Traductoare parametrice de măsurare. Convertoare funcționale: de măsurare, parametrice, generatoare

Principalele elemente ale celor mai utilizate instrumente de măsurare sunt traductoarele primare de măsurare, al căror scop este acela de a converti mărimea fizică măsurată (cantitatea de intrare) într-un semnal informațional de măsurare (cantitatea de ieșire), de obicei electric, convenabil pentru prelucrare ulterioară.

Convertoarele primare sunt împărțite în parametrice și generatoare. La convertoarele parametrice, valoarea de ieșire reprezintă o modificare a oricărui parametru al circuitului electric (rezistență, inductanță, capacitate etc.); la convertoarele de generator, valoarea de ieșire este fem, curentul electric sau sarcina rezultată din energia măsurată. valoare.

Există o clasă mare de traductoare de măsurare ale căror cantități de intrare sunt presiunea, forța sau cuplul. De regulă, la aceste traductoare, mărimea de intrare acționează asupra unui element elastic și provoacă deformarea acestuia, care este apoi transformată fie într-un semnal perceput de observatori (dispozitive indicatoare mecanice), fie într-un semnal electric.

În mare măsură, proprietățile inerțiale ale convertorului sunt determinate de frecvența naturală a elementului elastic: cu cât este mai mare, cu atât convertorul este mai puțin inerțial. Valoarea maximă a acestor frecvențe la utilizarea aliajelor structurale este de 50...100 kHz. Materialele cristaline (cuarț, safir, siliciu) sunt utilizate pentru fabricarea elementelor elastice ale traductoarelor deosebit de precise.

Convertizoarele rezistive sunt convertoare parametrice, a căror valoare de ieșire este o modificare a rezistenței electrice, care poate fi cauzată de influența unor cantități de diferite naturi fizice - mecanice, termice, luminoase, magnetice etc.

Un convertor potențiometric este un reostat, al cărui motor este mișcat sub influența valorii măsurate (valoarea de intrare). Cantitatea de ieșire este rezistența.

Traductoarele potențiometrice sunt folosite pentru a măsura poziția elementelor de control (liniare și unghiulare), în manometre, în senzori (de exemplu, presiune) pentru a măsura deformarea unui element sensibil elastic. Avantajul convertoarelor potențiometrice este un semnal mare de ieșire, stabilitatea caracteristicilor metrologice, precizie ridicată și eroare de temperatură nesemnificativă. Principalul dezavantaj este domeniul îngust de frecvență (câteva zeci de herți).

Funcționarea extensometrelor se bazează pe modificări ale rezistenței conductoarelor și semiconductorilor în timpul deformării mecanice a acestora (efect de deformare). Un tensiometru cu sârmă (sau folie) este un fir subțire îndoit în formă de zig-zag, cu un diametru de 0,02...0,05 mm sau o bandă din folie cu o grosime de 4...12 microni (grilă), care este lipită de un substrat. din material electroizolant. Conductoarele de cupru de ieșire sunt conectate la capetele rețelei. Traductoarele, fiind lipite de piesă, percep deformarea stratului său de suprafață.

La măsurarea deformațiilor și tensiunilor în piese și structuri, de regulă, nu există posibilitatea de calibrare a canalelor de măsurare iar eroarea de măsurare este de 2...10%. În cazul utilizării extensometrelor în traductoarele de măsurare primare, eroarea poate fi redusă la 0,5...1% prin calibrare. Principalul dezavantaj al tensometrelor de acest tip este semnalul mic de ieșire.

Pentru a măsura deformațiile mici ale elementelor elastice sensibile ale traductoarelor de măsurare, se folosesc jauze de tensiune semiconductoare crescute direct pe un element elastic din siliciu sau safir.

Atunci când se măsoară deformații dinamice cu o frecvență de până la 5 kHz, trebuie să se utilizeze tensiometre de sârmă sau folie cu o bază de cel mult 10 mm, iar deformarea maximă pentru acestea nu trebuie să depășească 0,1% (0,02% pentru cele semiconductoare).

Acțiunea traductoarelor piezoelectrice se bazează pe apariția sarcinilor electrice atunci când cristalul este deformat (efect piezoelectric direct).

Traductoarele piezoelectrice oferă capacitatea de a măsura cantități rapid variabile (frecvența naturală a traductoarelor ajunge la 200 kHz), sunt foarte fiabile și au dimensiuni și greutate reduse. Principalul dezavantaj este dificultatea de a măsura cantități care se schimbă lent și de a efectua calibrarea statică din cauza scurgerilor electrice de la suprafața cristalului.

Un convertor electrostatic poate fi reprezentat schematic ca doi electrozi (plăci) cu aria F, paralele situate la distanța d într-un mediu cu constantă dielectrică e.

De obicei, aceste convertoare sunt proiectate în așa fel încât valoarea lor de ieșire să fie o modificare a capacității (în acest caz sunt numite capacitive), iar valorile de intrare pot fi mișcări mecanice care modifică intervalul d sau zona F sau a modificarea constantei dielectrice a mediului e datorită modificărilor temperaturii, compoziției chimice etc.

Pe lângă capacitatea, EMF este folosit ca valoare de ieșire a convertoarelor electrostatice. generat de miscarea reciproca a electrozilor situati intr-un camp electric (mod generator). De exemplu, microfoanele cu condensator funcționează în modul generator, transformând energia vibrațiilor acustice în energie electrică.

Avantajul convertoarelor electrostatice este absența zgomotului și autoîncălzirea. Cu toate acestea, pentru a proteja împotriva interferențelor, liniile de conectare și convertoarele în sine trebuie să fie ecranate cu grijă.

Pentru convertoarele inductive, valoarea de ieșire este o modificare a inductanței, iar valorile de intrare pot fi mișcări ale părților individuale ale convertorului, ceea ce duce la o schimbare a rezistenței circuitului magnetic, a inductanței reciproce între circuite etc.

Avantajele convertoarelor sunt: ​​liniaritatea caracteristicilor, dependența scăzută a semnalului de ieșire de influențele externe, șocuri și vibrații; sensibilitate crescută. Dezavantaje - semnal mic de ieșire și necesitatea unei tensiuni de alimentare de înaltă frecvență.

Principiul de funcționare al convertoarelor de vibrație-frecvență se bazează pe modificarea frecvenței naturale a unei coarde sau a unei punți subțiri atunci când tensiunea acestuia se modifică.

Mărimea de intrare a convertorului este forța mecanică (sau cantitățile convertite în forță - presiune, cuplu etc.). care este perceput de un element elastic legat de jumper.

Utilizarea convertoarelor de vibrație-frecvență este posibilă atunci când se măsoară cantități constante sau care se schimbă lent în timp (frecvență nu mai mult de 100...150 Hz). Se disting prin precizie ridicată, iar semnalul de frecvență se caracterizează printr-o imunitate crescută la zgomot.

Convertoarele optoelectrice folosesc legile de propagare și interacțiune cu materia undelor electromagnetice din domeniul optic.

Elementul principal al convertoarelor sunt receptorii de radiații. Cele mai simple dintre ele - convertoarele termice - sunt proiectate pentru a converti toată energia radiației incidente asupra lor în temperatură (convertor integrat).

Diferite convertoare fotoelectrice, care folosesc efectul fotoelectric, sunt, de asemenea, utilizate ca receptori de radiație. Convertoarele fotoelectrice sunt selective, de ex. au sensibilitate mare într-un interval de lungimi de undă relativ îngustă. De exemplu, efectul fotoelectric extern (emisia de electroni sub influența luminii) este utilizat în fotocelule și fotomultiplicatori cu vid și cu gaz.

O fotocelulă cu vid este un cilindru de sticlă, pe suprafața interioară a căruia se aplică un strat de material fotosensibil, formând un catod. Anodul este realizat sub formă de inel sau plasă de sârmă metalică. Când catodul este iluminat, apare un curent de fotoemisie. Curenții de ieșire ai acestor elemente nu depășesc câțiva microamperi. În fotocelulele umplute cu gaz (pentru umplere se folosesc gaze inerte Ne, Ar, Kr, Xe), curentul de ieșire crește de 5...7 ori datorită ionizării gazului de către fotoelectroni.

În fotomultiplicatoare, amplificarea fotocurentului primar are loc ca urmare a emisiei de electroni secundari - „eliminând” electroni din catozii secundari (emițători) instalați între catod și anod. Câștigul total în tuburile fotomultiplicatoare cu mai multe etape poate ajunge la sute de mii, iar curentul de ieșire poate ajunge la 1 mA. Fotomultiplicatorii și elementele de vid pot fi utilizate la măsurarea cantităților în schimbare rapidă, deoarece fenomenul de fotoemisie este practic lipsit de inerție.

Măsurarea presiunii

Pentru a măsura presiunea totală sau statică, în flux sunt plasate receptoare speciale cu orificii de recepție, care sunt conectate prin tuburi de diametru mic (linii pneumatice) la traductoarele primare sau instrumentele de măsură corespunzătoare.

Cel mai simplu receptor de presiune totală este un tub cilindric cu capătul tăiat perpendicular, îndoit în unghi drept și orientat spre flux. Pentru a reduce sensibilitatea receptorului la direcția fluxului (de exemplu, atunci când se efectuează măsurători în debite cu o ușoară vârtej), se folosesc modele speciale de receptor. De exemplu, receptoarele de presiune totală cu un debit (Fig. 3.3) sunt caracterizate printr-o eroare de măsurare de cel mult 1% la unghiuri de teșire de până la 45° la numărul Mach<0,8.

La măsurarea presiunilor statice în apropierea pereților canalelor, se realizează orificii de recepție cu diametrul de 0,5...1 mm direct în pereți (găuri de drenaj). Nu trebuie să existe denivelări în zona de drenaj, iar marginile găurilor nu trebuie să aibă bavuri. Acest tip de măsurare este foarte comun atunci când se studiază debitele în țevi și canale din camere de ardere, difuzoare și duze.

Orez. 3.3. Diagrama completă a receptorului de presiune:

Orez. 3.4. Diagrama receptorului de presiune statică:

a - în formă de pană;

b - disc;

c - În formă de L pentru măsurători la M £ 1,5

Pentru măsurarea presiunilor statice într-un flux, se folosesc receptoare în formă de pană și disc, precum și receptoare sub formă de tuburi în formă de L (Fig. 3.4) cu găuri de primire situate pe suprafața laterală. Aceste receptoare funcționează bine la viteze subsonice și supersonice scăzute.

Pentru a studia distribuția presiunilor în secțiunile transversale ale canalelor, s-au răspândit piepteni de presiune totală și statică care conțin mai multe recipiente sau piepteni combinați având un receptor atât pentru presiunea totală, cât și pentru presiunea statică. Atunci când se efectuează măsurători în debite cu o structură de curgere complexă (camere de ardere, canale interlame ale turbomașinilor), se folosesc receptoare de presiune orientabile și neorientabile, care permit determinarea valorilor presiunilor totale și statice și direcția de presiune. vector viteză. Primele dintre ele sunt proiectate pentru măsurători în debite bidimensionale, iar proiectarea lor permite, prin rotire, instalarea receptorului într-o anumită poziție față de vectorul viteză a curgerii local.

Receptoarele neorientabile sunt echipate cu mai multe orificii de primire (5...7), care sunt realizate în pereții unui cilindru sau sfere de diametru mic (3...10 mm) sau sunt amplasate la capetele tuburilor tăiate la anumite unghiuri (diametru 0,5...2 mm ), combinate într-o singură unitate structurală (Fig. 3.5). Pe măsură ce fluxul curge în jurul receptorului, se formează o anumită distribuție a presiunii. Folosind valorile presiunii măsurate folosind orificiile de recepție și rezultatele calibrării preliminare a receptorului în tunelul de vânt, pot fi determinate valorile presiunii totale și statice și direcția locală a vitezei curgerii.

La viteze supersonice de curgere, undele de șoc apar în fața receptoarelor de presiune și acest lucru trebuie luat în considerare la procesarea rezultatelor măsurătorilor. De exemplu, din valorile măsurate ale presiunii statice p în debit și ale presiunii totale p*" din spatele undei de șoc direct, numărul M poate fi determinat folosind formula Rayleigh și apoi valoarea presiunii totale în fluxul:

La testarea motoarelor și a elementelor acestora, se folosesc diverse instrumente pentru măsurarea presiunii (deformarea pointerului, lichid, manometre de înregistrare a grupului), permițând operatorului să controleze modurile de funcționare ale obiectelor experimentale. Sistemele de măsurare a informațiilor utilizează o varietate de convertoare primare. De regulă, presiunea, sau mai degrabă diferența de presiune (de exemplu, între măsurată și atmosferică, între plină și statică etc.), acționează asupra unui element sensibil elastic (membrană), a cărui deformare este transformată într-un semnal electric . Cel mai adesea, traductoarele inductive și sensibile la deformare sunt utilizate pentru aceasta atunci când se măsoară presiuni constante și care se schimbă lent, iar traductoare piezocristale și inductive când se măsoară presiuni variabile.

Orez. 3.5. Diagrama unui receptor de presiune cu cinci canale:

С x, С y, С z - componente ale vectorului viteză; p i - valorile presiunii măsurate

Ca exemplu în Fig. Figura 3.6 prezintă diagrama convertorului Sapphire-22DD. Traductoarele de acest tip sunt disponibile în mai multe modificări concepute pentru a măsura presiunea manometrică, presiunea diferențială, vidul, presiunea absolută, presiunea manometrică și vidul în diferite intervale. Elementul elastic sensibil este o membrană metalică 2, la care este lipită deasupra o membrană de safir cu tensiometre din silicon pulverizat. Diferența de presiune măsurată acționează asupra unui bloc format din două diafragme 5. Când centrul lor este deplasat, forța cu ajutorul tijei 4 este transmisă pârghiei 3, ceea ce duce la deformarea membranei 2 cu extensometre. Semnalul electric de la extensometrele intră în unitatea electronică 4, unde este transformat într-un semnal unificat - curent continuu 0...5 sau 0...20 mA. Convertorul este alimentat de la o sursă de 36 V DC.

Când se măsoară presiuni variabile (de exemplu, pulsatorii), este recomandabil să se apropie traductorul primar cât mai aproape de locul de măsurare, deoarece prezența unei linii pneumatice introduce modificări semnificative în răspunsul amplitudine-frecvență al sistemului de măsurare. Ultimul în acest sens este metoda fără scurgere, în care traductoarele de presiune miniaturale sunt montate la nivel cu suprafața care curge în jur (peretele canalului, paleta compresorului etc.). Convertizoarele cunoscute au o înălțime de 1,6 mm și un diametru al membranei de 5 mm. De asemenea, sunt utilizate sisteme cu receptoare de presiune și ghidaje de undă (l~100 mm) (metoda receptoarelor de presiune la distanță), în care, pentru a îmbunătăți dinamica

caracteristici, se folosesc legături corective acustice și electrice.

Cu un număr mare de puncte de măsurare în sistemele de măsurare, pot fi utilizați comutatoare pneumatice speciale de mare viteză, care asigură conectarea alternativă a câtorva zeci de puncte de măsurare la un singur convertor.

Pentru a asigura o precizie ridicată, este necesară monitorizarea periodică a instrumentelor de măsurare a presiunii în condiții de funcționare folosind controlere automate.

Măsurarea temperaturii

Pentru măsurarea temperaturii sunt utilizate o varietate de instrumente de măsurare. Un termometru termoelectric (termocuplu) este format din doi conductori din materiale diferite, conectați (sudați sau lipiți) unul la celălalt la capete (joncțiuni). Dacă temperaturile joncțiunilor sunt diferite, atunci un curent va circula în circuit sub influența forței termoelectromotoare, a cărei valoare depinde de materialul conductorilor și de temperaturile joncțiunilor. În timpul măsurătorilor, de regulă, una dintre joncțiuni este controlată termostatic (în acest scop se folosește gheața de topire). Apoi, EMF a termocuplului va fi legată în mod unic de temperatura joncțiunii „fierbinte”.

Într-un circuit termoelectric pot fi incluse conductoare diferite. În acest caz, EMF rezultat nu se va modifica dacă toate îmbinările sunt la aceeași temperatură. Această proprietate este baza pentru utilizarea așa-numitelor fire de prelungire (Fig. 3.7), care sunt conectate la termoelectrozi de lungime limitată și astfel de În acest fel, se realizează economii la materiale scumpe. În acest caz, este necesar să se asigure egalitatea temperaturilor la punctele de conectare a firelor de prelungire (Tc) și identitatea termoelectrică la termocuplul lor principal în intervalul posibilelor modificări ale temperaturilor Tc și T0 (de obicei nu mai mult de 0.. .200°C). În utilizarea practică a termocuplurilor, pot exista cazuri când temperatura T0 este diferită de 0°C. Apoi, pentru a ține cont de această împrejurare, emf-ul termocuplului ar trebui determinată ca E=E meas +DE(T 0) și utilizați dependența de calibrare pentru a găsi valoarea temperaturii. Aici Emeas este valoarea măsurată a EMF; DE(T 0) – valoarea EMF corespunzătoare valorii lui T 0 și determinată din dependența de calibrare. Dependențele de calibrare pentru termocupluri se obțin la temperatura joncțiunilor „reci” T0 egală cu 0°C. Aceste dependențe sunt oarecum diferite de cele liniare. Ca exemplu în Fig. Figura 3.8 arată dependența de calibrare pentru un termocuplu platină-rodiu-platină.

Unele caracteristici ale celor mai comune termocupluri sunt prezentate în tabel. 3.1.

În practică, cele mai comune termocupluri sunt cele cu diametrele electrozilor de 0,2...0,5 mm. Izolarea electrică a electrozilor se realizează prin înfășurarea acestora cu fir de azbest sau silice, impregnarea ulterioară cu lac termorezistent, plasarea termoelectrozilor în tuburi ceramice sau înșirarea bucăților din aceste tuburi („margele”) pe ei. S-au răspândit pe scară largă termocuplurile de tip cablu, constând din doi termoelectrozi plasați într-o carcasă cu pereți subțiri din oțel rezistent la căldură. Pentru a izola termoelectrozii, cavitatea internă a carcasei este umplută cu pulbere de MgO sau Al 2 O 3. Diametrul exterior al carcasei este de 0,5...6 mm.

Tabelul 3.1

Pentru a măsura corect temperatura elementelor structurale, termocuplurile trebuie încorporate în așa fel încât joncțiunea fierbinte și termoelectrozii din apropierea acesteia să nu iasă deasupra suprafeței și să nu fie perturbate condițiile de transfer de căldură de pe suprafața termometrică din cauza instalării termocuplul. Pentru a reduce eroarea de măsurare datorată ieșirii (sau afluxului) de căldură din joncțiunea fierbinte de-a lungul termoelectrodilor datorită conductivității termice, termoelectrozii la o anumită distanță în apropierea joncțiunii (7...10 mm) ar trebui așezați aproximativ de-a lungul izotermelor. . Schema de conexiuni pentru un termocuplu care îndeplinește cerințele specificate este prezentată în Fig. 3.9. Piesa are o canelură adâncă de 0,7 mm în care sunt plasate joncțiunea și termoelectrozii adiacenți; joncțiunea este sudată la suprafață folosind sudarea prin rezistență; canelura este acoperita cu folie de 0,2...0,3 mm grosime.

Electrozii termici sunt îndepărtați din cavitățile interne ale motorului sau ale componentelor acestuia prin fitinguri. În acest caz, este necesar să se asigure că termoelectrozii nu deranjează prea mult structura curgerii și că izolația lor nu este deteriorată din cauza frecării unul față de celălalt și față de marginile ascuțite ale structurii.

La măsurarea temperaturilor elementelor rotative, citirile termocuplului sunt obținute folosind perie sau colectoare de curent de mercur. De asemenea, sunt în curs de dezvoltare colectoare de curent fără contact.

Diagramele termocuplurilor utilizate pentru măsurarea temperaturii fluxului de gaz sunt prezentate în Fig. 3.10. Joncțiunea fierbinte 1 este o sferă cu diametrul d 0 (termoelectrozii pot fi și sudați cap la cap); termoelectrozii 2 din apropierea joncțiunii sunt fixați într-un tub ceramic izolator cu două canale 3 și apoi scoși din carcasa 4. În figură, carcasa 4 este prezentată ca răcită cu apă (răcirea este necesară atunci când se măsoară temperaturi care depășesc 1300...1500 K ), apa de răcire este furnizată și evacuată prin fitinguri 5 .

La temperaturi ridicate ale gazului, apar erori metodologice din cauza eliminării căldurii din joncțiune datorită conductivității termice prin termoelectrozi către corpul termocuplului și radiației în mediu. Pierderile de căldură datorate conductivității termice pot fi aproape complet eliminate, asigurându-vă că proeminența tubului izolator este egală cu 3...5 din diametrele acestuia.

Pentru a reduce eliminarea căldurii prin radiație, se utilizează ecranarea termocuplurilor (Fig. 3.10, b, c). Acest lucru protejează, de asemenea, joncțiunea de deteriorare, iar decelerația fluxului în interiorul ecranului ajută la creșterea coeficientului de recuperare a temperaturii atunci când se măsoară în debite de mare viteză.

De asemenea, a fost dezvoltată o metodă pentru determinarea temperaturii gazului din citirile a două termocupluri având termoelectrozi de diferiți

Orez. 3.9. Schema de conectare a termocuplului pentru măsurarea temperaturii elementelor camerei de ardere

Orez. 3.10. Circuite de termocuplu pentru măsurarea temperaturii gazului:

a - termocuplu cu joncțiune deschisă: b, c - termocupluri ecranate; g - termocuplu cu joncțiune dublă; 1 - joncțiune: 2 – termoelectrozi; 3 - tub ceramic; 4 - corp; 5 - fitinguri pentru alimentarea cu apă și drenaj

diametrul (Fig. 3.10, d), permițând să se țină cont de îndepărtarea căldurii prin radiație.

Inerția termocuplurilor depinde de proiectare. Astfel, constanta de timp variază de la 1...2 s pentru termocuplurile cu joncțiune deschisă, până la 3...5 s pentru termocuplurile ecranate.

La studierea câmpurilor de temperatură (de exemplu, în spatele unei turbine, camere de ardere etc.), se folosesc piepteni de termocuplu și, în unele cazuri, sunt instalați în turnulețe rotative, ceea ce face posibilă determinarea cu suficientă detaliu a distribuției temperaturii pe întreg secțiune transversală.

Acțiunea unui termometru de rezistență se bazează pe modificarea rezistenței conductorului pe măsură ce temperatura se modifică. Sârmă cu diametrul de 0,05...0,1 mm, din cupru (t=-50...+150°C), nichel (t=-50...200°C) sau platină (t=-200. ..500°С).

Firul este înfășurat în jurul cadrului și plasat într-o carcasă. Termometrele de rezistență sunt foarte precise și fiabile, dar se caracterizează printr-o inerție mare și nu sunt potrivite pentru măsurarea temperaturilor locale. Termometrele de rezistență sunt folosite pentru a măsura temperatura aerului la admisia motorului, temperatura carburanților, uleiurilor etc.

Termometrele pentru lichide folosesc proprietatea de dilatare termică a lichidului. Ca fluide de lucru se folosesc mercur (t=-30...+700°C), alcoolul (t=-100...+75°C), etc. Termometrele pentru lichide sunt folosite pentru a măsura temperatura lichidelor și gazoase. medii în condiții de laborator, precum și la calibrarea altor instrumente.

Metodele optice de măsurare a temperaturii se bazează pe modelele radiațiilor termice din corpurile încălzite. În practică, pot fi implementate trei tipuri de pirometre: pirometre de luminozitate, a căror funcționare se bazează pe o modificare a radiației termice a unui corp cu temperatură la o anumită lungime de undă fixă; pirometre de culoare care utilizează modificări ale distribuției energiei cu temperatura într-o anumită porțiune a spectrului de radiații; pirometre cu radiații bazate pe dependența de temperatură a cantității totale de energie emisă de un corp.

În prezent, la testarea motoarelor, pentru măsurarea temperaturilor elementelor structurale s-au folosit pirometre de luminozitate bazate pe receptoare fotoelectrice de energie radiantă. De exemplu, în Fig. 32.11. Folosind lentila 2, „câmpul vizual” al traductorului primar este limitat la o zonă mică (5...6 mm). Pirometrul „inspectează” marginea și partea din spate a fiecărei lame. Sticla de protecție 1, din safir, protejează lentila de contaminare și supraîncălzire. Semnalul este transmis prin ghidajul de lumină 3 către fotodetector. Datorită inerției sale reduse, pirometrul vă permite să controlați temperatura fiecărei lame.

Pentru măsurarea temperaturilor elementelor structurale ale motorului se pot folosi indicatori de temperatură de culoare (vopsele termice sau termolacuri) - substanțe complexe care, la atingerea unei anumite temperaturi (temperatura de tranziție), își schimbă brusc culoarea datorită interacțiunii chimice a componentelor sau fazei. tranzițiile care au loc în ele.

Orez. 3.11. Schema de instalare a pirometrului pe motor:

(a) (1 - alimentare cu aer de suflare; 2 - convertor primar) și circuitul convertorului primar

(b) (1 - sticlă de protecție; 2 - lentilă; 3 - ghid de lumină)

Vopselele și lacurile termice, atunci când sunt aplicate pe o suprafață tare, se întăresc după uscare și formează o peliculă subțire care își poate schimba culoarea la temperatura de tranziție. De exemplu, vopseaua termică albă TP-560 devine incoloră când se atinge t=560 °C.

Folosind indicatoare termice, puteți detecta zonele de supraîncălzire în elementele motorului, inclusiv în locuri greu accesibile. Complexitatea măsurătorilor este scăzută. Cu toate acestea, utilizarea lor este limitată, deoarece nu este întotdeauna posibil să se stabilească în ce mod a fost atinsă temperatura maximă. În plus, culoarea indicatorului termic depinde de timpul de expunere la temperatură. Prin urmare, indicatorii termici, de regulă, nu pot înlocui alte metode de măsurare (de exemplu, folosind termocupluri), dar permit obținerea de informații suplimentare despre starea termică a obiectului studiat.

Funcționarea traductoarelor de măsurare are loc în condiții dificile, deoarece obiectul de măsurare este, de regulă, un proces complex, cu mai multe fațete, caracterizat de mulți parametri, fiecare acționând asupra traductorului de măsurare împreună cu alți parametri. Suntem interesați doar de un singur parametru, care este numit cantitate măsurabilă,și toți ceilalți parametri ai procesului sunt luați în considerare interferență. Prin urmare, fiecare traductor de măsurare are al său cantitatea naturală de intrare, care este cel mai bine perceput de el pe fondul interferenței. Într-un mod similar putem distinge valoarea naturală a producției traductor de măsurare.

Convertizoarele de mărimi neelectrice în cele electrice, din punct de vedere al tipului de semnal la ieșire, pot fi împărțite în generatoare care produc sarcină, tensiune sau curent (cantitate de ieșire E = F (X) sau I = F (X) și rezistența internă ZBH = const), și parametrică cu rezistența de ieșire, inductanța sau capacitatea care se modifică în conformitate cu o modificare a valorii de intrare (EMF E = 0 și valoarea de ieșire sub forma unei modificări în R, L sau C în funcție de X).

Diferența dintre generator și convertoare parametrice se datorează circuitelor lor electrice echivalente, care reflectă diferențe fundamentale în natura fenomenelor fizice utilizate în convertoare. Convertorul generatorului este o sursă de semnal electric de ieșire directă, iar modificările parametrilor convertorului parametric sunt măsurate indirect, prin modificări de curent sau tensiune ca urmare a includerii sale obligatorii într-un circuit cu o sursă de alimentare externă. Un circuit electric conectat direct la traductorul parametric generează semnalul acestuia. Astfel, combinația dintre convertorul parametric și circuitul electric este sursa semnalului electric.

În funcție de fenomenul fizic care stă la baza lucrării și tipul de mărime fizică de intrare, generatorul și convertoarele parametrice sunt împărțite într-un număr de varietăți (Figura 2.3):

Generator - piezoelectric,

Termoelectric etc.;

Rezistiv - la contact,

reostatic etc.;

electromagnetic - până la inductiv,

transformator etc.

În funcție de tipul de modulație, toate IP-urile sunt împărțite în două grupuri mari: amplitudine și frecvență, timp, fază. Ultimele trei soiuri au multe în comun și, prin urmare, sunt combinate într-un singur grup.

Orez. 2.3. Clasificarea convertoarelor de măsurare a mărimilor neelectrice în cele electrice.

2. După natura transformării, mărimile de intrare:

Liniar;

Neliniar.

3. Conform principiului de funcționare al traductorului primar de măsurare (PMT), acestea sunt împărțite în:

Generare;

Parametric.

Semnalul de ieșire al PIP-urilor generatorului este fem, tensiunea, curentul și sarcina electrică, în raport funcțional cu mărimea măsurată, de exemplu, fem a unui termocuplu.

În PIP-urile parametrice, mărimea măsurată provoacă o modificare proporțională a parametrilor circuitului electric: R, L, C.

Generatoarele includ:

Inducţie;

Piezoelectric;

Unele tipuri de electrochimice.

Sursa de alimentare rezistiva - convertiți valoarea măsurată în rezistență.

IP electromagnetic – transformată într-o schimbare a inductanței sau inducție reciprocă.

Surse de alimentare capacitive – transformat într-o schimbare a capacității.

IP piezoelectric – transforma forța dinamică în sarcină electrică.

IP galvanomagnetic – pe baza efectului Hall, ele convertesc câmpul magnetic de funcționare în EMF.

IP termic - temperatura măsurată este convertită în valoarea rezistenței termice sau fem.

IP optoelectronic – transforma semnalele optice în semnale electrice.

Pentru senzori, principalele caracteristici sunt:

Interval de temperatură de funcționare și eroare în acest interval;

Rezistențe generalizate de intrare și ieșire;

Raspuns in frecventa.

În aplicațiile industriale, eroarea senzorilor utilizați în procesele de control nu trebuie să fie mai mare de 1-2%. Iar pentru sarcini de control – 2 – 3%.

2.1.3. Circuite de conectare pentru traductoare primare de măsurare

Traductoarele de măsurare primare sunt:

Parametric;

Generarea.

Circuitele de comutare pentru traductoarele parametrice primare de măsurare sunt împărțite în:

Conexiune serială:

Comutare diferențială:

Cu un traductor de măsurare primar;

Cu două traductoare de măsurare primare;

Circuite pod:

Punte dezechilibrată simetrică cu un braț activ;

Punte dezechilibrată simetrică cu două brațe active;

Punte dezechilibrată simetrică cu patru brațe active.

Circuitele de comutare pentru convertoarele de măsurare a generatorului sunt împărțite în:

secvenţial;

Diferenţial;

Compensatorie.

Generatoarele nu au nevoie de o sursă de energie, dar cele parametrice au nevoie. Foarte des, cele generatoare pot fi reprezentate ca o sursă de EMF, iar cele parametrice pot fi reprezentate ca un rezistor activ sau reactiv, a cărui rezistență se modifică odată cu modificările valorii măsurate.

Comutarea în serie și diferențială poate fi aplicată atât surselor de alimentare parametrice, cât și ale generatorului. Schema de compensare – la generatoare. Pavaj - la parametri.

2.1.3.1. Scheme de conectare secvenţială a traductoarelor de măsură parametrice

Conectarea în serie a unui traductor de măsurare parametrică (Fig. 2.4):

Orez. 2.4. Conectarea secvenţială a unei surse de alimentare parametrice.

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"> - sensibilitatea curentă;

- sensibilitatea la tensiune;

Sensibilitate la putere;

Orez. 2.5. Caracteristicile de ieșire ale unei surse de alimentare conectate în serie:

a – real; b – ideal.

Conectarea în serie a două traductoare de măsură parametrice (Fig. 2.6).

Fig.2.6. Conectarea secvenţială a două surse de alimentare parametrice.

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

Instrumentele electrice de măsurare sunt utilizate pe scară largă pentru măsurarea cantităților neelectrice. Acest lucru a devenit posibil datorită utilizării unor convertoare speciale (Convertitoare).

Semnalele de ieșire ale unor astfel de convertoare sunt transmise sub formă de parametri de circuit sau EMF (încărcare), asociate cu o relație funcțională cu semnalul de intrare. Primele se numesc parametrice, cele doua se numesc generatoare.

Dintre convertoarele parametrice, cele mai utilizate sunt dispozitivele reostate, sensibile la deformare, sensibile la temperatură, electrolitice, de ionizare, inductive și capacitive.

Convertoare reostate Sunt un cadru izolat pe care este înfășurat un conductor și o perie care se mișcă de-a lungul spirelor. Parametrul lor de ieșire este rezistența circuitului.

Mărimea măsurată Pr poate fi mișcarea periei în linie dreaptă sau în cerc. După îmbunătățirea sistemului de detectare, Pr poate fi utilizat pentru a determina presiunea sau masa sub influența căreia se va mișca glisorul.

Pentru înfășurarea reostatului se folosesc materiale a căror rezistență depinde puțin de factorii externi (temperatură, presiune, umiditate etc.). Astfel de materiale pot fi nichrome, fechral, ​​​​constantan sau manganin. Prin schimbarea formei și a secțiunii transversale a miezului (lungimea unei ture se modifică, de asemenea, în consecință), este posibil să se realizeze o dependență neliniară a rezistenței circuitului de mișcarea glisorului.

Avantajul convertoarelor reostatice este simplitatea designului lor. Cu toate acestea, este imposibil să se determine cu exactitate mișcarea dacă rezistența de ieșire se modifică într-o singură tură. Acesta este principalul dezavantaj al unor astfel de Prs și caracterizează eroarea lor.

Traductoare sensibile la deformare (TCTr). Funcționarea lor se bazează pe o modificare a rezistenței active a conductorului sub influența presiunii sau a deformării mecanice. Acest fenomen se numește efect de încordare.

Semnalul de intrare pentru TCPR poate fi tensiune, compresie sau alt tip de deformare a pieselor echipamentului, structurilor metalice, semnalul de ieșire este o modificare a rezistenței convertorului.

Firele sensibile la deformare sunt un substrat subțire din hârtie sau film și un fir de secțiune transversală foarte mică lipit pe acesta. Sârma de constantan, care are o rezistență independentă de temperatură, cu un diametru de 0,02-0,05 mm, este de obicei folosit ca element de detectare. De asemenea, sunt utilizate TCPR cu folie și tensiometre cu film.

Traductorul PM este lipit pe piesa măsurată, astfel încât axa de dilatare liniară a piesei să coincidă cu axa longitudinală a PM. Când obiectul măsurat se extinde, lungimea TCP crește și, în consecință, rezistența acestuia se modifică.

Avantajul unor astfel de dispozitive este liniaritatea, simplitatea proiectării și instalării. Dezavantajele includ sensibilitatea scăzută.

Convertoare termosensibile (TPr). Elementele principale ale unor astfel de dispozitive sunt termistoarele, diodele termice, tranzistoarele termice etc. Termoelementul este inclus în circuitul electric în așa fel încât curentul circuitului să treacă prin el și temperatura elementului măsurat să fie afectată.

Cu ajutorul lor se pot măsura temperatura, vâscozitatea, conductibilitatea termică, viteza de mișcare și alți parametri ai mediului în care se află elementul.

Termistorii de platină sunt utilizați pentru măsurători în intervalul de temperatură de la -260°C la +1100°C; termistorii de cupru sunt utilizați în intervalul de temperatură de la -200°C la +200°C. În intervalul de temperatură -80°C până la +150°C, când este necesară o precizie specială, se folosesc diode termice și termotranzistoare.

În funcție de modul de funcționare, TRPr este împărțit în supraîncălzire și fără preîncălzire. Dispozitivele fără preîncălzire sunt folosite numai pentru măsurarea temperaturii mediului, deoarece curentul care curge în ele nu afectează încălzirea lor. Temperatura mediului este determinată destul de precis de rezistența elementului.

Modul de funcționare al unui alt tip de convertoare termice este asociat cu preîncălzirea acestora la o valoare dată. Apoi sunt plasate în mediul măsurat, iar modificarea rezistenței acestuia este monitorizată.

După rata de schimbare a rezistenței, se poate aprecia cât de intens are loc răcirea sau încălzirea, ceea ce înseamnă că se poate determina viteza de mișcare a substanței măsurate, vâscozitatea acesteia și alți parametri.

TPR-urile semiconductoare sunt mai sensibile decât termistoarele, așa că sunt utilizate în domeniul măsurătorilor de precizie. Cu toate acestea, dezavantajul lor semnificativ este intervalul îngust de temperatură și reproductibilitatea slabă a caracteristicilor statice ale dispozitivului.

Convertoare electrolitice (ELC). Ele sunt utilizate pentru a determina concentrația soluțiilor, deoarece conductivitatea electrică a soluțiilor depinde în mod semnificativ de gradul de concentrație de sare în ele.

ELP-urile sunt un vas cu doi electrozi. Electrozilor se aplică tensiune, completând astfel circuitul electric prin stratul de electrolit. Astfel de convertoare sunt utilizate pe curent alternativ, deoarece sub influența curentului continuu, electrolitul se disociază în ioni pozitivi și negativi, ceea ce introduce o eroare în măsurători.

Un alt dezavantaj al ELP este dependența de conductivitate a electrolitului de temperatură, ceea ce obligă să mențină o temperatură constantă folosind unități de refrigerare sau încălzire.

Convertoare inductive și capacitive. După cum sugerează și numele, parametrii de ieșire ai unor astfel de dispozitive sunt inductanța și capacitatea. Valoarea măsurată a PR-urilor inductive simple poate fi o deplasare de la 10 la 15 mm; pentru transformatoarele PR inductive cu sistem în buclă deschisă, această valoare poate fi mărită la 100 mm. Pr-urile capacitive sunt folosite pentru a măsura mișcări de ordinul a 1 mm.

Prs inductivi sunt doi inductori plasați pe un miez deschis. Inductanța reciprocă a bobinelor este influențată de parametri precum: lungimea spațiului de aer al secțiunii deschise, aria secțiunii transversale a spațiului de aer, permeabilitatea magnetică a spațiului de aer.

Astfel, prin măsurarea inductanței reciproce a bobinelor, este posibil să se determine cât de mult s-au modificat parametrii de mai sus. Și se pot schimba atunci când placa dielectrică se mișcă în spațiul de aer. Aceasta este baza pentru principiul de funcționare al pr inductiv.

Principiul de funcționare al PR-urilor capacitive se bazează pe o modificare a capacității condensatorului atunci când aria activă a plăcilor scade, distanța dintre plăcile condensatorului se modifică și constanta dielectrică a spațiului dintre plăci se modifică.

Convertizoarele capacitive au o sensibilitate mai mare la modificările parametrilor de intrare. Capacitive Pr este capabil să înregistreze modificări ale capacității chiar și atunci când se mișcă cu miimi de milimetru.

Convertoare de ionizare. Principiul de funcționare al instrumentului se bazează pe fenomenul de ionizare a gazului și a altor medii sub influența radiațiilor ionizante, care pot fi radiații ionizante α-, β- și γ ale substanțelor radioactive sau raze X.

Dacă o cameră care conține gaz este expusă la radiații, un curent electric va curge prin electrozi. Mărimea acestui curent va depinde de compoziția gazului, de mărimea electrozilor, de distanța dintre electrozi și de tensiunea aplicată.

Măsurând curentul electric dintr-un circuit, cu o compoziție cunoscută a mediului, distanța dintre electrozi și tensiunea aplicată, se poate determina dimensiunea electrozilor, sau invers, alți parametri. Ele sunt folosite pentru a măsura dimensiunile pieselor, sau compozițiile de gaz etc.

Principalul avantaj al Prs ionizanti este posibilitatea masuratorilor fara contact in medii agresive, sub presiune sau temperatura ridicate. Dezavantajul unui astfel de pr este necesitatea protecției biologice a personalului împotriva expunerii la radiații.

Termometre de rezistență. Termometrele de rezistență, precum termocuplurile, sunt concepute pentru a măsura temperatura corpurilor gazoase, solide și lichide, precum și temperatura suprafeței. Principiul de funcționare al termometrelor se bazează pe utilizarea proprietății metalelor și semiconductorilor de a-și modifica rezistența electrică cu temperatura. Pentru conductorii din metale pure, această dependență în domeniul de temperatură de la –200 °C la 0 °C are forma:

Rt = R0,

iar în intervalul de temperatură de la 0 °C la 630 °C

Rt = R0,

Unde Rt, R0- rezistența conductorului la temperatură tşi 0 °C; A, B, C - coeficienți; t- temperatura, °C.

În intervalul de temperatură de la 0 °C la 180 °C, dependența rezistenței conductorului de temperatură este descrisă prin formula aproximativă

Rt = R0,

Unde α - coeficientul de temperatură al rezistenţei materialului conductor (TCR).

Pentru conductori din metal pur α≈ 6-10 -3 ...4-10 -3 grade -1 .

Măsurarea temperaturii cu un termometru de rezistență se reduce la măsurarea rezistenței acesteia Rt, s trecerea ulterioară la temperatură folosind formule sau tabele de calibrare.

Există termometre de rezistență cu sârmă și semiconductor. Un termometru de rezistență cu sârmă este un fir subțire din metal pur, montat pe un cadru din material rezistent la temperatură (element sensibil), plasat într-un fiting de protecție (Fig. 5.4).

Orez. 5.4. Element senzor al termometrului de rezistență

Cablurile de la elementul sensibil sunt conectate la capul termometrului. Alegerea firelor din metale pure, mai degrabă decât aliaje, pentru fabricarea termometrelor de rezistență se datorează faptului că TCR-ul metalelor pure este mai mare decât TCR-ul aliajelor și, prin urmare, termometrele pe bază de metale pure sunt mai sensibile.

Industria produce termometre rezistente din platină, nichel și cupru. Pentru a asigura interschimbabilitatea și calibrarea uniformă a termometrelor, valorile rezistenței acestora au fost standardizate R0și TKS.

Termometrele de rezistență cu semiconductori (termistorii) sunt margele, discuri sau tije din material semiconductor cu fire pentru conectarea la un circuit de măsurare.

Industria produce în masă multe tipuri de termistori în diferite modele.

Dimensiunile termistorilor sunt de obicei mici - aproximativ câțiva milimetri, iar unele tipuri sunt zecimi de milimetru. Pentru a proteja împotriva deteriorării mecanice și a influențelor mediului, termistorii sunt protejați cu acoperiri de sticlă sau email, precum și capace metalice.

Termistorii au de obicei o rezistență de la câțiva la sute de kiloohmi; TCR-ul lor în intervalul de temperatură de funcționare este cu un ordin de mărime mai mare decât cel al termometrelor cu sârmă. Ca materiale pentru fluidul de lucru al termistorilor, se folosesc amestecuri de oxizi de nichel, mangan, cupru și cobalt, care sunt amestecate cu un liant, dată fiind forma necesară și sinterizat la temperaturi ridicate. Termistorii sunt utilizați pentru măsurarea temperaturilor în intervalul de la -100 la 300°C. Inerția termistoarelor este relativ mică. Dezavantajele lor includ neliniaritatea dependenței de temperatură a rezistenței, lipsa interschimbabilității datorită răspândirii mari a rezistenței nominale și a TCR, precum și modificarea ireversibilă a rezistenței în timp.

Pentru măsurători în domeniul de temperatură apropiat de zero absolut, se folosesc termometre cu semiconductor cu germaniu.

Rezistența electrică a termometrelor este măsurată folosind punți sau compensatoare DC și AC. O caracteristică a măsurătorilor termometrice este limitarea curentului de măsurare pentru a preveni încălzirea fluidului de lucru al termometrului. Pentru termometrele de rezistență cu fir, se recomandă selectarea unui curent de măsurare astfel încât puterea disipată de termometru să nu depășească 20 ... 50 mW. Puterea de disipare admisă în termistori este mult mai mică și se recomandă determinarea ei experimental pentru fiecare termistor.

Traductoare sensibile la deformare (extensometre).În practica de proiectare, este adesea necesară măsurarea tensiunilor mecanice și a deformațiilor în elementele structurale. Cele mai comune convertoare ale acestor cantități într-un semnal electric sunt tensometrele. Funcționarea extensometrelor se bazează pe proprietatea metalelor și semiconductorilor de a-și modifica rezistența electrică sub influența forțelor aplicate acestora. Cel mai simplu tensiometru poate fi o bucată de sârmă cuplată rigid la suprafața unei piese deformabile. Întinderea sau comprimarea piesei determină întinderea sau compresia proporțională a firului, în urma căreia rezistența sa electrică se modifică. În limitele deformațiilor elastice, modificarea relativă a rezistenței firului este legată de alungirea relativă a acestuia prin raport

ΔR/R=K Τ Δl/l,

Unde l, R - lungimea inițială și rezistența firului; Δl, ΔR - creșterea lungimii și a rezistenței; K T - coeficient de sensibilitate la deformare.

Valoarea coeficientului de extensometru depinde de proprietățile materialului din care este fabricat extensometrul, precum și de metoda de atașare a extensometrului la produs. Pentru fire metalice din diferite metale K T= 1... 3,5.

Există tensiometre de sârmă și semiconductor. Pentru fabricarea extensometrelor din sârmă se folosesc materiale care au un coeficient de sensibilitate la deformare suficient de mare și un coeficient de rezistență la temperatură scăzut. Cel mai des folosit material pentru fabricarea detensometrelor din sârmă este sârma constantan cu un diametru de 20 ... 30 microni.

Din punct de vedere structural, extensometrele de sârmă sunt o grilă formată din mai multe bucle de sârmă lipite pe un substrat de hârtie subțire (sau alt) substrat (Fig. 5.5). În funcție de materialul suportului, tensometrele pot funcționa la temperaturi de la -40 la +400 °C.

Orez. 5.5. Tensometru

Există modele de extensometre atașate la suprafața pieselor folosind cimenturi, capabile să funcționeze la temperaturi de până la 800 °C.

Principalele caracteristici ale tensometrelor sunt rezistența nominală R, baza lși factorul de deformare K T . Industria produce o gamă largă de tensometre cu dimensiuni de bază de la 5 la 30 mm , rezistențe nominale de la 50 la 2000 Ohmi, cu un coeficient de sensibilitate la deformare de 2±0,2.

O dezvoltare ulterioară a extensometrelor din sârmă sunt tensometrele din folie și film, al căror element sensibil este o rețea de benzi de folie sau o peliculă subțire de metal aplicată pe substraturi pe bază de lac.

Extensometrele sunt realizate pe baza de materiale semiconductoare. Efectul de deformare este exprimat cel mai puternic în germaniu, siliciu, etc. Principala diferență între extensometrele cu semiconductor și extensometrele din sârmă este o modificare mare (până la 50%) a rezistenței în timpul deformării datorită valorii mari a coeficientului de sensibilitate la deformare.

Convertoare inductive. Traductoarele inductive sunt utilizate pentru măsurarea deplasărilor, dimensiunilor, abaterilor de formă și amplasării suprafețelor. Convertorul constă dintr-un inductor staționar cu un miez magnetic și o armătură, care este, de asemenea, parte a miezului magnetic, care se deplasează în raport cu inductorul. Pentru a obține cea mai mare inductanță posibilă, circuitul magnetic al bobinei și armătura sunt realizate din materiale feromagnetice. Când armătura se mișcă (conectată, de exemplu, la sonda unui dispozitiv de măsurare), inductanța bobinei se modifică și, în consecință, curentul care curge în înfășurare se modifică. În fig. Figura 5.6 prezintă diagrame ale convertoarelor inductive cu un spațiu de aer variabil d (Fig. 5.6 A) utilizat pentru măsurarea deplasării în intervalul 0,01...10 mm; cu arie variabilă a spațiului de aer S δ (Fig. 5.6 b), utilizat în intervalul 5 ... 20 mm.

Orez. 5.6. Traductoare inductive de deplasare

5.2. Amplificatoare operaționale

Un amplificator operațional (op-amp) este un amplificator diferențial DC cu un câștig foarte mare. Pentru un amplificator de tensiune, funcția de transfer (câștig) este dată de

Pentru a simplifica calculele de proiectare, se presupune că un amplificator operațional ideal are următoarele caracteristici.

1. Câștigul atunci când bucla de feedback este deschisă este infinit.

2. Rezistența de intrare Rd este infinită.

3. Rezistența de ieșire R 0 = 0.

4. Lățimea de bandă este infinită.

5. V 0 = 0 la V 1 = V 2 (fără tensiune de compensare la zero).

Ultima caracteristică este foarte importantă. Deoarece V 1 -V 2 = V 0 / A, atunci dacă V 0 are o valoare finită, iar coeficientul A este infinit de mare (valoarea tipică 100000) vom avea

V 1 - V 2 = 0 și V 1 = V 2.

Deoarece rezistența de intrare pentru semnalul diferențial este (V 1 - V 2)

este, de asemenea, foarte mare, atunci curentul prin Rd poate fi neglijat. Aceste două ipoteze simplifică semnificativ proiectarea circuitelor op-amp.

Regula 1. Când amplificatorul operațional funcționează în regiunea liniară, aceleași tensiuni acționează pe cele două intrări ale sale.

Regula 2. Curenții de intrare pentru ambele intrări ale amplificatorului operațional sunt zero.

Să ne uităm la blocurile de circuit de bază ale amplificatorului operațional. Majoritatea acestor circuite folosesc amplificatorul operațional într-o configurație în buclă închisă.

5.2.1. Amplificator Unity gain

(aderator de tensiune)

Dacă într-un amplificator neinversător setăm R i egal cu infinit și R f egal cu zero, atunci vom ajunge la circuitul prezentat în Fig. 5.7.

Conform regulii 1, intrarea de inversare a amplificatorului operațional are și o tensiune de intrare Vi, care este transmisă direct la ieșirea circuitului. Prin urmare, V 0 = Vi , iar tensiunea de ieșire urmărește (repetă) tensiunea de intrare. Pentru multe convertoare analog-digitale, impedanța de intrare depinde de valoarea semnalului de intrare analog. Folosind un urmăritor de tensiune, se asigură o rezistență constantă de intrare.

5.2.2. Aditivi

Un amplificator inversor poate suma mai multe tensiuni de intrare. Fiecare intrare a sumatorului este conectată la intrarea inversoare a amplificatorului operațional printr-un rezistor de cântărire. Intrarea inversoare se numește nod de însumare deoarece toți curenții de intrare și curentul de feedback sunt însumați aici. Schema circuitului de bază a unui amplificator de însumare este prezentată în Fig. 5.8.

Ca și în cazul unui amplificator inversor convențional, tensiunea la intrarea inversoare trebuie să fie zero și, prin urmare, curentul care curge în amplificatorul operațional trebuie să fie zero. Prin urmare,

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

Deoarece există o tensiune zero la intrarea de inversare, atunci după substituții corespunzătoare, obținem

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

Rezistorul Rf determină câștigul total al circuitului. Rezistențe R1, R2, . . . R n setează valorile coeficienților de ponderare și ale rezistențelor de intrare ale canalelor corespunzătoare.

5.2.3. Integratori

Un integrator este un circuit electronic care produce un semnal de ieșire proporțional cu integrala (în timp) a semnalului de intrare.

În fig. Figura 5.9 prezintă o diagramă schematică a unui integrator analog simplu.Un terminal al integratorului este conectat la nodul de însumare, iar celălalt este conectat la ieșirea integratorului. Prin urmare, tensiunea pe condensator este în același timp și tensiunea de ieșire. Semnalul de ieșire al integratorului nu poate fi descris printr-o relație algebrică simplă, deoarece cu o tensiune de intrare fixă, tensiunea de ieșire se modifică la o rată determinată de parametrii Vi, R și C. Astfel, pentru a găsi tensiunea de ieșire, trebuie trebuie să cunoașteți durata semnalului de intrare. Tensiune la un condensator inițial descărcat

unde i f – prin condensator și t i – timpul de integrare. Pentru un pozitiv

Vi avem i i = V i /R. Deoarece i f = i i , atunci ținând cont de inversiunea semnalului pe care o obținem

Din această relație rezultă că V 0 este determinată de integrala (cu semnul opus) tensiunii de intrare în intervalul de la 0 la t 1, înmulțită cu factorul de scară 1/RC. Tensiunea V ic este tensiunea pe condensator la momentul inițial (t = 0).

5.2.4. Diferențiatori

Diferențiatorul produce un semnal de ieșire proporțional cu rata de modificare în timp a semnalului de intrare. În fig. Figura 5.10 prezintă o diagramă schematică a unui diferențiator simplu.

Curent printr-un condensator.

Dacă derivata este pozitivă, curentul i i circulă în așa direcție încât se formează o tensiune negativă de ieșire V 0.

Prin urmare,

Această metodă de diferențiere a semnalului pare simplă, dar implementarea sa practică ridică probleme cu asigurarea stabilității circuitului la frecvențe înalte. Nu orice amplificator operațional este potrivit pentru utilizare într-un diferențiator. Criteriul de selecție este performanța amplificatorului operațional: trebuie să selectați un amplificator operațional cu o rată maximă ridicată a tensiunii de ieșire și o valoare ridicată a produsului câștig-lățime de bandă. Amplificatoarele operaționale de mare viteză bazate pe tranzistori cu efect de câmp funcționează bine în diferențieri.

5.2.5. Comparatoare

Un comparator este un circuit electronic care compară două tensiuni de intrare și produce un semnal de ieșire în funcție de starea intrărilor. Schema circuitului de bază a comparatorului este prezentată în Fig. 5.11.

După cum puteți vedea, aici amplificatorul operațional funcționează cu o buclă de feedback deschisă. O tensiune de referință este furnizată uneia dintre intrările sale, iar o tensiune necunoscută (comparată) este furnizată celeilalte. Ieșirea comparatorului indică dacă nivelul semnalului de intrare necunoscut este peste sau sub nivelul tensiunii de referință. În circuitul din fig. 5.11, tensiunea de referință V r este aplicată intrării neinversoare, iar semnalul necunoscut V i este furnizat la intrarea inversoare.

Când V i > V r tensiunea V 0 = - V r (tensiune negativă de saturație) este setată la ieșirea comparatorului. În cazul opus, obținem V 0 = +V r. Puteți schimba intrările - acest lucru va duce la inversarea semnalului de ieșire.

5.3. Comutarea semnalelor de măsurare

În tehnologia informației și măsurării, la implementarea transformărilor analogice de măsurare, este adesea necesară realizarea conexiunilor electrice între două sau mai multe puncte ale circuitului de măsurare pentru a provoca procesul tranzitoriu necesar, a disipa energia stocată de elementul reactiv (de exemplu, descărcați un condensator), conectați sursa de alimentare a circuitului de măsurare, porniți memoria celulei analogice, prelevați o probă dintr-un proces continuu în timpul eșantionării etc. În plus, multe instrumente de măsurare efectuează transformări de măsurare secvenţial pe un număr mare de sisteme electrice. cantități distribuite în spațiu. Pentru implementarea celor de mai sus, se folosesc comutatoare de măsurare și chei de măsurare.

Un comutator de măsurare este un dispozitiv care convertește semnale analogice separate spațial în semnale separate în timp și invers.

Comutatoarele de măsurare a semnalului analogic sunt caracterizate de următorii parametri:

intervalul dinamic al cantităților comutate;

eroarea coeficientului de transmisie;

viteza (frecvența de comutare sau timpul necesar pentru a efectua o operație de comutare);

numărul de semnale comutate;

limitarea numărului de comutări (pentru întrerupătoarele cu chei de măsurare a contactelor).

În funcție de tipul de chei de măsurare utilizate în comutator, întrerupătoare de contact și fără contact.

Comutatorul de măsurare este o rețea cu două terminale cu o neliniaritate clar exprimată a caracteristicii curent-tensiune. Trecerea unei chei de la o stare (închis) la alta (deschisă) se realizează cu ajutorul unui element de control.

5.4. Conversie analog în digital

Conversia analog-digitală este o parte integrantă a procedurii de măsurare. În instrumentele indicatoare, această operație corespunde citirii unui rezultat numeric de către experimentator. În instrumentele de măsurare digitale și bazate pe procesor, conversia analog-digitală este efectuată automat, iar rezultatul este fie trimis direct pe afișaj, fie introdus în procesor pentru a efectua conversii ulterioare de măsurare în formă numerică.

Metodele de conversie analog-digitală în măsurători au fost dezvoltate profund și temeinic și se reduc la reprezentarea valorilor instantanee ale influenței de intrare la momente fixe în timp cu combinația de cod (număr) corespunzătoare. Baza fizică a conversiei analog-digitale este porțile și compararea cu niveluri de referință fixe. Cele mai utilizate ADC-uri sunt codarea bit cu bit, numărarea secvențială, echilibrarea urmăririi și altele. Problemele metodologiei de conversie analog-digitală care sunt asociate cu tendințele de dezvoltare a ADC-urilor și măsurătorilor digitale în următorii ani includ, în special:

Eliminarea ambiguității de citire în ADC-urile cu cea mai rapidă potrivire, care devin din ce în ce mai răspândite odată cu dezvoltarea tehnologiei integrate;

Realizarea toleranței la erori și îmbunătățirea caracteristicilor metrologice ale ADC-urilor bazate pe sistemul de numere Fibonacci redundant;

Aplicație pentru conversia analog-digitală a metodei de testare statistică.

5.4.1 Convertoare digital-analogic și analog-digital

Convertoarele digital-analogic (DAC) și analog-digital (ADC) sunt o parte integrantă a sistemelor automate de control și reglare. În plus, deoarece marea majoritate a mărimilor fizice măsurate sunt analogice, iar prelucrarea, indicarea și înregistrarea lor, de regulă, sunt efectuate prin metode digitale, DAC-urile și ADC-urile au găsit o utilizare pe scară largă în instrumentele de măsurare automate. Astfel, DAC-urile și ADC-urile fac parte din instrumentele digitale de măsură (voltmetre, osciloscoape, analizoare de spectru, corelatoare etc.), surse de alimentare programabile, afișaje cu tub catodic, plottere, sisteme radar ale instalațiilor de monitorizare a elementelor și microcircuitelor, și sunt componente importante. diverse convertoare și generatoare, dispozitive de intrare/ieșire a informațiilor computerizate. Se deschid perspective largi de utilizare a DAC-urilor și ADC-urilor în telemetrie și televiziune. Producția în serie de DAC și ADC de dimensiuni mici și relativ ieftine va oferi o oportunitate pentru o utilizare și mai largă a metodelor discrete de conversie continuă în știință și tehnologie.

Există trei tipuri de proiectare și proiectare tehnologică a DAC-urilor și ADC-urilor: modulară, hibridă și integrată. În același timp, ponderea producției de circuite integrate (CI) DAC și ADC în volumul total al producției acestora este în continuă creștere, ceea ce este mult facilitat de utilizarea pe scară largă a microprocesoarelor și a metodelor digitale de procesare a datelor. Un DAC este un dispozitiv care produce un semnal analogic de ieșire (tensiune sau curent) proporțional cu semnalul digital de intrare. În acest caz, valoarea semnalului de ieșire depinde de valoarea tensiunii de referință U op, care determină scara completă a semnalului de ieșire. Dacă utilizați orice semnal analogic ca tensiune de referință, atunci semnalul de ieșire al DAC va fi proporțional cu produsul dintre intrarea digitală și analogicÎntr-un ADC, codul digital de la ieșire este determinat de raportul dintre semnalul analog de intrare convertit și semnalul de referință corespunzător scarei complete. Această relație este adevărată și dacă semnalul de referință se modifică conform oricărei legi. Un ADC poate fi gândit ca un contor de raport sau divizor de tensiune cu o ieșire digitală.

5.4.2. Principii de funcționare, elemente de bază și diagrame bloc ale ADC

În prezent, un număr mare de tipuri de ADC-uri au fost dezvoltate pentru a satisface diferite cerințe. În unele cazuri, cerința predominantă este precizia ridicată, în altele - viteza de conversie.

Conform principiului de funcționare, toate tipurile existente de ADC-uri pot fi împărțite în două grupe: ADC-uri cu compararea semnalului convertit de intrare cu niveluri discrete de tensiune și ADC-uri de tip integrator.

Un ADC care compară semnalul de intrare convertit la niveluri de tensiune discrete utilizează un proces de conversie care generează în esență niveluri de tensiune echivalente cu codurile digitale corespunzătoare și compară aceste niveluri de tensiune cu tensiunea de intrare pentru a determina echivalentul digital al semnalului de intrare. În acest caz, nivelurile de tensiune pot fi formate simultan, secvenţial sau într-un mod combinat.

ADC de numărare în serie cu o tensiune în dinte de ferăstrău în trepte este unul dintre cele mai simple convertoare (Fig. 5.12).

Semnalul „Start” setează contorul la starea zero, după care, pe măsură ce impulsurile de ceas ajung la intrarea sa cu o frecvență f t Tensiunea de ieșire a DAC crește liniar în trepte.

Când tensiunea U out atinge valoarea U in, circuitul de comparație nu mai numără impulsurile în contor, iar codul de la ieșirile acestuia din urmă este introdus în registrul de memorie. Adâncimea de biți și rezoluția unor astfel de ADC-uri sunt determinate de adâncimea de biți și rezoluția DAC-ului utilizat în cadrul acestuia. Timpul de conversie depinde de nivelul tensiunii de intrare care este convertită. Pentru o tensiune de intrare corespunzătoare valorii de scară completă, MF trebuie să fie umplut și, în același timp, trebuie să genereze un cod de scară completă la intrarea DAC. Acest lucru necesită un timp de conversie de (2 n - 1) ori perioada de ceas pentru un DAC de n biți. Pentru o conversie rapidă analog-digitală, utilizarea unor astfel de ADC-uri nu este practică.

ÎN urmărirea ADC(Fig. 5.13) contorul de însumare este înlocuit cu un contor inversor RSch pentru a urmări variația tensiunii de intrare. Semnalul de ieșire al CV-ului determină direcția de numărare în funcție de dacă tensiunea de intrare a ADC depășește sau nu tensiunea de ieșire a DAC.

Înainte de începerea măsurătorilor, frecvența RF este setată la starea corespunzătoare mijlocului scalei (01 ... 1). Primul ciclu de conversie al ADC de urmărire este similar cu ciclul de conversie din ADC de numărare în serie. În viitor, ciclurile de conversie sunt reduse semnificativ, deoarece acest ADC reușește să urmărească mici abateri ale semnalului de intrare pe mai multe perioade de ceas, crescând sau scăzând numărul de impulsuri înregistrate în unitatea de control al frecvenței RF, în funcție de semnul nepotrivirii dintre valoarea curentă a tensiunii convertite Uin și tensiunea de ieșire a DAC.

ADC de aproximare succesivă (echilibrare pe biți) au găsit cea mai răspândită utilizare datorită implementării lor destul de simple, asigurând în același timp rezoluție, precizie și viteză ridicate; au o performanță puțin mai mică, dar o rezoluție semnificativ mai mare în comparație cu ADC-urile care implementează metoda de conversie paralelă.

Pentru a crește performanța, un distribuitor de impulsuri și un registru de aproximare succesiv sunt utilizate ca dispozitiv de control. Tensiunea de intrare este comparată cu tensiunea de referință (DAC feedback voltage) pornind de la valoarea corespunzătoare bitului cel mai semnificativ din codul binar generat.

La pornirea ADC folosind RI, RPP este setat la starea inițială:

1000. . .0. În acest caz, la ieșirea DAC-ului este generată o tensiune corespunzătoare jumătate din intervalul de conversie, care este asigurată prin pornirea bitului său cel mai semnificativ. Dacă semnalul de intrare este mai mic decât semnalul de la DAC, în următorul ciclu de ceas, codul 0100 este generat la intrările digitale ale DAC folosind RPP. . 0, care corespunde includerii a 2-a cea mai semnificativă cifră. Ca rezultat, semnalul de ieșire DAC este redus la jumătate.

Dacă semnalul de intrare depășește semnalul de la DAC, în următorul ciclu de ceas se asigură formarea codului 0110 ... 0 la intrările digitale ale DAC și includerea unui al 3-lea bit suplimentar. În acest caz, tensiunea de ieșire a DAC, care a crescut de o dată și jumătate, este din nou comparată cu tensiunea de intrare etc. Se repetă procedura descrisă. n ori (unde n- numărul de biți ADC).

Ca rezultat, la ieșirea DAC va fi generată o tensiune care diferă de intrare cu cel mult o unitate a cifrei celei mai puțin semnificative a DAC. Rezultatul transformării este preluat din rezultatul RPP.

Avantajul acestei scheme este capacitatea de a construi convertoare cu mai mulți biți (până la 12 biți și mai mult) de viteză relativ mare (cu un timp de conversie de ordinul a câteva sute de nanosecunde).

În ADC citire directă (tip paralel)(Fig. 5.15) semnalul de intrare este aplicat simultan intrărilor tuturor transformatoarelor de tensiune, numărul m care este determinată de capacitatea de biți ADC și este egal cu m = 2 n - 1, unde n este numărul de biți ADC. În fiecare CV, semnalul este comparat cu o tensiune de referință corespunzătoare greutății unei anumite descărcări și îndepărtat de la nodurile divizorului de rezistență alimentat de la tensiunea de referință.

Semnalele de ieșire ale CV-ului sunt procesate de un decodor logic, care produce un cod paralel, care este echivalentul digital al tensiunii de intrare. Astfel de ADC-uri au cea mai mare performanță. Dezavantajul unor astfel de ADC-uri este că, pe măsură ce adâncimea de biți crește, numărul de elemente necesare practic se dublează, ceea ce face dificilă construirea ADC-urilor multi-biți de acest tip. Precizia conversiei este limitată de precizia și stabilitatea convertorului de tensiune și a divizorului de rezistență. Pentru a crește adâncimea de biți la viteză mare, sunt implementate ADC-uri în două etape, în care biții de ordin inferior ai codului de ieșire sunt eliminați de la ieșirile celei de-a doua etape a DS, iar cei mai semnificativi biți sunt eliminați din ieșiri. a DS din prima etapă.

ADC cu modulare a lățimii impulsului (integrare cu un singur ciclu)

ADC se caracterizează prin faptul că nivelul semnalului analogic de intrare Uin este convertit într-un impuls, a cărui durată t impuls este o funcție de valoarea semnalului de intrare și este convertit în formă digitală prin numărarea numărului de perioade. a frecvenței de referință care se încadrează între începutul și sfârșitul pulsului. Tensiunea de ieșire a integratorului sub influența conexiunii

aplicat la intrarea sa U op se schimbă de la nivelul zero cu viteza

În momentul în care tensiunea de ieșire a integratorului devine egală cu tensiunea de intrare Uin, se declanșează CV-ul, în urma căruia se termină formarea duratei impulsului, timp în care se numără numărul de perioade ale frecvenței de referință în Contoare ADC. Durata impulsului este determinată de timpul în care tensiunea U out se schimbă de la nivelul zero la U în:

Avantajul acestui convertor este simplitatea sa, iar dezavantajele sunt viteza relativ mică și precizia redusă.

1. Care sunt dispozitivul, principiul de funcționare și aplicația:

a) convertoare fotoelectrice;

Convertoarele fotoelectrice sunt acelea la care semnalul de iesire variaza in functie de fluxul luminos incident asupra convertorului. Convertoarele fotoelectrice sau, așa cum le vom numi în viitor, fotocelulele sunt împărțite în trei tipuri:

1) fotocelule cu fotoefect extern

Sunt cilindri sferici de sticlă umpluți cu vid sau cu gaz, pe suprafața interioară a cărora se aplică un strat de material fotosensibil, formând un catod. Anodul este realizat sub forma unui inel sau plasă de sârmă de nichel. În starea întunecată, un curent întunecat trece prin fotocelula ca o consecință a emisiei termoionice și a scurgerilor dintre electrozi. Când este iluminat, fotocatodul, sub influența fotonilor de lumină, imită electronii. Dacă se aplică o tensiune între anod și catod, acești electroni formează un curent electric. Când se modifică iluminarea unei fotocelule conectate la un circuit electric, fotocurentul din acest circuit se modifică în mod corespunzător.

2) fotocelule cu fotoefect intern

Sunt o placă semiconductoare omogenă cu contacte, de exemplu, din seleniura de cadmiu, care își schimbă rezistența sub influența unui flux luminos. Efectul fotoelectric intern constă în apariția electronilor liberi eliminați de cuante de lumină din orbitele de electroni ale atomilor care rămân liberi în interiorul substanței. Apariția electronilor liberi într-un material, cum ar fi un semiconductor, este echivalent cu o scădere a rezistenței electrice. Fotorezistoarele au o sensibilitate ridicată și o caracteristică liniară curent-tensiune (caracteristică volt-ampere), adică rezistenţa lor nu depinde de tensiunea aplicată.

3) convertoare fotovoltaice.

Aceste convertoare sunt semiconductori activi sensibili la lumină care, atunci când absorb lumina datorită efectelor fotoelectrice din stratul de barieră, creează electroni liberi și fem.

O fotodiodă (PD) poate funcționa în două moduri - fotodiodă și generator (valvă). Un fototranzistor este un receptor semiconductor de energie radiantă cu două sau mai multe joncțiuni p, în care sunt combinate o fotodiodă și un amplificator fotocurent.

Fototranzistoarele, precum fotodiodele, sunt folosite pentru a converti semnalele luminoase în semnale electrice.

b) convertoare capacitive;

Un traductor capacitiv este un condensator a cărui capacitate se modifică sub influența mărimii neelectrice măsurate. Un condensator plat este utilizat pe scară largă ca convertor capacitiv, a cărui capacitate poate fi exprimată prin formula C = e0eS/5, unde e0 este constanta dielectrică a aerului (e0 = 8,85 10"12F/m; e este dielectricul relativ constantă a mediului dintre plăcile condensatorului; S-zonă de căptușeală; 5-distanță între căptușeli)

Deoarece mărimea neelectrică măsurată poate fi legată funcțional de oricare dintre acești parametri, proiectarea convertoarelor capacitive poate fi foarte diferită în funcție de aplicație. Pentru măsurarea nivelurilor corpurilor lichide și granulare se folosesc condensatoare cilindrice sau plate; pentru măsurarea deplasărilor mici, a forțelor și a presiunilor cu schimbare rapidă - traductoare capacitive diferențiale cu un spațiu variabil între plăci. Să luăm în considerare principiul utilizării convertoarelor capacitive pentru a măsura diferite mărimi neelectrice.

c) convertoare termice;

Convertorul termic este un conductor sau semiconductor cu curent, cu un coeficient de temperatură ridicat, în schimb de căldură cu mediul. Există mai multe moduri de schimb de căldură: convecție; conductivitatea termică a mediului; conductivitatea termică a conductorului în sine; radiatii.

Intensitatea schimbului de căldură dintre conductor și mediu depinde de următorii factori: viteza mediului gazos sau lichid; proprietățile fizice ale mediului (densitate, conductivitate termică, vâscozitate); temperatura ambientala; dimensiunile geometrice ale conductorului. Această dependență a temperaturii conductorului și, prin urmare, a rezistenței acestuia, de factorii enumerați poate fi

folosit pentru a măsura diverse mărimi neelectrice care caracterizează un mediu gazos sau lichid: temperatură, viteză, concentrație, densitate (vid).

d) convertoare de ionizare;

Convertoarele de ionizare sunt acele convertoare în care mărimea neelectrică măsurată este legată funcțional de curentul de conductivitate electronică și ionică a mediului gazos. Fluxul de electroni și ioni se obține în convertoarele de ionizare fie prin ionizarea unui mediu gazos sub influența unuia sau altuia agent ionizant, fie prin emisie termoionică, fie prin bombardarea cu electroni a moleculelor unui mediu gazos etc.

Elementele obligatorii ale oricărui convertor de ionizare sunt o sursă și un receptor de radiații.

e) convertoare reostatice;

Un convertor reostat este un reostat al cărui motor se mișcă sub influența mărimii neelectrice măsurate. Un fir este înfășurat la un pas uniform pe un cadru din material izolator. Izolația de sârmă de pe marginea superioară a cadrului este curățată, iar o perie alunecă de-a lungul metalului. Peria suplimentară alunecă de-a lungul inelului colector. Ambele perii sunt izolate de rola de antrenare. Convertizoarele reostatice sunt realizate atât cu fir înfăşurat pe cadru cât şi de tip reocord. Ca materiale de sârmă se folosesc nicrom, manganina, constantan etc.. În cazuri critice, când cerințele de rezistență la uzură a suprafețelor de contact sunt foarte mari sau când presiunile de contact sunt foarte scăzute, se folosesc aliaje de platină cu iridiu, paladiu etc. . Firul reostat trebuie acoperit fie cu email, fie cu un strat de oxizi pentru a izola spirele adiacente unele de altele. Motoarele sunt realizate din două sau trei fire (platină cu iridiu) cu o presiune de contact de 0,003...0,005 N sau tip placă (argint, bronz fosfor) cu o forță de 0,05...0,1 N. Suprafața de contact a firul înfăşurat este lustruit; Lățimea suprafeței de contact este egală cu două până la trei diametre de sârmă. Cadrul convertorului reostatic este realizat din textolit, plastic sau aluminiu acoperit cu lac izolant sau folie de oxid. Formele ramelor sunt variate. Reactanța convertoarelor reostatice este foarte mică și poate fi de obicei neglijată la frecvențe din domeniul audio.

Traductoarele reostatice pot fi utilizate pentru a măsura accelerațiile vibrațiilor și deplasările vibrațiilor cu un domeniu de frecvență limitat.

f) traductoare de extensometru;

Un traductor de extensometru (extensometru) este un conductor care își modifică rezistența atunci când este supus la deformare la tracțiune sau compresiune. Lungimea conductorului I și aria secțiunii transversale S se modifică odată cu deformarea acestuia. Aceste deformații ale rețelei cristaline duc la o modificare a rezistivității conductorului p și, în consecință, la o modificare a rezistenței totale.

Aplicație: pentru măsurarea deformațiilor și solicitărilor mecanice, precum și a altor mărimi mecanice statice și dinamice proporționale cu deformarea elementului elastic auxiliar (arc), cum ar fi traseul, accelerația, forța, încovoierea sau cuplul, presiunea gazului sau a lichidului, etc. Din aceste cantități măsurate se pot determina cantități derivate, de exemplu masa (greutatea), gradul de umplere a rezervoarelor etc. Diametrele de tensiune pe sârmă pe bază de hârtie, precum și cele din folie și film, sunt utilizate pentru măsurarea deformațiilor relative de la 0,005... 0,02 la 1,5...2%. Extensometrele cu sârmă liberă pot fi utilizate pentru a măsura deformari de până la 6...10%. Extensometrele sunt practic lipsite de inerție și sunt utilizate în domeniul de frecvență 0... 100 kHz.

g) convertoare inductive;

Traductoarele de măsurare inductive sunt proiectate pentru a converti poziția (deplasarea) într-un semnal electric. Sunt cele mai compacte, rezistente la zgomot, fiabile și economice traductoare de măsurare pentru rezolvarea problemelor de automatizare a măsurării dimensiunilor liniare în ingineria mecanică și instrumentală.

Traductorul inductiv este alcătuit dintr-o carcasă în care este plasat un ax pe ghidaje de rulare, la capătul din față se află un vârf de măsurare, iar la capătul din spate este o armătură. Ghidajul este protejat de influențele externe printr-o manșetă din cauciuc. Armătura legată de ax se află în interiorul bobinei fixate în corp. La randul lor, infasurarile bobinei sunt conectate electric la un cablu fixat in carcasa si protejat de indoire printr-un arc conic. La capătul liber al cablului se află un conector folosit pentru a conecta convertorul la un dispozitiv secundar. Corpul și axul sunt realizate din oțel inoxidabil călit. Adaptorul care conectează armătura la ax constă dintr-un aliaj de titan. Arcul care creează forța de măsurare este centrat, ceea ce elimină frecarea atunci când axul se mișcă. Acest design al traductorului asigură că erorile aleatoare și variațiile de citire sunt reduse la mai puțin de 0,1 microni.

Traductoarele inductive sunt utilizate pe scară largă în principal pentru măsurarea deplasărilor liniare și unghiulare.

h) convertoare magnetoelastice;

Traductoarele magnetoelastice sunt un tip de traductoare electromagnetice. Ele se bazează pe fenomenul modificărilor permeabilității magnetice μ a corpurilor feromagnetice în funcție de solicitările mecanice σ care apar în ele, asociate cu impactul forțelor mecanice P (de tracțiune, compresiune, încovoiere, răsucire) asupra corpurilor feromagnetice. O modificare a permeabilității magnetice a miezului feromagnetic determină o modificare a rezistenței magnetice a miezului RM. O modificare a RM duce la o modificare a inductanței bobinei L situată pe miez. Astfel, în convertorul magnetoelastic avem următorul lanț de transformări:

Р -> σ -> μ -> Rм -> L.

Convertizoarele magnetoelastice pot avea două înfășurări (tip transformator). Sub influența forței din cauza unei modificări a permeabilității magnetice, se modifică inductanța reciprocă M dintre înfășurări și fem-ul indus al înfășurării secundare E. Circuitul de conversie în acest caz are forma

P -> σ -> μ -> Rm -> M -> E.

Efectul modificării proprietăților magnetice ale materialelor feromagnetice sub influența deformațiilor mecanice se numește efect magnetoelastic.

Se folosesc traductoare magnetoelastice:

Pentru măsurarea presiunilor înalte (mai mult de 10 N/mm2 sau 100 kg/cm2), deoarece detectează direct presiunea și nu necesită traductoare suplimentare;

Pentru a măsura forța. În acest caz, limita de măsurare a dispozitivului este determinată de aria traductorului magnetoelastic. Aceste convertoare sunt deformate foarte ușor sub influența forței. Da cand 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) convertoare de rezistență electrolitică;

Convertoarele electrolitice sunt un tip de convertoare electrochimice. În cazul general, un convertor electrochimic este o celulă electrolitică umplută cu o soluție cu electrozi plasați în ea, care servesc la conectarea convertorului la circuitul de măsurare. Ca element al unui circuit electric, o celulă electrolitică poate fi caracterizată prin f.e.m. pe care o dezvoltă, căderea de tensiune de la curentul de trecere, rezistență, capacitate și inductanță. Prin izolarea relației dintre acești parametri electrici și cantitatea neelectrică măsurată, precum și prin suprimarea efectului altor factori, este posibil să se creeze convertoare pentru măsurarea compoziției și concentrației mediilor lichide și gazoase, presiunea, deplasarea, viteza, accelerația și alte cantități. Parametrii electrici ai celulei depind de compoziția soluției și a electrozilor, transformările chimice în celulă, temperatură, viteza de mișcare a soluției etc. Relațiile dintre parametrii electrici ai convertoarelor electrochimice și mărimile neelectrice sunt determinate de legile electrochimiei.

Principiul de funcționare al convertoarelor electrolitice se bazează pe dependența rezistenței celulei electrolitice de compoziția și concentrația electrolitului, precum și de dimensiunile geometrice ale celulei. Rezistența coloanei de lichid convertorului electrolitic:

R = ρh/S = k/૪

unde ૪= 1/ρ - conductivitatea specifică a electrolitului; k este constanta convertorului, în funcție de raportul dimensiunilor sale geometrice, determinată de obicei experimental.