvīgu un lēni mainīgu spiedienu, un pjezokristālu un induktīvie devēji, mērot mainīgu spiedienu.

Rīsi. 3.5. Piecu kanālu spiediena uztvērēja diagramma:

С x, С y, С z - ātruma vektora sastāvdaļas; p i - izmērītās spiediena vērtības

Kā piemēru attēlā. 3.6. attēlā parādīta Sapphire-22DD pārveidotāja diagramma. Šāda veida devēji ir pieejami vairākās modifikācijās, kas paredzēti manometriskā spiediena, diferenciālā spiediena, vakuuma, absolūtā spiediena, manometriskā spiediena un vakuuma mērīšanai dažādos diapazonos. Elastīgais jutīgais elements ir metāla membrāna 2, kurai virspusē pielodēta safīra membrāna ar izsmidzinātiem silīcija deformācijas mērītājiem. Izmērītā spiediena starpība iedarbojas uz bloku, kas sastāv no divām diafragmām 5. Kad to centrs tiek pārvietots, spēks, izmantojot stieni 4, tiek pārnests uz sviru 3, kas noved pie membrānas 2 deformācijas ar tenzometriem. Elektriskais signāls no tenzometriem nonāk elektroniskajā blokā 4, kur tas tiek pārveidots par vienotu signālu - līdzstrāvu 0...5 vai 0...20 mA. Pārveidotājs tiek darbināts no 36 V līdzstrāvas avota.

Mērot mainīgu (piemēram, pulsējošu) spiedienu, primāro devēju ieteicams tuvināt mērīšanas vietai pēc iespējas tuvāk, jo pneimatiskās līnijas klātbūtne rada būtiskas izmaiņas mērīšanas sistēmas amplitūdas-frekvences atbildē. Vislabākā šajā ziņā ir beznoteces metode, kurā miniatūrie spiediena devēji tiek uzstādīti vienā līmenī ar virsmu, kas plūst apkārt (kanāla siena, kompresora lāpstiņa utt.). Zināmo pārveidotāju augstums ir 1,6 mm un membrānas diametrs 5 mm. Tiek izmantotas arī sistēmas ar spiediena uztvērējiem un viļņvadiem (l~100 mm) (tālvadības spiediena uztvērēju metode), kurās, lai uzlabotu dinamiku

tiek izmantoti koriģējošie akustiskie un elektriskie savienojumi.

Ar lielu mērīšanas punktu skaitu mērīšanas sistēmās var izmantot īpašus ātrgaitas pneimatiskos komutatorus, kas nodrošina vairāku desmitu mērījumu punktu alternatīvu pieslēgšanu vienam pārveidotājam.

Lai nodrošinātu augstu precizitāti, ir nepieciešams periodiski uzraudzīt spiediena mērīšanas instrumentus darbības apstākļos, izmantojot automātiskos regulatorus.

Temperatūras mērīšana

Temperatūras mērīšanai tiek izmantoti dažādi mērinstrumenti. Termoelektriskais termometrs (termopāris) sastāv no diviem vadītājiem, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem, kas savienoti (metināti vai pielodēti) viens ar otru galos (savienojumos). Ja savienojumu temperatūras ir atšķirīgas, tad ķēdē termoelektromotīves spēka ietekmē plūdīs strāva, kuras vērtība ir atkarīga no vadu materiāla un no savienojumu temperatūrām. Mērījumu laikā, kā likums, viens no krustojumiem tiek kontrolēts ar termostatu (šim nolūkam tiek izmantots kūstošais ledus). Tad termopāra emf būs unikāli saistīts ar “karstā” krustojuma temperatūru.

Termoelektriskajā ķēdē var iekļaut dažādus vadītājus. Šajā gadījumā iegūtais EML nemainīsies, ja visos savienojumos ir vienāda temperatūra. Šī īpašība ir par pamatu tā saukto pagarinājuma vadu izmantošanai (3.7. att.), kas savienoti ar ierobežota garuma termoelektrodiem un t. Tādā veidā tiek panākts dārgu materiālu ietaupījums. Šajā gadījumā ir jānodrošina temperatūras vienlīdzība pagarinājuma vadu (Tc) savienojuma punktos un termoelektriskā identitāte to galvenajam termopārim iespējamo temperatūru Tc un T0 izmaiņu diapazonā (parasti ne vairāk kā 0. .200°C). Termopāru praktiskajā izmantošanā var būt gadījumi, kad temperatūra T0 atšķiras no 0°C. Tad, lai ņemtu vērā šo apstākli, termopāra emf jānosaka kā E=E mēra +DE(T 0) un jāizmanto kalibrēšanas atkarība, lai atrastu temperatūras vērtību. Šeit Emeas ir izmērītā EML vērtība; DE(T 0) – EMF vērtība, kas atbilst T 0 vērtībai un noteikta no kalibrēšanas atkarības. Kalibrēšanas atkarības termopāriem tiek iegūtas pie “auksto” savienojumu temperatūras T0, kas vienāda ar 0°C. Šīs atkarības nedaudz atšķiras no lineārajām. Kā piemēru attēlā. 3.8. attēlā parādīta platīna-rodija-platīna termopāra kalibrēšanas atkarība.

Daži visizplatītāko termopāru raksturlielumi ir norādīti tabulā. 3.1.

Praksē visizplatītākie termopāri ir tie, kuru elektrodu diametrs ir 0,2...0,5 mm. Elektrodu elektroizolāciju panāk, aptinot tos ar azbesta vai silīcija dioksīda diegu, kam seko impregnēšana ar karstumizturīgu laku, ievietojot termoelektrodus keramikas caurulītēs vai uzvelkot uz tām šo cauruļu gabalus (“krelles”). Plaši izplatījušies kabeļa tipa termopāri, kas sastāv no diviem termoelektrodiem, kas ievietoti plānsienu apvalkā, kas izgatavots no karstumizturīga tērauda. Lai izolētu termoelektrodus, apvalka iekšējo dobumu piepilda ar MgO vai Al 2 O 3 pulveri. Korpusa ārējais diametrs ir 0,5...6 mm.

3.1. tabula

Lai pareizi izmērītu konstrukcijas elementu temperatūru, termopāri jāievieto tā, lai karstais savienojums un tā tuvumā esošie termoelektrodi neizvirzītos virs virsmas un netiktu traucēti siltuma pārneses apstākļi no termometra virsmas uzstādīšanas dēļ. termopāri. Lai samazinātu mērījumu kļūdu, ko rada siltuma aizplūšana (vai pieplūde) no karstā savienojuma pa termoelektrodiem siltumvadītspējas dēļ, termoelektrodi noteiktā attālumā krustojuma tuvumā (7...10 mm) jānovieto aptuveni pa izotermām. . Elektroinstalācijas shēma termopāram, kas atbilst noteiktajām prasībām, ir parādīta attēlā. 3.9. Daļai ir 0,7 mm dziļa rieva, kurā ievietots savienojums un blakus termoelektrodi; savienojums tiek piemetināts pie virsmas, izmantojot kontaktmetināšanu; rievu pārklāj ar 0,2...0,3 mm biezu foliju.

Termiskie elektrodi tiek noņemti no dzinēja vai tā sastāvdaļu iekšējiem dobumiem, izmantojot veidgabalus. Tādā gadījumā ir jānodrošina, lai termoelektrodi pārāk netraucētu plūsmas konstrukciju un lai to izolācija netiktu bojāta berzes dēļ vienam pret otru un pret konstrukcijas asajām malām.

Mērot rotējošo elementu temperatūru, termopāra rādījumus iegūst, izmantojot suku vai dzīvsudraba strāvas kolektorus. Tiek izstrādāti arī bezkontakta strāvas savācēji.

Gāzes plūsmas temperatūras mērīšanai izmantoto termopāru diagrammas ir parādītas attēlā. 3.10. Karstais savienojums 1 ir lode ar diametru d 0 (termoelektrodi var būt arī sadurmetināti); termoelektrodi 2 pie krustojuma ir nostiprināti izolējošā divkanālu keramikas caurulē 3 un pēc tam izņemti no korpusa 4. Attēlā korpuss 4 ir attēlots kā ar ūdeni dzesēts (dzesēšana ir nepieciešama, mērot temperatūru, kas pārsniedz 1300...1500 K ), dzesēšanas ūdens tiek piegādāts un novadīts caur veidgabaliem 5 .

Augstās gāzes temperatūrās rodas metodoloģiskas kļūdas, jo siltums tiek noņemts no krustojuma siltuma vadītspējas dēļ caur termoelektrodiem uz termopāra korpusu un starojums vidē. Siltuma zudumus siltumvadītspējas dēļ var gandrīz pilnībā novērst, nodrošinot, ka izolācijas caurules pārkare ir vienāda ar 3...5 no tās diametriem.

Lai samazinātu siltuma noņemšanu ar starojumu, tiek izmantots termopāru ekranējums (3.10. att., b, c). Tas arī aizsargā krustojumu no bojājumiem, un plūsmas palēninājums ekrāna iekšpusē palīdz palielināt temperatūras atgūšanas koeficientu, mērot ātrgaitas plūsmās.

Izstrādāta arī metode gāzes temperatūras noteikšanai no divu termopāru rādījumiem ar dažādu termoelektrodiem.

Rīsi. 3.9. Termopāra savienojuma shēma sadegšanas kameras elementu temperatūras mērīšanai

Rīsi. 3.10. Termopāra shēmas gāzes temperatūras mērīšanai:

a - termopāri ar atvērtu savienojumu: b, c - ekranēti termopāri; g - dubultā savienojuma termopāris; 1 - krustojums: 2 - termoelektrodi; 3 - keramikas caurule; 4 - korpuss; 5 - armatūra ūdens apgādei un kanalizācijai

diametrs (3.10. att., d), ļaujot ņemt vērā siltuma noņemšanu ar starojumu.

Termopāru inerce ir atkarīga no konstrukcijas. Tādējādi laika konstante svārstās no 1...2 s termopāriem ar atvērtu savienojumu līdz 3...5 s ekranētiem termopāriem.

Pētot temperatūras laukus (piemēram, aiz turbīnas, sadegšanas kameras u.c.), tiek izmantotas termopāra ķemmes, kas atsevišķos gadījumos tiek uzstādītas rotējošās torņos, kas ļauj pietiekami detalizēti noteikt temperatūras sadalījumu pa visu. šķērsgriezums.

Pretestības termometra darbība balstās uz vadītāja pretestības izmaiņām, mainoties temperatūrai. Vads ar diametru 0,05...0,1 mm, izgatavots no vara (t=-50...+150°C), niķeļa (t=-50...200°C) vai platīna (t=-200). ..500°С).

Stiepli aptin ap rāmi un ievieto futrālī. Pretestības termometri ir ļoti precīzi un uzticami, taču tiem ir raksturīga augsta inerce un tie nav piemēroti vietējo temperatūru mērīšanai. Pretestības termometrus izmanto, lai mērītu gaisa temperatūru pie dzinēja ieplūdes, degvielas, eļļu u.c. temperatūru.

Šķidruma termometri izmanto šķidruma termiskās izplešanās īpašību. Kā darba šķidrumu izmanto dzīvsudrabu (t=-30...+700°C), spirtu (t=-100...+75°C) u.c. Šķidruma un gāzveida temperatūras mērīšanai izmanto šķidruma termometrus. barotnes laboratorijas apstākļos. , kā arī citu instrumentu kalibrēšanas laikā.

Optiskās temperatūras mērīšanas metodes balstās uz sakarsētu ķermeņu termiskā starojuma modeļiem. Praksē var realizēt trīs veidu pirometrus: spilgtuma pirometrus, kuru darbības pamatā ir ķermeņa termiskā starojuma izmaiņas ar temperatūru pie noteikta fiksēta viļņa garuma; krāsu pirometri, kas izmanto enerģijas sadalījuma izmaiņas ar temperatūru noteiktā starojuma spektra daļā; starojuma pirometri, kuru pamatā ir ķermeņa izstarotās kopējās enerģijas daudzuma atkarība no temperatūras.

Šobrīd, pārbaudot dzinējus, konstrukcijas elementu temperatūru mērīšanai izmantoti spilgtuma pirometri, kuru pamatā ir starojuma enerģijas fotoelektriskie uztvērēji. Piemēram, diagramma pirometra uzstādīšanai, kad temperatūra tiek mērīta turbīnas lāpstiņām uz strādājoša dzinēja, ir parādīta attēlā. 32.11. Izmantojot 2. objektīvu, primārā devēja “redzes lauks” ir ierobežots līdz nelielam (5...6 mm) laukumam. Pirometrs “pārbauda” katra asmens malu un daļu aizmugures. Aizsargstikls 1, izgatavots no safīra, aizsargā objektīvu no piesārņojuma un pārkaršanas. Signāls tiek pārraidīts caur gaismas vadu 3 uz fotodetektoru. Zemās inerces dēļ pirometrs ļauj kontrolēt katra asmeņa temperatūru.

Dzinēja konstrukcijas elementu temperatūru mērīšanai var izmantot krāsu temperatūras indikatorus (termiskās krāsas vai termolakas) - kompleksās vielas, kas, sasniedzot noteiktu temperatūru (pārejas temperatūru), komponentu vai fāzes ķīmiskās mijiedarbības dēļ krasi maina savu krāsu. tajos notiekošās pārejas.

Rīsi. 3.11. Pirometra uzstādīšanas shēma uz motora:

a) (1 - pūšamā gaisa padeve; 2 - primārais pārveidotājs) un primārā pārveidotāja ķēde

(b) (1 — aizsargstikls; 2 — lēca; 3 — gaismas vadotne)

Termiskās krāsas un termolakas, uzklājot uz cietas virsmas, pēc žāvēšanas sacietē un veido plānu kārtiņu, kas pārejas temperatūrā var mainīt krāsu. Piemēram, baltā termokrāsa TP-560 kļūst bezkrāsaina, kad tiek sasniegta t=560 °C.

Izmantojot termiskos indikatorus, jūs varat noteikt pārkaršanas zonas motora elementos, tostarp grūti sasniedzamās vietās. Mērījumu sarežģītība ir zema. Tomēr to izmantošana ir ierobežota, jo ne vienmēr ir iespējams noteikt, kurā režīmā tika sasniegta maksimālā temperatūra. Turklāt termiskā indikatora krāsa ir atkarīga no temperatūras iedarbības laika. Tāpēc termiskie indikatori parasti nevar aizstāt citas mērīšanas metodes (piemēram, izmantojot termopārus), taču tie ļauj iegūt papildu informāciju par pētāmā objekta termisko stāvokli.

Mērpārveidotāju darbība notiek sarežģītos apstākļos, jo mērīšanas objekts parasti ir sarežģīts, daudzpusīgs process, ko raksturo daudzi parametri, no kuriem katrs iedarbojas uz mērpārveidotāju kopā ar citiem parametriem. Mūs interesē tikai viens parametrs, ko sauc izmērāms daudzums, un visi pārējie procesa parametri tiek ņemti vērā iejaukšanās. Tāpēc katram mērpārveidotājam ir savs dabiskais ievades daudzums, ko viņš vislabāk uztver uz traucējumu fona. Līdzīgā veidā mēs varam atšķirt dabiskā izlaides vērtība mērīšanas devējs.

Neelektrisko lielumu pārveidotājus elektriskos no tā izejas signāla veida viedokļa var iedalīt ģeneratoros, kas rada lādiņu, spriegumu vai strāvu (izejas lielums E = F (X) vai I = F (X) un iekšējā pretestība ZBH = const), un parametru ar izejas pretestību, induktivitāti vai kapacitāti, kas mainās atbilstoši ieejas vērtības izmaiņām (EMF E = 0 un izejas vērtība izmaiņu veidā R, L vai C kā funkcija no X).

Atšķirību starp ģeneratoriem un parametriskajiem pārveidotājiem rada to ekvivalentās elektriskās ķēdes, kas atspoguļo pārveidotājos izmantoto fizisko parādību būtiskās atšķirības. Ģeneratora pārveidotājs ir tieši izvadītā elektriskā signāla avots, un parametriskā pārveidotāja parametru izmaiņas tiek mērītas netieši, mainot strāvu vai spriegumu, kas izriet no tā obligātas iekļaušanas ķēdē ar ārēju barošanas avotu. Elektriskā ķēde, kas tieši savienota ar parametrisko devēju, ģenerē savu signālu. Tādējādi parametriskā pārveidotāja un elektriskās ķēdes kombinācija ir elektriskā signāla avots.

Atkarībā no darba pamatā esošās fizikālās parādības un ievadītā fiziskā daudzuma veida ģeneratorus un parametriskos pārveidotājus iedala vairākās šķirnēs (2.3. attēls):

Ģenerators - pjezoelektrisks,

termoelektrisks utt.;

Pretestība - kontaktam,

Reostatiskais utt.;

no elektromagnētiskā līdz induktīvām,

Transformators utt.

Pēc modulācijas veida visi IP ir sadalīti divās lielās grupās: amplitūda un frekvence, laiks, fāze. Pēdējām trim šķirnēm ir daudz kopīga, un tāpēc tās ir apvienotas vienā grupā.

Rīsi. 2.3. Neelektrisko lielumu mērīšanas pārveidotāju klasifikācija elektriskajos.

2. Pēc transformācijas veida ievades daudzumi:

Lineārs;

Nelineārs.

3. Saskaņā ar primārā mērpārveidotāja (PMT) darbības principu tos iedala:

ģenerēšana;

Parametrisks.

Ģeneratora PIP izejas signāls ir emf, spriegums, strāva un elektriskais lādiņš, kas funkcionāli saistīts ar izmērīto daudzumu, piemēram, termopāra emf.

Parametriskajos PIP izmērītais lielums izraisa proporcionālas izmaiņas elektriskās ķēdes parametros: R, L, C.

Ģeneratori ietver:

Indukcija;

pjezoelektrisks;

Daži elektroķīmiskās vielas veidi.

Rezistīvie barošanas avoti - pārvērst izmērīto vērtību pretestībā.

Elektromagnētiskais IP – pārvērš induktivitātes vai savstarpējās indukcijas izmaiņās.

Kapacitatīvie barošanas avoti – pārveidots par kapacitātes izmaiņām.

Pjezoelektriskais IP – pārveidot dinamisko spēku elektriskā lādiņā.

Galvanomagnētiskais IP – pamatojoties uz Halla efektu, tie pārvērš darba magnētisko lauku EML.

Termiskais IP - izmērīto temperatūru pārvērš termiskās pretestības vērtībā vai emf.

Optoelektroniskā IP – pārveidot optiskos signālus elektriskos.

Sensoru galvenie raksturlielumi ir:

Darba temperatūras diapazons un kļūda šajā diapazonā;

Vispārējās ieejas un izejas pretestības;

Frekvences reakcija.

Rūpnieciskos lietojumos kontroles procesos izmantoto sensoru kļūdai nevajadzētu būt lielākai par 1–2%. Savukārt kontroles uzdevumiem – 2 – 3%.

2.1.3. Primāro mērpārveidotāju pieslēguma shēmas

Primārie mērpārveidotāji ir:

Parametrisks;

Ģenerēšana.

Parametru primāro mērīšanas devēju komutācijas shēmas ir sadalītas:

Seriālais savienojums:

Diferenciālā pārslēgšana:

Ar vienu primāro mērpārveidotāju;

Ar diviem primārajiem mērpārveidotājiem;

Tilta ķēdes:

Simetrisks nelīdzsvarots tilts ar vienu aktīvo roku;

Simetrisks nelīdzsvarots tilts ar divām aktīvām svirām;

Simetrisks nelīdzsvarots tilts ar četrām aktīvajām svirām.

Ģeneratora mērīšanas pārveidotāju komutācijas shēmas ir sadalītas:

Secīgs;

Diferenciālis;

Kompensējošs.

Ģeneratoriem nav nepieciešams enerģijas avots, bet parametriskajiem gan. Ļoti bieži ģeneratorus var attēlot kā EML avotu, bet parametriskos var attēlot kā aktīvo vai reaktīvo rezistoru, kura pretestība mainās līdz ar izmērītās vērtības izmaiņām.

Sērijas un diferenciālo pārslēgšanu var pielietot gan parametriskajiem, gan ģeneratora barošanas avotiem. Kompensācijas shēma – ģeneratoriem. Bruģis – uz parametrisku.

2.1.3.1. Shēmas parametrisko mērpārveidotāju secīgai pieslēgšanai

Viena parametriskā mērpārveidotāja seriālais savienojums (2.4. att.):

Rīsi. 2.4. Viena parametriskā barošanas avota secīgs savienojums.

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"> - pašreizējā jutība;

- sprieguma jutība;

Jaudas jutība;

Rīsi. 2.5. Sērijveidā pieslēgta barošanas avota izejas raksturlielumi:

a – īsts; b – ideāls.

Divu parametrisko mērpārveidotāju seriālais savienojums (2.6. att.).

2.6.att. Divu parametrisko barošanas avotu secīgs savienojums.

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

Elektriskie mērinstrumenti tiek plaši izmantoti neelektrisku lielumu mērīšanai. Tas kļuva iespējams, pateicoties īpašu pārveidotāju (pārveidotāju) izmantošanai.

Šādu pārveidotāju izejas signāli tiek pārraidīti ķēdes parametru vai EMF (lādiņa) veidā, kas saistīti ar funkcionālu saistību ar ieejas signālu. Pirmos sauc par parametriskajiem, otros par ģeneratoriem.

No parametriskajiem pārveidotājiem visplašāk tiek izmantotas reostata, deformācijas, temperatūras jutīgas, elektrolītiskās, jonizācijas, induktīvās un kapacitatīvās ierīces.

Reostata pārveidotāji Tie ir izolēts rāmis, uz kura ir uzvilkts vadītājs un birste, kas pārvietojas pa pagriezieniem. To izejas parametrs ir ķēdes pretestība.

Izmērītais daudzums Pr var būt otas kustība taisnā līnijā vai pa apli. Uzlabojot sensoru sistēmu, ar Pr var noteikt spiedienu vai masu, kuras ietekmē slīdnis kustēsies.

Reostata tinumam tiek izmantoti materiāli, kuru pretestība ir maz atkarīga no ārējiem faktoriem (temperatūra, spiediens, mitrums utt.). Šādi materiāli var būt nihroms, fekrāls, konstantāns vai manganīns. Mainot serdes formu un šķērsgriezumu (attiecīgi mainās arī viena apgrieziena garums), iespējams panākt ķēdes pretestības nelineāru atkarību no slīdņa kustības.

Reostatisko pārveidotāju priekšrocība ir to konstrukcijas vienkāršība. Tomēr nav iespējams precīzi noteikt kustību, ja izejas pretestība mainās viena apgrieziena laikā. Tas ir galvenais šādu PR trūkums un raksturo to kļūdu.

Pret deformāciju jutīgi devēji (TCTr). To darbības pamatā ir vadītāja aktīvās pretestības izmaiņas spiediena vai mehāniskās deformācijas ietekmē. Šo parādību sauc par deformācijas efektu.

Ieejas signāls TCPR var būt spriedze, saspiešana vai cita veida iekārtu detaļu, metāla konstrukciju deformācija, izejas signāls ir pārveidotāja pretestības izmaiņas.

Pret deformāciju jutīgas stieples ir plāns substrāts, kas izgatavots no papīra vai plēves un uz tā pielīmēts ļoti maza šķērsgriezuma stieple. Konstantāna stieple, kurai ir no temperatūras neatkarīga pretestība, ar diametru 0,02-0,05 mm, parasti tiek izmantota kā sensora elements. Tiek izmantoti arī folijas TCPR un plēves deformācijas mērītāji.

PM devējs ir pielīmēts uz izmērāmās daļas tā, lai daļas lineārās izplešanās ass sakristu ar PM garenasi. Kad izmērāmais objekts izplešas, TCP garums palielinās, un attiecīgi mainās tā pretestība.

Šādu ierīču priekšrocība ir linearitāte, dizaina un uzstādīšanas vienkāršība. Trūkumi ietver zemu jutību.

Termojutīgie pārveidotāji (TPr). Galvenie šādu ierīču elementi ir termistori, termodiodes, termotranzistori uc Termoelements ir iekļauts elektriskajā ķēdē tā, ka ķēdes strāva iet caur to un tiek ietekmēta izmērītā elementa temperatūra.

Ar to palīdzību var izmērīt temperatūru, viskozitāti, siltumvadītspēju, kustības ātrumu un citus vides, kurā atrodas elements, parametrus.

Platīna termistori tiek izmantoti mērījumiem temperatūras diapazonā no -260°C līdz +1100°C, vara termistori tiek izmantoti temperatūras diapazonā no -200°C līdz +200°C. Temperatūras diapazonā -80°C līdz +150°C, kad nepieciešama īpaša precizitāte, tiek izmantotas termodiodes un termotranzistori.

Atbilstoši darbības režīmam TRPr tiek sadalīts pārkarsēšanā un bez priekšsildīšanas. Ierīces bez priekšsildīšanas tiek izmantotas tikai vides temperatūras mērīšanai, jo tajās plūstošā strāva neietekmē to sildīšanu. Vides temperatūru diezgan precīzi nosaka elementa pretestība.

Cita veida termisko pārveidotāju darbības režīms ir saistīts ar to priekšsildīšanu līdz noteiktai vērtībai. Pēc tam tie tiek novietoti izmērītajā vidē, un tiek uzraudzīta tā pretestības izmaiņas.

Pēc pretestības izmaiņu ātruma var spriest par to, cik intensīva notiek dzesēšana vai sildīšana, kas nozīmē, ka var noteikt mērāmās vielas kustības ātrumu, viskozitāti un citus parametrus.

Pusvadītāju TPR ir jutīgāki nekā termistori, tāpēc tos izmanto precizitātes mērījumu jomā. Tomēr to būtisks trūkums ir šaurs temperatūras diapazons un ierīces statisko īpašību slikta reproducējamība.

Elektrolītiskie pārveidotāji (ELC). Tos izmanto, lai noteiktu šķīdumu koncentrāciju, jo šķīdumu elektriskā vadītspēja būtiski ir atkarīga no sāls koncentrācijas pakāpes tajos.

ELP ir trauks ar diviem elektrodiem. Uz elektrodiem tiek pielikts spriegums, tādējādi pabeidzot elektrisko ķēdi caur elektrolīta slāni. Šādi pārveidotāji tiek izmantoti maiņstrāvai, jo līdzstrāvas ietekmē elektrolīts sadalās pozitīvos un negatīvos jonos, kas mērījumos rada kļūdu.

Vēl viens ELP trūkums ir elektrolīta vadītspējas atkarība no temperatūras, kas liek uzturēt nemainīgu temperatūru, izmantojot dzesēšanas vai sildīšanas iekārtas.

Induktīvie un kapacitatīvie pārveidotāji. Kā norāda nosaukums, šādu ierīču izejas parametri ir induktivitāte un kapacitāte. Vienkāršu induktīvo PR izmērītā vērtība var būt nobīde no 10 līdz 15 mm; induktīvā transformatora PR ar atvērtas cilpas sistēmu šo vērtību var palielināt līdz 100 mm. Kapacitatīvās PR tiek izmantotas, lai izmērītu kustības aptuveni 1 mm.

Induktīvie PR ir divi induktori, kas novietoti uz atvērta kodola. Spoļu savstarpējo induktivitāti ietekmē tādi parametri kā: atvērtās sekcijas gaisa spraugas garums, gaisa spraugas šķērsgriezuma laukums, gaisa spraugas magnētiskā caurlaidība.

Tādējādi, izmērot spoļu savstarpējo induktivitāti, var noteikt, cik lielā mērā ir mainījušies iepriekš minētie parametri. Un tie var mainīties, kad dielektriskā plāksne pārvietojas gaisa spraugā. Tas ir induktīvās pr darbības principa pamatā.

Kapacitatīvo PR darbības princips ir balstīts uz kondensatora kapacitātes izmaiņām, kad plākšņu aktīvais laukums samazinās, mainās attālums starp kondensatora plāksnēm un mainās starpplākšņu telpas dielektriskā konstante.

Kapacitatīviem pārveidotājiem ir lielāka jutība pret ievades parametru izmaiņām. Capacitive Pr spēj reģistrēt kapacitātes izmaiņas pat pārvietojoties pa milimetra tūkstošdaļām.

Jonizācijas pārveidotāji. Instrumenta darbības princips ir balstīts uz gāzu un citu nesēju jonizācijas fenomenu jonizējošā starojuma ietekmē, kas var būt radioaktīvo vielu jonizējošais α-, β- un γ starojums vai rentgena starojums.

Ja kamera, kurā ir gāze, tiek pakļauta starojumam, caur elektrodiem plūst elektriskā strāva. Šīs strāvas stiprums būs atkarīgs no gāzes sastāva, elektrodu izmēra, attāluma starp elektrodiem un pielietotā sprieguma.

Mērot elektrisko strāvu ķēdē ar zināmu vides sastāvu, attālumu starp elektrodiem un pielietoto spriegumu, ir iespējams noteikt elektrodu izmērus vai otrādi, citus parametrus. Tos izmanto, lai izmērītu detaļu izmērus vai gāzes sastāvus utt.

Galvenā jonizējošā Prs priekšrocība ir bezkontakta mērījumu iespēja agresīvā vidē, paaugstinātā spiedienā vai temperatūrā. Šādas pr trūkums ir nepieciešamība nodrošināt personāla bioloģisko aizsardzību no starojuma iedarbības.

Pretestības termometri. Pretestības termometri, tāpat kā termopāri, ir paredzēti gāzveida, cietu un šķidru ķermeņu temperatūras, kā arī virsmas temperatūras mērīšanai. Termometru darbības princips ir balstīts uz metālu un pusvadītāju īpašību izmantošanu mainīt to elektrisko pretestību ar temperatūru. No tīriem metāliem izgatavotiem vadītājiem šī atkarība temperatūras diapazonā no –200 °C līdz 0 °C ir šāda:

Rt = R0,

un temperatūras diapazonā no 0 °C līdz 630 °C

Rt = R0,

Kur Rt , R 0 - vadītāja pretestība temperatūrā t un 0 °C; A, B, C - koeficienti; t- temperatūra, °C.

Temperatūras diapazonā no 0 °C līdz 180 °C vadītāja pretestības atkarību no temperatūras apraksta ar aptuvenu formulu

Rt = R0,

Kur α - vadītāja materiāla pretestības temperatūras koeficients (TCR).

Tīra metāla vadītājiem α≈ 6-10 -3 ...4-10 -3 grādi -1.

Temperatūras mērīšana ar pretestības termometru nozīmē tās pretestības mērīšanu Rt, s turpmāka pāreja uz temperatūru, izmantojot formulas vai kalibrēšanas tabulas.

Ir stiepļu un pusvadītāju pretestības termometri. Stieples pretestības termometrs ir tieva stieple, kas izgatavota no tīra metāla, kas uzmontēta uz rāmja, kas izgatavota no temperatūras izturīga materiāla (jutīgs elements), ievietots aizsargapvalkā (5.4. att.).

Rīsi. 5.4. Pretestības termometra sensora elements

Jutīgā elementa vadi ir savienoti ar termometra galvu. No tīriem metāliem, nevis no sakausējumiem izgatavotu stiepļu izvēle pretestības termometru ražošanai ir saistīta ar to, ka tīru metālu TCR ir lielāks nekā sakausējumu TCR, un tāpēc termometri, kuru pamatā ir tīri metāli, ir jutīgāki.

Nozare ražo platīna, niķeļa un vara pretestības termometrus. Lai nodrošinātu termometru savstarpēju aizvietojamību un vienmērīgu kalibrēšanu, to pretestības vērtības ir standartizētas R0 un TKS.

Pusvadītāju pretestības termometri (termistori) ir lodītes, diski vai stieņi, kas izgatavoti no pusvadītāju materiāla ar vadiem savienošanai ar mērīšanas ķēdi.

Nozare masveidā ražo dažāda veida termistorus ar dažādu dizainu.

Termistoru izmēri parasti ir mazi - apmēram daži milimetri, un daži veidi ir milimetra desmitdaļas. Lai aizsargātu pret mehāniskiem bojājumiem un vides ietekmi, termistori ir aizsargāti ar stikla vai emaljas pārklājumiem, kā arī metāla pārsegiem.

Termistoru pretestība parasti ir no dažiem līdz simtiem kiloomu; to TCR darba temperatūras diapazonā ir par kārtu lielāks nekā stieples termometriem. Kā materiāli termistoru darba šķidrumam tiek izmantoti niķeļa, mangāna, vara un kobalta oksīdu maisījumi, kurus sajauc ar saistvielu, piešķirot vajadzīgo formu un saķepinot augstā temperatūrā. Termistorus izmanto, lai mērītu temperatūru diapazonā no -100 līdz 300°C. Termistoru inerce ir salīdzinoši maza. To trūkumi ietver pretestības temperatūras atkarības nelinearitāti, savstarpējas aizvietojamības trūkumu nominālās pretestības un TCR lielās izplatības dēļ, kā arī neatgriezeniskas pretestības izmaiņas laika gaitā.

Mērījumiem temperatūras diapazonā, kas ir tuvu absolūtai nullei, tiek izmantoti germānija pusvadītāju termometri.

Termometru elektriskā pretestība tiek mērīta, izmantojot līdzstrāvas un maiņstrāvas tiltus vai kompensatorus. Termometrisko mērījumu iezīme ir mērīšanas strāvas ierobežošana, lai novērstu termometra darba šķidruma uzkaršanu. Vadu pretestības termometriem ieteicams izvēlēties tādu mērīšanas strāvu, lai termometra izkliedētā jauda nepārsniegtu 20 ... 50 mW. Pieļaujamā jaudas izkliede termistoros ir daudz mazāka un to ieteicams eksperimentāli noteikt katram termistoram.

Pret deformāciju jutīgi devēji (spriegojuma mērītāji). Projektēšanas praksē bieži vien ir nepieciešams izmērīt mehāniskos spriegumus un deformācijas konstrukcijas elementos. Visizplatītākie šo daudzumu pārveidotāji elektriskajā signālā ir deformācijas mērītāji. Tenzometru darbība balstās uz metālu un pusvadītāju īpašību mainīt elektrisko pretestību tiem pielikto spēku ietekmē. Vienkāršākais deformācijas mērītājs var būt stieples gabals, kas ir stingri savienots ar deformējamas daļas virsmu. Detaļas izstiepšana vai saspiešana izraisa stieples proporcionālu stiepšanu vai saspiešanu, kā rezultātā mainās tā elektriskā pretestība. Elastīgo deformāciju robežās stieples pretestības relatīvās izmaiņas ir saistītas ar tās relatīvo pagarinājumu ar attiecību

ΔR/R=K Τ Δl/l,

Kur l, R - stieples sākotnējais garums un pretestība; Δl, ΔR - garuma un pretestības palielināšana; K T - deformācijas jutības koeficients.

Tenzometra koeficienta vērtība ir atkarīga no tā materiāla īpašībām, no kura izgatavots tenzometrs, kā arī no deformācijas mērītāja piestiprināšanas pie izstrādājuma metodes. Dažādu metālu metāla stieplēm K T= 1... 3,5.

Ir stiepļu un pusvadītāju deformācijas mērītāji. Stiepļu deformācijas mērītāju ražošanai tiek izmantoti materiāli, kuriem ir diezgan augsts deformācijas jutīguma koeficients un zems temperatūras pretestības koeficients. Visbiežāk izmantotais materiāls stiepļu deformācijas mērītāju ražošanā ir konstanta stieple ar diametru 20 ... 30 mikroni.

Strukturāli stiepļu tenzometri ir režģis, kas sastāv no vairākām stieples cilpām, kas pielīmētas uz plānas papīra (vai cita) substrāta (5.5. att.). Atkarībā no pamatnes materiāla deformācijas mērītāji var darboties temperatūrā no -40 līdz +400 °C.

Rīsi. 5.5. Deformācijas mērītājs

Ir izstrādāti deformācijas mērītāji, kas piestiprināti pie detaļu virsmas, izmantojot cementu, un spēj darboties temperatūrā līdz 800 °C.

Tenzometru galvenie raksturlielumi ir nominālā pretestība R, bāze l un deformācijas faktors K T . Nozare ražo plašu deformācijas mērītāju klāstu ar pamatnes izmēriem no 5 līdz 30 mm , nominālās pretestības no 50 līdz 2000 omiem, ar deformācijas jutības koeficientu 2±0,2.

Stiepļu deformācijas mērītāju tālāka attīstība ir folijas un plēves tenzometri, kuru jutīgais elements ir folijas sloksņu režģis vai plāna metāla plēve, kas uzklāta uz lakas bāzes.

Tenzijas mērītāji ir izgatavoti, pamatojoties uz pusvadītāju materiāliem. Spriedzes efekts visspēcīgāk izpaužas germānijā, silīcijā u.c. Galvenā atšķirība starp pusvadītāju tenzometriem un stieples tenzometriem ir lielas (līdz 50%) pretestības izmaiņas deformācijas laikā, ko izraisa deformācijas jutības koeficienta liela vērtība.

Induktīvie pārveidotāji. Induktīvos devējus izmanto, lai izmērītu virsmu pārvietojumus, izmērus, formas novirzes un novietojumu. Pārveidotājs sastāv no stacionāra induktora ar magnētisko serdi un enkura, kas arī ir daļa no magnētiskā serdeņa, kas pārvietojas attiecībā pret induktors. Lai iegūtu pēc iespējas augstāku induktivitāti, spoles magnētiskā ķēde un armatūra ir izgatavota no feromagnētiskiem materiāliem. Armatūrai kustoties (savienota, piemēram, ar mērierīces zondi), mainās spoles induktivitāte un līdz ar to mainās tinumā plūstošā strāva. Attēlā 5.6. attēlā parādītas induktīvo pārveidotāju diagrammas ar mainīgu gaisa spraugu d (5.6. att. A) izmanto, lai mērītu nobīdi diapazonā no 0,01...10 mm; ar mainīgu gaisa spraugas laukumu S δ (5.6. att.). b), izmanto diapazonā no 5 ... 20 mm.

Rīsi. 5.6. Induktīvie nobīdes devēji

5.2. Operacionālie pastiprinātāji

Operacionālais pastiprinātājs (operācijas pastiprinātājs) ir līdzstrāvas diferenciālais pastiprinātājs ar ļoti lielu pastiprinājumu. Sprieguma pastiprinātājam pārsūtīšanas funkcija (pastiprinājums) tiek dota ar

Lai vienkāršotu konstrukcijas aprēķinus, tiek pieņemts, ka ideālam op-amp ir šādas īpašības.

1. Pastiprinājums, kad atgriezeniskās saites cilpa ir atvērta, ir bezgalība.

2. Ieejas pretestība Rd ir bezgalība.

3. Izejas pretestība R 0 = 0.

4. Joslas platums ir bezgalīgs.

5. V 0 = 0 pie V 1 = V 2 (nav nulles nobīdes sprieguma).

Pēdējā īpašība ir ļoti svarīga. Tā kā V 1 -V 2 = V 0 / A, tad, ja V 0 ir ierobežota vērtība un koeficients A ir bezgalīgi liels (tipiskā vērtība 100 000), mums būs

V 1 — V 2 = 0 un V 1 = V 2.

Tā kā diferenciālā signāla ieejas pretestība ir (V 1 - V 2)

ir arī ļoti liels, tad strāvu caur Rd var neņemt vērā.Šie divi pieņēmumi ievērojami vienkāršo op-amp ķēžu dizainu.

1. noteikums. Kad op-amp darbojas lineārajā reģionā, tā abās ieejās darbojas vienādi spriegumi.

2. noteikums. Abām op-amp ieejām ieejas strāvas ir nulle.

Apskatīsim operētājsistēmas pastiprinātāja pamata shēmu blokus. Lielākā daļa no šīm shēmām izmanto operācijas pastiprinātāju slēgtā cikla konfigurācijā.

5.2.1. Unity pastiprināšanas pastiprinātājs

(sprieguma sekotājs)

Ja neinvertējošā pastiprinātājā mēs iestatām R i vienādu ar bezgalību un R f vienādu ar nulli, tad mēs nonāksim pie ķēdes, kas parādīta attēlā. 5.7.

Saskaņā ar 1. noteikumu op-amp invertējošajai ieejai ir arī ieejas spriegums Vi, kas tiek tieši pārsūtīts uz ķēdes izeju. Tāpēc V 0 = V i , un izejas spriegums izseko (atkārto) ieejas spriegumu. Daudziem analogo-ciparu pārveidotājiem ieejas pretestība ir atkarīga no analogā ieejas signāla vērtības. Izmantojot sprieguma sekotāju, tiek nodrošināta pastāvīga ieejas pretestība.

5.2.2. Papildinātāji

Invertējošais pastiprinātājs var summēt vairākus ieejas spriegumus. Katra summatora ieeja ir savienota ar operētājsistēmas pastiprinātāja invertējošo ieeju caur svēršanas rezistoru. Invertējošo ieeju sauc par summēšanas mezglu, jo šeit tiek summētas visas ieejas strāvas un atgriezeniskās saites strāva. Summēšanas pastiprinātāja pamata shēmas shēma ir parādīta attēlā. 5.8.

Tāpat kā parastajam invertējamajam pastiprinātājam, spriegumam pie invertējošās ieejas jābūt nullei, un tāpēc strāvai, kas ieplūst operētājsistēmā, jābūt nullei. Tādējādi

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

Tā kā invertējošā ieejā ir nulle spriegums, tad pēc atbilstošām aizstāšanām mēs iegūstam

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

Rezistors R f nosaka ķēdes kopējo pastiprinājumu. Pretestības R 1, R 2, . . . R n iestatiet atbilstošo kanālu svēršanas koeficientu un ieejas pretestību vērtības.

5.2.3. Integratori

Integrators ir elektroniska shēma, kas rada izejas signālu, kas ir proporcionāls ieejas signāla integrālam (laikā).

Attēlā 5.9. attēlā parādīta vienkārša analogā integratora shematiska diagramma.Viens integratora terminālis ir savienots ar summēšanas mezglu, bet otrs ir savienots ar integratora izeju. Tāpēc spriegums pāri kondensatoram vienlaikus ir arī izejas spriegums. Integratora izejas signālu nevar aprakstīt ar vienkāršu algebrisku sakarību, jo ar fiksētu ieejas spriegumu izejas spriegums mainās ar ātrumu, ko nosaka parametri Vi, R un C. Tādējādi, lai atrastu izejas spriegumu, jums jāzina ievades signāla ilgums. Spriegums sākotnēji izlādētā kondensatorā

kur i f – caur kondensatoru un t i – integrācijas laiks. Par pozitīvu

Vi mums ir i i = V i /R. Tā kā i f = i i , tad, ņemot vērā signāla inversiju, iegūstam

No šīs attiecības izriet, ka V 0 nosaka ieejas sprieguma integrālis (ar pretēju zīmi) diapazonā no 0 līdz t 1, kas reizināts ar skalas koeficientu 1/RC. Spriegums V ic ir spriegums pāri kondensatoram sākotnējā brīdī (t = 0).

5.2.4. Diferencētāji

Diferenciators rada izejas signālu, kas ir proporcionāls ieejas signāla izmaiņu ātrumam laika gaitā. Attēlā 5.10. attēlā parādīta vienkārša diferenciatora shematiska diagramma.

Strāva caur kondensatoru.

Ja atvasinājums ir pozitīvs, strāva i i plūst tādā virzienā, ka veidojas negatīvs izejas spriegums V 0.

Tādējādi

Šī signālu diferenciācijas metode šķiet vienkārša, taču tās praktiskā īstenošana rada problēmas ar ķēdes stabilitātes nodrošināšanu augstās frekvencēs. Ne katrs op-amp ir piemērots izmantošanai diferenciatorā. Atlases kritērijs ir operētājsistēmas pastiprinātāja veiktspēja: jums ir jāizvēlas operētājsistēmu pastiprinātājs ar augstu izejas sprieguma maksimālo pagrieziena ātrumu un augstu pastiprinājuma joslas platuma produktu. Ātrdarbīgie pastiprinātāji, kuru pamatā ir lauka efekta tranzistori, labi darbojas diferenciatoros.

5.2.5. Salīdzinātāji

Komparators ir elektroniska shēma, kas salīdzina divus ieejas spriegumus un rada izejas signālu atkarībā no ieeju stāvokļa. Salīdzinājuma pamata shēmas shēma ir parādīta attēlā. 5.11.

Kā redzat, šeit op-amp darbojas ar atvērtu atgriezeniskās saites cilpu. Vienai no tās ieejām tiek piegādāts atsauces spriegums, bet otrai tiek piegādāts nezināms (salīdzināms) spriegums. Salīdzinājuma izeja norāda, vai nezināmā ieejas signāla līmenis ir virs vai zem atsauces sprieguma līmeņa. 5.11. attēlā redzamajā shēmā atsauces spriegums V r tiek pielikts neinvertējošajai ieejai, bet nezināmais signāls V i tiek piegādāts invertējošajai ieejai.

Ja V i > V r, salīdzinājuma izejā tiek iestatīts spriegums V 0 = - V r (negatīvs piesātinājuma spriegums). Pretējā gadījumā mēs iegūstam V 0 = +V r Jūs varat apmainīt ieejas - tas novedīs pie izejas signāla inversijas.

5.3. Mērīšanas signālu pārslēgšana

Informācijas un mērīšanas tehnoloģijā, realizējot analogās mērīšanas transformācijas, bieži vien ir nepieciešams izveidot elektriskos savienojumus starp diviem vai vairākiem mērīšanas ķēdes punktiem, lai izraisītu nepieciešamo pārejas procesu, izkliedētu reaktīvā elementa uzkrāto enerģiju (piemēram, izlādē kondensatoru), pievienojiet mērīšanas ķēdes strāvas avotu, ieslēdziet analogās šūnas atmiņu, paņemiet nepārtraukta procesa paraugu paraugu ņemšanas laikā utt. Turklāt daudzi mērinstrumenti secīgi veic mērījumu transformācijas lielā skaitā elektrisko daudzumi, kas sadalīti telpā. Lai īstenotu iepriekš minēto, tiek izmantoti mērīšanas komutatori un mērīšanas taustiņi.

Mērīšanas slēdzis ir ierīce, kas pārveido telpiski atdalītus analogos signālus ar laiku atdalītos signālos un otrādi.

Analogo signālu mērīšanas slēdžus raksturo šādi parametri:

pārslēgto lielumu dinamiskais diapazons;

pārraides koeficienta kļūda;

ātrums (pārslēgšanas biežums vai laiks, kas nepieciešams vienas pārslēgšanas darbības veikšanai);

ieslēgto signālu skaits;

ierobežojošs pārslēgumu skaits (slēdžiem ar kontaktu mērīšanas taustiņiem).

Atkarībā no komutatorā izmantoto mērīšanas taustiņu veida, kontaktu un bezkontakta slēdži.

Mērīšanas slēdzis ir divu terminālu tīkls ar skaidri izteiktu strāvas-sprieguma raksturlīknes nelinearitāti. Atslēgas pāreja no viena stāvokļa (slēgta) uz otru (atvērta) tiek veikta, izmantojot vadības elementu.

5.4. Analogā pārvēršana ciparu formātā

Pārveidošana no analogās uz digitālo ir mērījumu procedūras neatņemama sastāvdaļa. Indikācijas instrumentos šī darbība atbilst eksperimentētāja veiktā skaitliskā rezultāta nolasīšanai. Ciparu un procesoru mērinstrumentos analogā-digitālā pārveidošana tiek veikta automātiski, un rezultāts tiek nosūtīts tieši uz displeju vai ievadīts procesorā, lai veiktu turpmākās mērījumu konvertācijas skaitliskā formā.

Mērījumu analogās-digitālās pārveidošanas metodes ir izstrādātas dziļi un rūpīgi, un tās ir saistītas ar ievades ietekmes momentāno vērtību attēlošanu fiksētos laika momentos ar atbilstošo kodu kombināciju (numuru). Analogās-digitālās pārveides fiziskais pamats ir vārtu noteikšana un salīdzināšana ar fiksētiem atskaites līmeņiem. Visplašāk izmantotie ADC ir bitu pa bitu kodēšana, secīgā skaitīšana, izsekošanas balansēšana un daži citi. Problēmas ar analogo-digitālo pārveidošanas metodiku, kas ir saistītas ar tendencēm ADC un digitālo mērījumu attīstībā turpmākajos gados, jo īpaši ietver:

Lasīšanas neskaidrības novēršana visātrāk saskanīgajos ADC, kas kļūst arvien izplatītāki līdz ar integrētās tehnoloģijas attīstību;

Kļūmju tolerances sasniegšana un ADC metroloģisko raksturlielumu uzlabošana, pamatojoties uz lieko Fibonači skaitļu sistēmu;

Pieteikums statistiskās testēšanas metodes analogai-digitālai pārveidei.

5.4.1. Digitālā-analogā un analogā-digitālā pārveidotāji

Digitālā-analogā (DAC) un analogā-digitālā pārveidotāji (ADC) ir automātiskās vadības un regulēšanas sistēmu neatņemama sastāvdaļa. Turklāt, tā kā lielākā daļa izmērīto fizisko lielumu ir analogi un to apstrāde, indikācija un reģistrācija parasti tiek veikta ar digitālām metodēm, DAC un ADC ir plaši izmantoti automātiskajos mērinstrumentos. Tādējādi DAC un ADC ir daļa no digitālajiem mērinstrumentiem (voltmetri, osciloskopi, spektra analizatori, korelatori u.c.), programmējamie barošanas bloki, katodstaru lampu displeji, ploteri, monitoringa elementu un mikroshēmu instalāciju radaru sistēmas un ir svarīgas sastāvdaļas. dažādi pārveidotāji un ģeneratori, datoru informācijas ievades/izvades ierīces. Telemetrijā un televīzijā paveras plašas DAC un ADC izmantošanas iespējas. Neliela izmēra un salīdzinoši lētu DAC un ADC sērijveida ražošana dos iespēju vēl plašāk izmantot diskrētas nepārtrauktas konversijas metodes zinātnē un tehnoloģijā.

Ir trīs DAC un ADC dizaina un tehnoloģiskā dizaina veidi: modulārais, hibrīdais un integrētais. Tajā pašā laikā nepārtraukti pieaug DAC un ADC integrālo shēmu (IC) ražošanas īpatsvars to kopējā ražošanas apjomā, ko lielā mērā veicina mikroprocesoru un digitālo datu apstrādes metožu plašā izmantošana. DAC ir ierīce, kas rada analogo izejas signālu (spriegumu vai strāvu), kas ir proporcionāls ieejas digitālajam signālam. Šajā gadījumā izejas signāla vērtība ir atkarīga no atsauces sprieguma U op vērtības, kas nosaka izejas signāla pilnu skalu. Ja kā atsauces spriegumu izmantojat jebkuru analogo signālu, tad DAC izejas signāls būs proporcionāls ieejas digitālā un analogs ADC digitālo kodu izejā nosaka pēc pārveidotā ieejas analogā signāla attiecības ar atsauces signālu, kas atbilst pilnai skalai. Šī attiecība ir patiesa arī tad, ja atsauces signāls mainās saskaņā ar kādu likumu. ADC var uzskatīt par attiecību mērītāju vai sprieguma dalītāju ar digitālo izeju.

5.4.2. ADC darbības principi, pamatelementi un blokshēmas

Pašlaik ir izstrādāts liels skaits ADC veidu, lai apmierinātu dažādas prasības. Dažos gadījumos dominējošā prasība ir augsta precizitāte, citos - konversijas ātrums.

Pēc darbības principa visus esošos ADC veidus var iedalīt divās grupās: ADC ar ieejas pārveidotā signāla salīdzināšanu ar diskrētiem sprieguma līmeņiem un integrējošā tipa ADC.

ADC, kas salīdzina ieejas signālu, kas tiek pārveidots par diskrētiem sprieguma līmeņiem, izmanto konversijas procesu, kas būtībā ģenerē sprieguma līmeņus, kas ir līdzvērtīgi attiecīgajiem digitālajiem kodiem, un salīdzina šos sprieguma līmeņus ar ieejas spriegumu, lai noteiktu ieejas signāla digitālo ekvivalentu. Šajā gadījumā sprieguma līmeņus var veidot vienlaicīgi, secīgi vai kombinētā veidā.

Sērijas skaitīšana ADC ar pakāpju zāģa spriegumu ir viens no vienkāršākajiem pārveidotājiem (5.12. att.).

Signāls "Start" iestata skaitītāju uz nulles stāvokli, pēc kura, pulksteņa impulsiem nonākot tā ieejā ar frekvenci f t DAC izejas spriegums pakāpeniski palielinās lineāri.

Kad spriegums U out sasniedz vērtību U in, salīdzināšanas ķēde pārtrauc impulsu skaitīšanu skaitītājā, un kods no pēdējā izejām tiek ievadīts atmiņas reģistrā. Šādu ADC bitu dziļumu un izšķirtspēju nosaka tajā izmantotā DAC bitu dziļums un izšķirtspēja. Pārveidošanas laiks ir atkarīgs no pārveidojamā ieejas sprieguma līmeņa. Lai ieejas spriegums atbilst pilnai skalas vērtībai, MF ir jāaizpilda, un tajā pašā laikā tam ir jāģenerē pilnas skalas kods DAC ieejā. Tam nepieciešams konversijas laiks, kas ir (2 n - 1) reizes lielāks par pulksteņa periodu n-bitu DAC. Ātrai analogajai-digitālajai pārveidei šādu ADC izmantošana ir nepraktiska.

IN izsekošanas ADC(5.13. att.) summēšanas mērītājs tiek aizstāts ar reverso skaitītāju RSch, lai izsekotu mainīgajam ieejas spriegumam. CV izejas signāls nosaka skaitīšanas virzienu atkarībā no tā, vai ADC ieejas spriegums pārsniedz DAC izejas spriegumu vai nē.

Pirms mērījumu sākšanas RF frekvence tiek iestatīta stāvoklī, kas atbilst skalas vidum (01 ... 1). Pirmais izsekošanas ADC reklāmguvumu cikls ir līdzīgs reklāmguvumu ciklam sērijas skaitīšanas ADC. Nākotnē konversijas cikli tiks ievērojami samazināti, jo šim ADC izdodas izsekot nelielām ieejas signāla novirzēm vairākos pulksteņa periodos, palielinot vai samazinot RF frekvences vadības blokā reģistrēto impulsu skaitu atkarībā no neatbilstības zīmes starp konvertētā sprieguma Uin pašreizējo vērtību un DAC izejas spriegumu.

Secīgā tuvināšana ADC (bitu balansēšana) ir atraduši visplašāko pielietojumu to diezgan vienkāršās ieviešanas dēļ, vienlaikus nodrošinot augstu izšķirtspēju, precizitāti un ātrumu, tiem ir nedaudz zemāka veiktspēja, bet ievērojami augstāka izšķirtspēja salīdzinājumā ar ADC, kas realizē paralēlās konversijas metodi.

Lai palielinātu veiktspēju, kā vadības ierīci izmanto impulsu sadalītāju un secīgu tuvināšanas reģistru. Ieejas spriegumu salīdzina ar atsauces spriegumu (DAC atgriezeniskās saites spriegumu), sākot no vērtības, kas atbilst ģenerētā binārā koda nozīmīgākajam bitam.

Startējot ADC, izmantojot RI, RPP tiek iestatīts sākotnējā stāvoklī:

1000. . .0. Šajā gadījumā DAC izejā tiek ģenerēts spriegums, kas atbilst pusei pārveidošanas diapazona, kas tiek nodrošināts, ieslēdzot tā nozīmīgāko bitu. Ja ieejas signāls ir mazāks par signālu no DAC, nākamajā pulksteņa ciklā DAC digitālajās ieejās, izmantojot RPP, tiek ģenerēts kods 0100. . 0, kas atbilst 2. nozīmīgākā cipara iekļaušanai. Rezultātā DAC izejas signāls tiek samazināts uz pusi.

Ja ieejas signāls pārsniedz signālu no DAC, nākamajā pulksteņa ciklā tiek nodrošināta koda 0110 ... 0 veidošana pie DAC digitālajām ieejām un papildu 3. bita iekļaušana. Šajā gadījumā DAC izejas spriegums, kas ir palielinājies par pusotru reizi, atkal tiek salīdzināts ar ieejas spriegumu utt. Aprakstītā procedūra tiek atkārtota n reizes (kur n- ADC bitu skaits).

Rezultātā DAC izejā tiks ģenerēts spriegums, kas no ieejas atšķiras ne vairāk kā par vienu DAC vismazākā cipara vienību. Pārveidošanas rezultāts tiek ņemts no RPP izejas.

Šīs shēmas priekšrocība ir iespēja izveidot vairāku bitu (līdz 12 bitiem un vairāk) salīdzinoši ātrdarbīgus pārveidotājus (ar konversijas laiku vairākus simtus nanosekunžu).

ADC tiešā lasīšana (paralēlais tips)(5.15. att.) ieejas signāls vienlaikus tiek pievadīts visu sprieguma transformatoru ieejām, skaitlis m ko nosaka ADC bitu ietilpība un ir vienāds ar m = 2 n - 1, kur n ir ADC bitu skaits. Katrā CV signāls tiek salīdzināts ar atsauces spriegumu, kas atbilst noteiktas izlādes svaram, un noņemts no rezistoru dalītāja mezgliem, kas tiek darbināti no atsauces sprieguma.

CV izejas signālus apstrādā loģiskais dekodētājs, kas rada paralēlu kodu, kas ir ieejas sprieguma digitālais ekvivalents. Šādiem ADC ir visaugstākā veiktspēja. Šādu ADC trūkums ir tāds, ka, palielinoties bitu dziļumam, nepieciešamo elementu skaits praktiski dubultojas, kas apgrūtina šāda veida daudzbitu ADC izveidi. Pārveidošanas precizitāti ierobežo sprieguma pārveidotāja un rezistoru dalītāja precizitāte un stabilitāte. Lai palielinātu bitu dziļumu lielā ātrumā, tiek ieviesti divpakāpju ADC, kuros izejas koda zemās kārtas biti tiek noņemti no DS otrā posma izejām, bet nozīmīgākie biti tiek noņemti no izejām. pirmā posma DS.

ADC ar impulsa platuma modulāciju (viena cikla integrācija)

ADC ir raksturīgs tas, ka ievades analogā signāla Uin līmenis tiek pārveidots par impulsu, kura ilgums t ir atkarīgs no ieejas signāla vērtības un tiek pārveidots digitālā formā, skaitot periodu skaitu. no atsauces frekvences, kas ietilpst starp impulsa sākumu un beigām. Integratora izejas spriegums savienojuma ietekmē

tiek lietots tā ievadei U op mainās no nulles līmeņa ar ātrumu

Brīdī, kad integratora izejas spriegums kļūst vienāds ar ieejas spriegumu Uin, tiek iedarbināts CV, kā rezultātā beidzas impulsa ilguma veidošanās, kuras laikā tiek skaitīts atsauces frekvences periodu skaits. ADC skaitītāji. Impulsa ilgumu nosaka laiks, kurā spriegums U out mainās no nulles līmeņa uz U in:

Šī pārveidotāja priekšrocība ir tā vienkāršība, un trūkumi ir salīdzinoši zemais ātrums un zemā precizitāte.

1. Kāda ir ierīce, darbības princips un pielietojums:

a) fotoelektriskie pārveidotāji;

Fotoelektriskie pārveidotāji ir tie, kuros izejas signāls mainās atkarībā no gaismas plūsmas, kas krīt uz pārveidotāju. Fotoelektriskos pārveidotājus vai, kā mēs tos sauksim nākotnē, fotoelementus iedala trīs veidos:

1) fotoelementi ar ārēju fotoefektu

Tie ir vakuuma vai ar gāzi pildīti sfēriski stikla cilindri, uz kuru iekšējās virsmas ir uzklāts gaismjutīga materiāla slānis, veidojot katodu. Anods ir izgatavots no niķeļa stieples gredzena vai sieta. Aptumšotā stāvoklī caur fotoelementu iet tumša strāva, kas rodas termiskās emisijas un noplūdes starp elektrodiem rezultātā. Apgaismots fotokatods gaismas fotonu ietekmē imitē elektronus. Ja starp anodu un katodu tiek pielikts spriegums, šie elektroni veido elektrisko strāvu. Mainoties elektriskajai ķēdei pievienotā fotoelementa apgaismojumam, attiecīgi mainās fotostrāva šajā ķēdē.

2) fotoelementi ar iekšējo fotoefektu

Tās ir viendabīgas pusvadītāju vafeles ar kontaktiem, piemēram, izgatavotas no kadmija selenīda, kas gaismas plūsmas ietekmē maina savu pretestību. Iekšējais fotoelektriskais efekts sastāv no brīvo elektronu parādīšanās, ko gaismas kvanti izsit no atomu elektronu orbītām, kas vielas iekšpusē paliek brīvi. Brīvo elektronu parādīšanās materiālā, piemēram, pusvadītājā, ir līdzvērtīga elektriskās pretestības samazinājumam. Fotorezistoriem ir augsta jutība un lineāra strāvas-sprieguma raksturlīkne (voltu-ampēru raksturlielums), t.i. to pretestība nav atkarīga no pielietotā sprieguma.

3) fotoelementu pārveidotāji.

Šie pārveidotāji ir aktīvi gaismas jutīgi pusvadītāji, kas, absorbējot gaismu fotoelektrisko efektu dēļ barjeras slānī, rada brīvos elektronus un emf.

Fotodiode (PD) var darboties divos režīmos - fotodiode un ģenerators (vārsts). Fototranzistors ir izstarojuma enerģijas pusvadītāju uztvērējs ar diviem vai vairākiem p-savienojumiem, kurā ir apvienota fotodiode un fotostrāvas pastiprinātājs.

Fototranzistori, tāpat kā fotodiodes, tiek izmantoti, lai pārveidotu gaismas signālus elektriskos signālos.

b) kapacitatīvie pārveidotāji;

Kapacitatīvs devējs ir kondensators, kura kapacitāte mainās izmērāmā neelektriskā daudzuma ietekmē. Plakanais kondensators tiek plaši izmantots kā kapacitatīvs pārveidotājs, kura kapacitāti var izteikt ar formulu C = e0eS/5, kur e0 ir gaisa dielektriskā konstante (e0 = 8,85 10"12F/m; e ir relatīvais dielektriķis barotnes konstante starp kondensatora plāksnēm; S- oderes laukums; 5-attālums starp uzlikām)

Tā kā izmērīto neelektrisko daudzumu var funkcionāli saistīt ar jebkuru no šiem parametriem, kapacitatīvo pārveidotāju dizains var būt ļoti atšķirīgs atkarībā no pielietojuma. Šķidrumu un granulu ķermeņu līmeņa mērīšanai izmanto cilindriskus vai plakanus kondensatorus; nelielu pārvietojumu, strauji mainīgu spēku un spiedienu mērīšanai - diferenciālie kapacitatīvie devēji ar maināmu spraugu starp plāksnēm. Apsvērsim principu, kā izmantot kapacitatīvos pārveidotājus dažādu neelektrisku lielumu mērīšanai.

c) termopārveidotāji;

Siltuma pārveidotājs ir vadītājs vai pusvadītājs ar strāvu, ar augstu temperatūras koeficientu, siltuma apmaiņā ar vidi. Ir vairāki siltuma apmaiņas veidi: konvekcija; vides siltumvadītspēja; paša vadītāja siltumvadītspēja; starojums.

Siltuma apmaiņas intensitāte starp vadītāju un vidi ir atkarīga no šādiem faktoriem: gāzes vai šķidrās vides ātruma; vides fizikālās īpašības (blīvums, siltumvadītspēja, viskozitāte); apkārtējās vides temperatūra; vadītāja ģeometriskie izmēri. Šī vadītāja temperatūras un līdz ar to arī pretestības atkarība no uzskaitītajiem faktoriem var būt

izmanto dažādu neelektrisku lielumu mērīšanai, kas raksturo gāzi vai šķidru vidi: temperatūru, ātrumu, koncentrāciju, blīvumu (vakuumu).

d) jonizācijas pārveidotāji;

Jonizācijas pārveidotāji ir tie pārveidotāji, kuros izmērītais neelektriskais lielums ir funkcionāli saistīts ar gāzveida vides elektroniskās un jonu vadītspējas strāvu. Elektronu un jonu plūsmu jonizācijas pārveidotājos iegūst vai nu jonizējot gāzveida vidi viena vai otra jonizējošā aģenta ietekmē, vai ar termisko emisiju, vai ar elektroniem bombardējot gāzveida vides molekulas utt.

Jebkura jonizācijas pārveidotāja obligātie elementi ir avots un starojuma uztvērējs.

e) reostatiskie pārveidotāji;

Reostata pārveidotājs ir reostats, kura motors pārvietojas mērītā neelektriskā daudzuma ietekmē. Uz rāmja, kas izgatavots no izolācijas materiāla, vienmērīgā solī tiek uztīts vads. Vadu izolācija uz rāmja augšējās robežas tiek notīrīta, un birste slīd gar metālu. Papildu suka slīd gar slīdēšanas gredzenu. Abas birstes ir izolētas no piedziņas veltņa. Reostatiskie pārveidotāji ir izgatavoti gan ar stiepli, kas uztīts uz rāmja, gan reohorda tipa. Kā stiepļu materiālus izmanto nihromu, manganīnu, konstantānu u.c.. Kritiskos gadījumos, kad prasības saskares virsmu nodilumizturībai ir ļoti augstas vai kad kontaktspiedieni ir ļoti zemi, tiek izmantoti platīna sakausējumi ar irīdiju, pallādiju u.c. . Reostata stieple ir jāpārklāj ar emalju vai oksīdu slāni, lai izolētu blakus esošos pagriezienus vienu no otra. Dzinēji ir izgatavoti no diviem vai trim vadiem (platīna ar irīdiju) ar kontaktspiedienu 0,003...0,005 N vai plātņu tipa (sudraba, fosfora bronzas) ar spēku 0,05...0,1 N. uztītā stieple ir pulēta; Saskares virsmas platums ir vienāds ar diviem līdz trim stieples diametriem. Reostatiskā pārveidotāja rāmis ir izgatavots no tekstolīta, plastmasas vai alumīnija, kas pārklāts ar izolācijas laku vai oksīda plēvi. Rāmju formas ir dažādas. Reostatisko pārveidotāju pretestība ir ļoti maza, un to parasti var neievērot audio diapazona frekvencēs.

Reostatiskos devējus var izmantot, lai mērītu vibrācijas paātrinājumus un vibrāciju nobīdes ierobežotā frekvenču diapazonā.

f) deformācijas devēji;

Tenzometriskais devējs (spriegojuma mērītājs) ir vadītājs, kas maina savu pretestību, pakļaujoties stiepes vai spiedes deformācijai. Vadītāja I garums un šķērsgriezuma laukums S mainās līdz ar tā deformāciju. Šīs kristāla režģa deformācijas izraisa vadītāja p pretestības izmaiņas un līdz ar to arī kopējās pretestības izmaiņas.

Pielietojums: deformāciju un mehānisko spriegumu, kā arī citu statisku un dinamisku mehānisko lielumu mērīšanai, kas ir proporcionāli elastīgā palīgelementa (atsperes) deformācijai, piemēram, ceļa, paātrinājuma, spēka, lieces vai griezes momenta, gāzes vai šķidruma spiediena mērīšanai, utt. No šiem izmērītajiem daudzumiem var noteikt atvasinātos lielumus, piemēram, masu (masu), tvertņu piepildījuma pakāpi utt. Relatīvās deformācijas mērīšanai no 0,005... 0,02 līdz 1,5...2% izmanto papīra stieples deformācijas mērītājus, kā arī folijas un plēves. Ar vaļīgiem stieples tenzometriem var izmērīt spriedzi līdz 6...10%. Tenzijas mērītāji ir praktiski bezinerces un tiek izmantoti frekvenču diapazonā 0...100 kHz.

g) induktīvie pārveidotāji;

Induktīvie mērpārveidotāji ir paredzēti, lai pārveidotu pozīciju (pārvietojumu) elektriskajā signālā. Tie ir kompaktākie, trokšņu izturīgākie, uzticamākie un ekonomiskākie mērpārveidotāji lineāro izmēru mērīšanas automatizācijas problēmu risināšanai mašīnbūvē un instrumentu inženierijā.

Induktīvais devējs sastāv no korpusa, kurā uz ritošām vadotnēm ir novietota vārpsta, kuras priekšpusē atrodas mērīšanas uzgalis, bet aizmugurē ir armatūra. Vadlīnija ir aizsargāta no ārējām ietekmēm ar gumijas aproci. Armatūra, kas savienota ar vārpstu, atrodas korpusā fiksētās spoles iekšpusē. Savukārt spoles tinumi ir elektriski savienoti ar korpusā nostiprinātu kabeli un aizsargāti no saliekumiem ar konisku atsperi. Kabeļa brīvajā galā ir savienotājs, ko izmanto, lai savienotu pārveidotāju ar sekundāro ierīci. Korpuss un vārpsta ir izgatavoti no rūdīta nerūsējošā tērauda. Adapteris, kas savieno armatūru ar vārpstu, sastāv no titāna sakausējuma. Atspere, kas rada mērīšanas spēku, ir centrēta, kas novērš berzi, vārpstai kustoties. Šāda devēja konstrukcija nodrošina, ka nejaušās kļūdas un nolasīšanas variācijas tiek samazinātas līdz mazāk nekā 0,1 mikronam.

Induktīvos devējus plaši izmanto galvenokārt lineāro un leņķisko noviržu mērīšanai.

h) magnetoelastiskie pārveidotāji;

Magnetoelastīgie devēji ir elektromagnētisko devēju veids. Tie ir balstīti uz feromagnētisko ķermeņu magnētiskās caurlaidības μ izmaiņu fenomenu atkarībā no tajos radušajiem mehāniskajiem spriegumiem σ, kas saistīti ar mehānisko spēku P (stiepes, spiedes, lieces, vērpšanas) ietekmi uz feromagnētiskajiem ķermeņiem. Feromagnētiskā serdeņa magnētiskās caurlaidības izmaiņas izraisa izmaiņas serdeņa RM magnētiskajā pretestībā. RM izmaiņas izraisa izmaiņas spoles L induktivitātē, kas atrodas uz serdes. Tādējādi magnetoelastīgajā pārveidotājā mums ir šāda transformāciju ķēde:

Р -> σ -> μ -> Rм -> L.

Magnetoelastīgajiem pārveidotājiem var būt divi tinumi (transformatora tips). Spēka ietekmē, ko izraisa magnētiskās caurlaidības izmaiņas, mainās savstarpējā induktivitāte M starp tinumiem un sekundārā tinuma E inducēto emf. Pārveidošanas ķēdei šajā gadījumā ir forma

P -> σ -> μ -> Rm -> M -> E.

Feromagnētisko materiālu magnētisko īpašību maiņas efektu mehānisku deformāciju ietekmē sauc par magnetoelastīgo efektu.

Magnetoelastīgos devējus izmanto:

Augsta spiediena mērīšanai (vairāk nekā 10 N/mm2 vai 100 kg/cm2), jo tie tieši uztver spiedienu un nav nepieciešami papildu devēji;

Lai izmērītu spēku. Šajā gadījumā ierīces mērījumu robežu nosaka magnetoelastīgā devēja laukums. Šie pārveidotāji ir ļoti nedaudz deformēti spēka ietekmē. Jā, kad 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) elektrolītiskās pretestības pārveidotāji;

Elektrolītiskie pārveidotāji ir elektroķīmisko pārveidotāju veids. Vispārīgā gadījumā elektroķīmiskais pārveidotājs ir elektrolītiskā šūna, kas piepildīta ar šķīdumu, kurā ievietoti elektrodi, kas kalpo pārveidotāja savienošanai ar mērīšanas ķēdi. Elektrolītisko elementu kā elektriskās ķēdes elementu var raksturot ar emf, ko tas attīsta, sprieguma kritumu no plūstošās strāvas, pretestību, kapacitāti un induktivitāti. Izolējot sakarību starp šiem elektriskajiem parametriem un izmērīto neelektrisko lielumu, kā arī nomācot citu faktoru ietekmi, ir iespējams izveidot pārveidotājus šķidro un gāzveida vielu sastāva un koncentrācijas, spiediena, pārvietojuma, ātruma mērīšanai. paātrinājums un citi lielumi. Šūnas elektriskie parametri ir atkarīgi no šķīduma un elektrodu sastāva, ķīmiskajām pārvērtībām šūnā, temperatūras, šķīduma kustības ātruma u.c. Sakarības starp elektroķīmisko pārveidotāju elektriskajiem parametriem un neelektriskajiem lielumiem nosaka elektroķīmijas likumi.

Elektrolītisko pārveidotāju darbības princips ir balstīts uz elektrolītiskās šūnas pretestības atkarību no elektrolīta sastāva un koncentrācijas, kā arī no šūnas ģeometriskajiem izmēriem. Elektrolītiskā pārveidotāja šķidruma kolonnas pretestība:

R = ρh/S = k/૪

kur ૪= 1/ρ - elektrolīta īpatnējā vadītspēja; k ir pārveidotāja konstante atkarībā no tā ģeometrisko izmēru attiecības, ko parasti nosaka eksperimentāli.