Ayarlama
Parametrik ölçüm dönüştürücüleri. Fonksiyonel dönüştürücüler: ölçüm, parametrik, jeneratör

Parametrik ölçüm dönüştürücüleri. Fonksiyonel dönüştürücüler: ölçüm, parametrik, jeneratör

En çok kullanılan ölçüm cihazlarının ana elemanları birincil ölçüm dönüştürücüleridir; bunun amacı, ölçülen fiziksel miktarı (giriş miktarı), daha sonraki işlemler için uygun olan, genellikle elektriksel olan bir ölçüm bilgi sinyaline (çıkış miktarı) dönüştürmektir.

Birincil dönüştürücüler parametrik ve jeneratör olanlara ayrılır. Parametrik dönüştürücülerde çıkış değeri, elektrik devresinin herhangi bir parametresindeki (direnç, endüktans, kapasitans vb.) bir değişikliği temsil eder; jeneratör dönüştürücülerde çıkış değeri, ölçülenin enerjisinden kaynaklanan emk, elektrik akımı veya yüktür. değer.

Giriş miktarları basınç, kuvvet veya tork olan geniş bir ölçüm dönüştürücü sınıfı vardır. Kural olarak, bu dönüştürücülerde giriş miktarı elastik bir elemana etki eder ve deformasyonuna neden olur, bu da daha sonra gözlemciler tarafından algılanan bir sinyale (mekanik gösterge cihazları) veya bir elektrik sinyaline dönüştürülür.

Dönüştürücünün eylemsizlik özellikleri büyük ölçüde elastik elemanın doğal frekansı tarafından belirlenir: ne kadar yüksek olursa dönüştürücünün eylemsizliği de o kadar az olur. Yapısal alaşımlar kullanıldığında bu frekansların maksimum değeri 50...100 kHz'dir. Özellikle hassas dönüştürücülerin elastik elemanlarını üretmek için kristal malzemeler (kuvars, safir, silikon) kullanılır.

Dirençli dönüştürücüler, çıkış değeri elektrik direncindeki bir değişiklik olan ve çeşitli fiziksel yapıdaki (mekanik, termal, ışık, manyetik vb.) miktarların etkisinden kaynaklanabilecek parametrik dönüştürücülerdir.

Potansiyometrik dönüştürücü, motoru ölçülen değerin (giriş değeri) etkisi altında hareket ettirilen bir reostattır. Çıkış miktarı dirençtir.

Potansiyometrik transdüserler, elastik bir algılama elemanının deformasyonunu ölçmek için kontrol elemanlarının (doğrusal ve açısal), seviye göstergelerinde, sensörlerde (örneğin basınç) konumunu ölçmek için kullanılır. Potansiyometrik dönüştürücülerin avantajı, büyük bir çıkış sinyali, metrolojik özelliklerin kararlılığı, yüksek doğruluk ve önemsiz sıcaklık hatasıdır. Ana dezavantaj dar frekans aralığıdır (birkaç on hertz).

Gerinim ölçerlerin çalışması, iletkenlerin ve yarı iletkenlerin mekanik deformasyonları (gerilme etkisi) sırasında dirençlerindeki değişikliklere dayanmaktadır. Bir tel (veya folyo) gerinim ölçer, bir alt tabakaya yapıştırılmış, 0,02...0,05 mm çapında zikzak şeklinde bükülmüş ince bir tel veya 4...12 mikron (ızgara) kalınlığında bir folyo banttır. elektrik yalıtım malzemesi. Çıkışlı bakır iletkenler ızgaranın uçlarına bağlanır. Parçaya yapıştırılan dönüştürücüler yüzey katmanındaki deformasyonu algılar.

Parçalar ve yapılardaki deformasyonları ve gerilimleri ölçerken, kural olarak ölçüm kanallarının kalibre edilmesi mümkün değildir ve ölçüm hatası %2...10'dur. Birincil ölçüm transdüserlerinde gerinim ölçer kullanılması durumunda, kalibrasyon ile hata %0,5...1'e düşürülebilir. Bu tip gerinim ölçerlerin ana dezavantajı küçük çıkış sinyalidir.

Ölçüm transdüserlerinin elastik duyarlı elemanlarının küçük deformasyonlarını ölçmek için, doğrudan silikon veya safirden yapılmış elastik bir eleman üzerinde büyütülmüş yarı iletken gerinim ölçerler kullanılır.

5 kHz'e kadar frekansa sahip dinamik gerinimleri ölçerken, tabanı 10 mm'yi geçmeyen tel veya folyo gerinim ölçerler kullanılmalı ve bunlar için maksimum gerinim% 0,1'i (yarı iletken olanlar için% 0,02) geçmemelidir.

Piezoelektrik dönüştürücülerin etkisi, kristal deforme olduğunda elektrik yüklerinin ortaya çıkmasına dayanır (doğrudan piezoelektrik etki).

Piezoelektrik dönüştürücüler hızla değişen miktarları ölçme yeteneği sağlar (dönüştürücülerin doğal frekansı 200 kHz'e ulaşır), son derece güvenilirdir ve küçük genel boyutlara ve ağırlığa sahiptir. En büyük dezavantajı yavaş değişen miktarların ölçülmesinin ve kristal yüzeyinden elektrik kaçağı nedeniyle statik kalibrasyonun yapılmasının zorluğudur.

Bir elektrostatik dönüştürücü, dielektrik sabiti e olan bir ortamda d mesafesine paralel olarak yerleştirilmiş, F alanına sahip iki elektrot (plaka) olarak şematik olarak temsil edilebilir.

Tipik olarak, bu dönüştürücüler, çıkış değerlerinin kapasitanstaki bir değişiklik olacağı (bu durumda kapasitif olarak adlandırılır) olacak şekilde tasarlanmıştır ve giriş değerleri, d veya F alanını veya a alanını değiştiren mekanik hareketler olabilir. sıcaklığındaki, kimyasal bileşimindeki vb. değişiklikler nedeniyle ortamın dielektrik sabitindeki değişiklik.

Kapasitansın yanı sıra EMF, elektrostatik dönüştürücülerin çıkış değeri olarak kullanılır. Bir elektrik alanında bulunan elektrotların karşılıklı hareketi ile üretilir (jeneratör modu). Örneğin, yoğunlaştırıcı mikrofonlar jeneratör modunda çalışarak akustik titreşimlerin enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür.

Elektrostatik dönüştürücülerin avantajı gürültünün olmaması ve kendiliğinden ısınmasıdır. Ancak parazitlere karşı koruma sağlamak için bağlantı hatları ve dönüştürücülerin kendilerinin dikkatli bir şekilde ekranlanması gerekir.

Endüktif dönüştürücüler için çıkış değeri, endüktanstaki bir değişikliktir ve giriş değerleri, dönüştürücünün ayrı parçalarının hareketleri olabilir, bu da manyetik devrenin direncinde, devreler arasındaki karşılıklı endüktansta vb. bir değişikliğe yol açar.

Dönüştürücülerin avantajları şunlardır: özelliklerin doğrusallığı, çıkış sinyalinin dış etkilere, şoklara ve titreşimlere düşük bağımlılığı; yüksek hassasiyet. Dezavantajları - küçük çıkış sinyali ve yüksek frekanslı besleme voltajına duyulan ihtiyaç.

Titreşim-frekans dönüştürücülerin çalışma prensibi, bir telin veya ince köprünün gerilimi değiştiğinde doğal frekansının da değiştirilmesine dayanır.

Dönüştürücünün giriş miktarı mekanik kuvvettir (veya kuvvete dönüştürülen miktarlar - basınç, tork vb.). Jumper'a bağlı elastik bir eleman tarafından algılanan.

Zaman içinde sabit veya yavaşça değişen miktarların (frekans 100...150 Hz'den fazla olmayan) ölçümünde titreşim frekansı dönüştürücülerin kullanılması mümkündür. Yüksek doğrulukla ayırt edilirler ve frekans sinyali, artan gürültü bağışıklığı ile karakterize edilir.

Optoelektrik dönüştürücüler, optik aralıktaki elektromanyetik dalgaların yayılma ve maddeyle etkileşim yasalarını kullanır.

Dönüştürücülerin ana elemanı radyasyon alıcılarıdır. Bunların en basiti olan termal dönüştürücüler, üzerlerine gelen tüm radyasyon enerjisini sıcaklığa (entegre dönüştürücü) dönüştürmek için tasarlanmıştır.

Fotoelektrik etkiyi kullanan çeşitli fotoelektrik dönüştürücüler aynı zamanda radyasyon alıcısı olarak da kullanılır. Fotoelektrik dönüştürücüler seçicidir; nispeten dar bir dalga boyu aralığında yüksek hassasiyete sahiptirler. Örneğin, vakum ve gazla doldurulmuş fotosellerde ve fotoçoğaltıcılarda harici fotoelektrik etki (ışık etkisi altında elektronların yayılması) kullanılır.

Bir vakum fotoseli, iç yüzeyine bir katot oluşturan ışığa duyarlı bir malzeme tabakasının uygulandığı bir cam silindirdir. Anot, bir halka veya metal tel örgü şeklinde yapılır. Katot aydınlatıldığında bir fotoemisyon akımı ortaya çıkar. Bu elemanların çıkış akımları birkaç mikroamper'i aşmaz. Gazla doldurulmuş fotosellerde (doldurma için inert gazlar Ne, Ar, Kr, Xe kullanılır), gazın fotoelektronlar tarafından iyonlaşması nedeniyle çıkış akımı 5...7 kat artar.

Fotoçoğaltıcılarda, birincil foto akımın yükseltilmesi, ikincil elektron emisyonunun bir sonucu olarak meydana gelir - katot ile anot arasına yerleştirilmiş ikincil katotlardan (yayıcılar) elektronların "çıkarılması". Çok kademeli fotoçoğaltıcı tüplerdeki toplam kazanç yüzbinlere ulaşabilir ve çıkış akımı 1 mA'e ulaşabilir. Fotoemisyon olgusu pratik olarak eylemsiz olduğundan, hızla değişen miktarları ölçerken fotomultipliatörler ve vakum elemanları kullanılabilir.

Basınç ölçümü

Toplam veya statik basıncı ölçmek için, küçük çaplı tüpler (pnömatik hatlar) aracılığıyla ilgili birincil dönüştürücülere veya ölçüm cihazlarına bağlanan, akışa alma delikleri olan özel alıcılar yerleştirilir.

En basit toplam basınç alıcısı, ucu dik olarak kesilmiş, dik açıyla bükülmüş ve akışa doğru yönlendirilmiş silindirik bir tüptür. Alıcının akış yönüne olan hassasiyetini azaltmak için (örneğin hafif girdaplı akışlarda ölçüm yaparken) özel alıcı tasarımları kullanılır. Örneğin, akışlı toplam basınç alıcıları (Şekil 3.3), Mach sayısında 45°'ye kadar eğim açılarında %1'den fazla olmayan bir ölçüm hatasıyla karakterize edilir.<0,8.

Kanal duvarlarının yakınındaki statik basınçları ölçerken, doğrudan duvarlarda 0,5...1 mm çapında alıcı delikler (drenaj delikleri) yapılır. Drenaj alanında herhangi bir düzgünsüzlük olmamalı ve deliklerin kenarlarında çapak olmamalıdır. Bu tür ölçüm, yanma odaları, difüzörler ve nozüllerdeki boru ve kanallardaki akışları incelerken çok yaygındır.

Pirinç. 3.3. Tam basınç alıcı şeması:

Pirinç. 3.4. Statik basınç alıcı şeması:

a - kama şeklinde;

b - disk;

c - M £ 1,5'teki ölçümler için L şeklinde

Bir akıştaki statik basınçları ölçmek için, kama şeklindeki ve disk alıcıların yanı sıra, yan yüzeyde yer alan alıcı deliklere sahip L şeklinde tüpler (Şekil 3.4) şeklindeki alıcılar kullanılır. Bu alıcılar ses altı ve düşük ses üstü hızlarda iyi çalışır.

Kanalların kesitlerindeki basınç dağılımını incelemek için, birden fazla alıcı içeren toplam ve statik basınç tarakları veya hem toplam hem de statik basınçlar için bir alıcıya sahip birleşik taraklar yaygınlaşmıştır. Karmaşık bir akış yapısına sahip akışlarda (yanma odaları, turbomakinelerin bıçaklar arası kanalları) ölçümler yapılırken, toplam ve statik basınç değerlerini ve akış yönünü belirlemeyi mümkün kılan yönlendirilebilir ve yönlendirilemeyen basınç alıcıları kullanılır. hız vektörü. Bunlardan ilki, iki boyutlu akışlarda ölçümler için tasarlanmıştır ve tasarımları, alıcının döndürülerek yerel akış hızı vektörüne göre belirli bir konuma kurulmasına olanak tanır.

Yönlendirilemeyen alıcılar, küçük çaplı (3...10 mm) bir silindirin veya kürenin duvarlarında yapılmış veya kesilmiş tüplerin uçlarına yerleştirilmiş birkaç giriş deliği (5...7) ile donatılmıştır. belirli açılar (çap 0,5...2 mm), tek bir yapısal ünite halinde birleştirilir (Şekil 3.5). Akış alıcının etrafında aktıkça belli bir basınç dağılımı oluşur. Alıcı delikler kullanılarak ölçülen basınç değerleri ve alıcının rüzgar tünelindeki ön kalibrasyon sonuçları kullanılarak toplam ve statik basınç değerleri ve akış hızının yerel yönü belirlenebilmektedir.

Süpersonik akış hızlarında, basınç alıcılarının önünde şok dalgaları oluşur ve ölçüm sonuçları işlenirken bu dikkate alınmalıdır. Örneğin, akıştaki statik basınç p ve doğrudan şok dalgasının arkasındaki toplam basınç p*"'nin ölçülen değerlerinden, Rayleigh formülü kullanılarak M sayısı belirlenebilir ve ardından toplam basıncın değeri şu şekilde belirlenebilir: Akış:

Motorları ve elemanlarını test ederken, basıncı ölçmek için çeşitli aletler kullanılır (işaretçi deformasyonu, sıvı, grup kayıt basınç göstergeleri), operatörün deneysel nesnelerin çalışma modlarını kontrol etmesine olanak tanır. Bilgi ölçüm sistemleri çeşitli birincil dönüştürücüler kullanır. Kural olarak, basınç veya daha doğrusu basınç farkı (örneğin, ölçülen ile atmosferik arasındaki, dolu ile statik arasındaki vb.), deformasyonu bir elektrik sinyaline dönüştürülen elastik bir algılama elemanı (membran) üzerinde etki eder. . Çoğu zaman, sabit ve yavaş değişen basınçları ölçerken bunun için endüktif ve gerilime duyarlı dönüştürücüler, değişken basınçları ölçerken ise piezo-kristal ve endüktif dönüştürücüler kullanılır.

Pirinç. 3.5. Beş kanallı basınç alıcısının şeması:

С x, С y, С z - hız vektörünün bileşenleri; pi - ölçülen basınç değerleri

Örnek olarak Şekil 2'de yer almaktadır. Şekil 3.6 Sapphire-22DD dönüştürücünün şemasını göstermektedir. Bu tip transdüserlerin çeşitli aralıklarda gösterge basıncını, fark basıncını, vakumu, mutlak basıncı, gösterge basıncını ve vakumu ölçmek için tasarlanmış çeşitli modifikasyonları mevcuttur. Elastikiyete duyarlı eleman, üstüne püskürtmeli silikon gerinim ölçerli bir safir membranın lehimlendiği metal bir membrandır (2). Ölçülen basınç farkı, iki diyaframdan (5) oluşan bir bloğa etki eder. Merkezleri yer değiştirdiğinde, çubuk (4) kullanılarak uygulanan kuvvet, kola (3) iletilir ve bu, gerinim ölçerlerle membranın (2) deformasyonuna yol açar. Gerinim ölçerlerden gelen elektrik sinyali elektronik üniteye (4) girer ve burada birleşik bir sinyale (0...5 veya 0...20 mA doğru akım) dönüştürülür. Dönüştürücüye 36 V DC kaynaktan güç sağlanır.

Değişken (örneğin titreşimli) basınçları ölçerken, pnömatik bir hattın varlığı ölçüm sisteminin genlik-frekans tepkisinde önemli değişikliklere neden olduğundan, birincil dönüştürücünün ölçüm alanına mümkün olduğunca yakın hale getirilmesi tavsiye edilir. Bu anlamda son nokta, minyatür basınç transdüserlerinin etrafta akan yüzeyle (kanal duvarı, kompresör kanadı vb.) aynı hizada monte edildiği drenajsız yöntemdir. Bilinen dönüştürücüler 1,6 mm yüksekliğe ve 5 mm membran çapına sahiptir. Basınç alıcıları ve dalga kılavuzları (l~100 mm) olan sistemler (uzaktan basınç alıcıları yöntemi) de kullanılır; burada dinamik

özellikleri, düzeltici akustik ve elektriksel bağlantılar kullanılır.

Ölçüm sistemlerinde çok sayıda ölçüm noktası bulunduğundan, birkaç düzine ölçüm noktasının bir dönüştürücüye alternatif olarak bağlanmasını sağlayan özel yüksek hızlı pnömatik komütatörler kullanılabilir.

Yüksek doğruluğu sağlamak için, basınç ölçüm cihazlarının çalışma koşulları altında otomatik kontrolörler kullanılarak periyodik olarak izlenmesi gerekir.

Sıcaklık ölçümü

Sıcaklıkları ölçmek için çeşitli ölçüm cihazları kullanılır. Bir termoelektrik termometre (termokupl), uçlarından (bağlantı noktalarından) birbirine bağlanan (kaynaklanmış veya lehimlenmiş) farklı malzemelerden yapılmış iki iletkenden oluşur. Bağlantı noktalarının sıcaklıkları farklıysa, değeri iletkenlerin malzemesine ve bağlantı noktalarının sıcaklıklarına bağlı olan termoelektromotor kuvvetin etkisi altında devrede bir akım akacaktır. Ölçümler sırasında, kural olarak, bağlantı noktalarından biri termostatik olarak kontrol edilir (bu amaçla eriyen buz kullanılır). Daha sonra termokuplun emk'si "sıcak" bağlantı noktasının sıcaklığıyla benzersiz bir şekilde ilişkili olacaktır.

Bir termoelektrik devreye farklı iletkenler dahil edilebilir. Bu durumda, tüm eklemlerin aynı sıcaklıkta olması durumunda ortaya çıkan EMF değişmeyecektir. Bu özellik, sınırlı uzunluktaki termoelektrotlara bağlanan uzatma kablolarının (Şekil 3.7) kullanımının temelidir ve bu tür Bu sayede pahalı malzemelerden tasarruf sağlanır. Bu durumda, uzatma kablolarının (Tc) bağlantı noktalarında ve termoelektrik kimliğinin ana termokupllarına Tc ve T0 sıcaklıklarındaki olası değişiklikler aralığında (genellikle 0..'dan fazla değil) sıcaklık eşitliğini sağlamak gerekir. .200°C). Termokuplların pratik kullanımında T0 sıcaklığının 0°C'den farklı olduğu durumlar olabilir. Daha sonra bu durumu hesaba katmak için termokuplun emk'si E=E meas +DE(T 0) olarak belirlenmeli ve sıcaklık değerini bulmak için kalibrasyon bağımlılığı kullanılmalıdır. Burada Emeas, EMF'nin ölçülen değeridir; DE(T 0) – T 0 değerine karşılık gelen ve kalibrasyon bağımlılığından belirlenen EMF değeri. Termokupllar için kalibrasyon bağımlılıkları, "soğuk" bağlantı noktaları T0'ın 0°C'ye eşit sıcaklığında elde edilir. Bu bağımlılıklar doğrusal olanlardan biraz farklıdır. Örnek olarak Şekil 2'de yer almaktadır. Şekil 3.8 platin-rodyum-platin termokupl için kalibrasyon bağımlılığını göstermektedir.

En yaygın termokuplların bazı özellikleri tabloda verilmiştir. 3.1.

Pratikte en yaygın termokupllar elektrot çapı 0,2...0,5 mm olanlardır. Elektrotların elektriksel yalıtımı, bunların asbest veya silika iplikle sarılması, ardından ısıya dayanıklı vernikle emprenye edilmesi, termoelektrotların seramik tüplere yerleştirilmesi veya bu tüplerin parçalarının ("boncuklar") üzerlerine dizilmesiyle sağlanır. Isıya dayanıklı çelikten yapılmış ince duvarlı bir kabuk içine yerleştirilmiş iki termoelektrottan oluşan kablo tipi termokupllar yaygınlaştı. Termoelektrotları yalıtmak için kabuğun iç boşluğu MgO veya Al2O3 tozu ile doldurulur. Kabuğun dış çapı 0,5...6 mm'dir.

Tablo 3.1

Yapısal elemanların sıcaklığının doğru bir şekilde ölçülebilmesi için, termokupllar, yakınındaki sıcak bağlantı ve termoelektrotlar yüzeyin üzerine çıkmayacak ve termometreli yüzeyden ısı transferi koşulları, montajı nedeniyle bozulmayacak şekilde gömülmelidir. termokupl. Termal iletkenlik nedeniyle termoelektrotlar boyunca sıcak bağlantıdan ısının çıkışına (veya içeri akışına) bağlı ölçüm hatasını azaltmak için, bağlantı noktasının yakınında belirli bir mesafedeki (7...10 mm) termoelektrotlar yaklaşık olarak izotermler boyunca döşenmelidir. . Belirtilen gereksinimleri karşılayan bir termokuplun bağlantı şeması Şekil 1'de gösterilmektedir. 3.9. Parça, bağlantı noktasının ve bitişik termoelektrotların yerleştirildiği 0,7 mm derinliğinde bir oluğa sahiptir; bağlantı noktası temas kaynağı kullanılarak yüzeye kaynaklanır; oluk 0,2...0,3 mm kalınlığında folyo ile kaplanmıştır.

Termal elektrotlar, motorun iç boşluklarından veya bileşenlerinden bağlantı parçaları aracılığıyla çıkarılır. Bu durumda termoelektrotların akış yapısını çok fazla bozmamasını ve birbirlerine ve yapının keskin kenarlarına sürtünme nedeniyle izolasyonlarının zarar görmemesini sağlamak gerekir.

Dönen elemanların sıcaklıkları ölçülürken, fırça veya cıva akımı toplayıcıları kullanılarak termokupl okumaları elde edilir. Temassız akım toplayıcılar da geliştirilmektedir.

Gaz akışının sıcaklığını ölçmek için kullanılan termokuplların diyagramları Şekil 1'de gösterilmektedir. 3.10. Sıcak bağlantı 1, çapı d0 olan bir küredir (termoelektrotlar alın kaynağıyla da kaynaklanabilir); bağlantı noktası yakınındaki termoelektrotlar (2) yalıtkan iki kanallı bir seramik tüpe (3) sabitlenir ve ardından muhafazadan (4) çıkarılır. Şekilde muhafaza (4) su soğutmalı olarak gösterilmektedir (1300...1500 K'yi aşan sıcaklıkları ölçerken soğutma gereklidir) ), soğutma suyu bağlantı parçaları 5 aracılığıyla sağlanır ve boşaltılır.

Yüksek gaz sıcaklıklarında, termoelektrotlar aracılığıyla termokupl gövdesine giden termal iletkenlik ve çevreye radyasyon nedeniyle bağlantı noktasından ısının uzaklaştırılması nedeniyle metodolojik hatalar ortaya çıkar. Isıl iletkenliğe bağlı ısı kayıpları, yalıtım borusunun çıkıntısının çapının 3...5'ine eşit olması sağlanarak neredeyse tamamen ortadan kaldırılabilir.

Radyasyon yoluyla ısı giderimini azaltmak için termokuplların ekranlanması kullanılır (Şekil 3.10, b, c). Bu aynı zamanda bağlantı noktasını hasardan korur ve elek içindeki akışın yavaşlaması, yüksek hızlı akışlarda ölçüm yaparken sıcaklık geri kazanım katsayısının artmasına yardımcı olur.

Farklı termoelektrotlara sahip iki termokuplun okumalarından gaz sıcaklığının belirlenmesi için bir yöntem de geliştirilmiştir.

Pirinç. 3.9. Yanma odası elemanlarının sıcaklığını ölçmek için termokupl bağlantı şeması

Pirinç. 3.10. Gaz sıcaklığını ölçmek için termokupl devreleri:

a - açık bağlantı noktalı termokupl: b, c - korumalı termokupllar; g - çift bağlantılı termokupl; 1 - bağlantı noktası: 2 - termoelektrotlar; 3 - seramik tüp; 4 - gövde; 5 - su temini ve drenaj için bağlantı parçaları

çap (Şekil 3.10, d), radyasyon yoluyla ısı giderimini hesaba katmaya izin verir.

Termokuplların ataleti tasarıma bağlıdır. Bu nedenle, zaman sabiti açık bağlantılı termokupllar için 1...2 s'den, korumalı termokupllar için 3...5 s'ye kadar değişir.

Sıcaklık alanlarını incelerken (örneğin, bir türbinin, yanma odasının vb. arkasında), termokupl tarakları kullanılır ve bazı durumlarda dönen taretlere monte edilirler, bu da tüm alan boyunca sıcaklık dağılımını yeterince ayrıntılı olarak belirlemeyi mümkün kılar. enine kesit.

Direnç termometresinin etkisi, sıcaklık değiştikçe iletkenin direncindeki değişime dayanır. 0,05...0,1 mm çapında, bakır (t=-50...+150°C), nikel (t=-50...200°C) veya platinden ( t=-200) yapılmış tel. ..500°С).

Tel çerçevenin etrafına sarılır ve bir kasaya yerleştirilir. Direnç termometreleri son derece doğru ve güvenilirdir ancak yüksek atalet ile karakterize edilirler ve yerel sıcaklıkları ölçmek için uygun değildirler. Direnç termometreleri motor girişindeki hava sıcaklığını, yakıtların, yağların vb. sıcaklığını ölçmek için kullanılır.

Sıvı termometreler sıvının termal genleşme özelliğini kullanır. Çalışma akışkanı olarak cıva (t=-30...+700°C), alkol (t=-100...+75°C) vb. kullanılmaktadır.Sıvı ve gazların sıcaklığını ölçmek için sıvı termometreler kullanılır. laboratuvar koşullarında ortam.ve ayrıca diğer cihazları kalibre ederken.

Sıcaklığın ölçülmesine yönelik optik yöntemler, ısıtılmış cisimlerden gelen termal radyasyon modellerine dayanmaktadır. Pratikte üç tip pirometre uygulanabilir: çalışması belirli bir sabit dalga boyunda sıcaklıkla bir cismin termal radyasyonundaki değişime dayanan parlaklık pirometreleri; radyasyon spektrumunun belirli bir bölümünde sıcaklıkla enerji dağılımındaki değişiklikleri kullanan renkli pirometreler; bir vücut tarafından yayılan toplam enerji miktarının sıcaklığa bağımlılığını temel alan radyasyon pirometreleri.

Şu anda, motorları test ederken, yapısal elemanların sıcaklıklarını ölçmek için radyant enerjinin fotoelektrik alıcılarına dayanan parlaklık pirometreleri kullanılmaktadır. Örnek olarak, çalışan bir motordaki türbin kanatlarının sıcaklığını ölçerken bir pirometrenin kurulumu için bir şema Şekil 2'de gösterilmektedir. 32.11. Lens 2 kullanıldığında, birincil dönüştürücünün "görüş alanı" küçük bir (5...6 mm) alanla sınırlıdır. Pirometre her bıçağın kenarını ve arka kısmının bir kısmını “inceler”. Safirden yapılmış koruyucu cam 1, merceği kirlenmeye ve aşırı ısınmaya karşı korur. Sinyal, ışık kılavuzu 3 aracılığıyla fotodetektöre iletilir. Düşük ataletinden dolayı pirometre her bıçağın sıcaklığını kontrol etmenize olanak tanır.

Motorun yapısal elemanlarının sıcaklıklarını ölçmek için renk sıcaklığı göstergeleri (termal boyalar veya termo vernikler) kullanılabilir - belirli bir sıcaklığa (geçiş sıcaklığı) ulaşıldığında bileşenlerin veya fazın kimyasal etkileşimi nedeniyle rengini keskin bir şekilde değiştiren karmaşık maddeler Bunlarda meydana gelen geçişler.

Pirinç. 3.11. Pirometrenin motora montaj şeması:

(a) (1 - üfleme havası beslemesi; 2 - birincil dönüştürücü) ve birincil dönüştürücünün devresi

(b) (1 - koruyucu cam; 2 - mercek; 3 - ışık kılavuzu)

Termal boyalar ve termal vernikler sert bir yüzeye uygulandığında kuruduktan sonra sertleşir ve geçiş sıcaklığında rengini değiştirebilen ince bir film oluşturur. Örneğin beyaz termal boya TP-560 t=560 °C'ye ulaştığında renksiz hale gelir.

Termal göstergelerin yardımıyla ulaşılması zor yerler de dahil olmak üzere motor elemanlarındaki aşırı ısınma bölgelerini tespit edebilirsiniz. Ölçümlerin karmaşıklığı düşüktür. Ancak hangi modda maksimum sıcaklığa ulaşıldığını belirlemek her zaman mümkün olmadığından kullanımları sınırlıdır. Ayrıca termal göstergenin rengi sıcaklığa maruz kalma süresine bağlıdır. Bu nedenle, termal göstergeler kural olarak diğer ölçüm yöntemlerinin yerini alamaz (örneğin, termokuplların kullanılması), ancak incelenen nesnenin termal durumu hakkında ek bilgi elde edilmesine izin verir.

Ölçüm nesnesi, kural olarak, her biri diğer parametrelerle birlikte ölçüm dönüştürücüsüne etki eden birçok parametreyle karakterize edilen karmaşık, çok yönlü bir süreç olduğundan, ölçüm dönüştürücülerinin çalışması zor koşullarda gerçekleşir. Biz sadece tek bir parametreyle ilgileniyoruz, o da adı verilen ölçülebilir miktar, ve diğer tüm süreç parametreleri dikkate alınır parazit yapmak. Bu nedenle her ölçüm dönüştürücünün kendi doğal girdi miktarı, bu onun tarafından en iyi müdahalenin arka planında algılanır. Benzer şekilde ayırt edebiliriz doğal çıkış değeriölçüm dönüştürücüsü.

Çıkışındaki sinyal türü açısından elektriksel olmayan miktarları elektriksel olanlara dönüştüren dönüştürücüler, yük, voltaj veya akım üreten jeneratörlere ayrılabilir (çıkış miktarı E = F (X) veya I = F) (X) ve iç direnç ZBH = sabit) ve giriş değerindeki bir değişikliğe göre değişen çıkış direnci, endüktans veya kapasitans ile parametrik (EMF E = 0 ve çıkış değeri R, L veya X'in bir fonksiyonu olarak C).

Jeneratör ve parametrik dönüştürücüler arasındaki fark, dönüştürücülerde kullanılan fiziksel olayların doğasındaki temel farklılıkları yansıtan eşdeğer elektrik devrelerinden kaynaklanmaktadır. Jeneratör dönüştürücü, doğrudan çıkış elektrik sinyalinin bir kaynağıdır ve parametrik dönüştürücünün parametrelerindeki değişiklikler, harici bir güç kaynağına sahip bir devreye zorunlu olarak dahil edilmesinin bir sonucu olarak akım veya voltajdaki değişikliklerle dolaylı olarak ölçülür. Doğrudan parametrik dönüştürücüye bağlı bir elektrik devresi sinyalini üretir. Böylece parametrik dönüştürücü ile elektrik devresinin birleşimi elektrik sinyalinin kaynağıdır.

İşin altında yatan fiziksel olaya ve girdi fiziksel miktarının türüne göre, jeneratör ve parametrik dönüştürücüler bir dizi çeşide ayrılır (Şekil 2.3):

Jeneratör - piezoelektrik,

Termoelektrik vb.;

Dirençli - iletişim kurmak için,

Reostatik vb.;

Elektromanyetik - endüktife,

Transformatör vb.

Modülasyon türüne göre tüm IP'ler iki büyük gruba ayrılır: genlik ve frekans, zaman, faz. Son üç çeşidin pek çok ortak noktası vardır ve bu nedenle tek bir grupta birleştirilmiştir.

Pirinç. 2.3. Elektriksel olmayan büyüklüklerin ölçüm dönüştürücülerinin elektriksel olanlara sınıflandırılması.

2. Dönüşümün doğası gereği girdi miktarları:

Doğrusal;

Doğrusal olmayan.

3. Birincil ölçüm dönüştürücünün (PMT) çalışma prensibine göre bunlar aşağıdakilere ayrılır:

Üretiliyor;

Parametrik.

Jeneratör PIP'lerinin çıkış sinyali, işlevsel olarak ölçülen miktarla (örneğin bir termokuplun emk'si) ilişkili emk, voltaj, akım ve elektrik yüküdür.

Parametrik PIP'lerde ölçülen miktar, elektrik devresinin parametrelerinde orantılı bir değişikliğe neden olur: R, L, C.

Jeneratörler şunları içerir:

İndüksiyon;

Piezoelektrik;

Bazı elektrokimyasal türleri.

Dirençli güç kaynakları - ölçülen değeri dirence dönüştürün.

Elektromanyetik IP – endüktanstaki bir değişikliğe veya karşılıklı indüksiyona dönüştürülür.

Kapasitif güç kaynakları – kapasitanstaki bir değişikliğe dönüştürülür.

Piezoelektrik IP – Dinamik kuvveti elektrik yüküne dönüştürün.

Galvanomanyetik IP – Hall etkisine dayanarak çalışma manyetik alanını EMF'ye dönüştürürler.

Termal IP - ölçülen sıcaklık, termal direnç veya emk değerine dönüştürülür.

Optoelektronik IP – optik sinyalleri elektriksel sinyallere dönüştürür.

Sensörler için ana özellikler şunlardır:

Çalışma sıcaklığı aralığı ve bu aralıktaki hata;

Genelleştirilmiş giriş ve çıkış dirençleri;

Frekans tepkisi.

Endüstriyel uygulamalarda kontrol süreçlerinde kullanılan sensörlerin hatasının %1-2'den fazla olmaması gerekmektedir. Ve kontrol görevleri için – %2 – 3.

2.1.3. Birincil ölçüm transdüserleri için bağlantı devreleri

Birincil ölçüm dönüştürücüleri şunlardır:

Parametrik;

Üretiliyor.

Parametrik birincil ölçüm transdüserleri için anahtarlama devreleri aşağıdakilere ayrılmıştır:

Seri bağlantı:

Diferansiyel anahtarlama:

Bir birincil ölçüm transdüseri ile;

İki ana ölçüm transdüseri ile;

Köprü devreleri:

Tek aktif kollu simetrik dengesiz köprü;

İki aktif kolu olan simetrik dengesiz köprü;

Dört aktif kolu olan simetrik dengesiz köprü.

Jeneratör ölçüm dönüştürücüleri için anahtarlama devreleri aşağıdakilere ayrılmıştır:

Ardışık;

Diferansiyel;

Telafi edici.

Jeneratörlerin bir enerji kaynağına ihtiyacı yoktur ancak parametrik olanların ihtiyacı vardır. Çoğu zaman, jeneratör olanlar bir EMF kaynağı olarak temsil edilebilir ve parametrik olanlar, direnci ölçülen değerdeki değişikliklerle değişen aktif veya reaktif bir direnç olarak temsil edilebilir.

Seri ve diferansiyel anahtarlama hem parametrik hem de jeneratör güç kaynaklarına uygulanabilir. Tazminat planı – jeneratörlere. Kaldırım - parametrik olarak.

2.1.3.1. Parametrik ölçüm dönüştürücülerinin sıralı bağlantısı için şemalar

Bir parametrik ölçüm dönüştürücünün seri bağlantısı (Şekil 2.4):

Pirinç. 2.4. Bir parametrik güç kaynağının sıralı bağlantısı.

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"> - mevcut hassasiyet;

- voltaj hassasiyeti;

Güç hassasiyeti;

Pirinç. 2.5. Seri bağlı bir güç kaynağının çıkış özellikleri:

a – gerçek; b-ideal.

İki parametrik ölçüm dönüştürücünün seri bağlantısı (Şekil 2.6).

Şekil 2.6. İki parametrik güç kaynağının sıralı bağlantısı.

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

Elektriksel ölçüm cihazları, elektriksel olmayan büyüklüklerin ölçülmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu, özel dönüştürücülerin (Dönüştürücüler) kullanılması sayesinde mümkün oldu.

Bu tür dönüştürücülerin çıkış sinyalleri, giriş sinyali ile işlevsel bir ilişki ile ilişkili devre parametreleri veya EMF (yük) biçiminde iletilir. Bunlardan ilkine parametrik, ikincisine ise jeneratör denir.

Parametrik dönüştürücülerden en yaygın kullanılanları reostat, gerilime duyarlı, sıcaklığa duyarlı, elektrolitik, iyonizasyon, endüktif ve kapasitif cihazlardır.

Reostat dönüştürücülerÜzerine bir iletkenin sarıldığı ve dönüşler boyunca hareket eden bir fırçanın bulunduğu yalıtımlı bir çerçevedir. Çıkış parametreleri devre direncidir.

Ölçülen Pr miktarı, fırçanın düz bir çizgide veya bir dairede hareketi olabilir. Algılama sistemini geliştiren Pr, kaydırıcının etkisi altında hareket edeceği basıncı veya kütleyi belirlemek için kullanılabilir.

Reosta sargısı için, direnci dış etkenlere (sıcaklık, basınç, nem vb.) çok az bağlı olan malzemeler kullanılır. Bu tür malzemeler nikrom, fekral, konstantan veya manganin olabilir. Çekirdeğin şeklini ve kesitini değiştirerek (bir dönüşün uzunluğu da buna göre değişir), devre direncinin kaydırıcının hareketine doğrusal olmayan bir bağımlılığını elde etmek mümkündür.

Reostatik dönüştürücülerin avantajı tasarımlarının basitliğidir. Ancak çıkış direncinin bir dönüşte değişmesi durumunda hareketi doğru bir şekilde belirlemek mümkün değildir. Bu, bu tür Prs'lerin ana dezavantajıdır ve hatalarını karakterize eder.

Gerilime duyarlı dönüştürücüler (TCTr). Çalışmaları, basınç veya mekanik deformasyonun etkisi altında iletkenin aktif direncindeki bir değişikliğe dayanmaktadır. Bu olaya gerinim etkisi denir.

TCPR için giriş sinyali, ekipman parçalarının, metal yapıların gerilmesi, sıkıştırılması veya başka türde deformasyonu olabilir, çıkış sinyali, dönüştürücünün direncindeki bir değişikliktir.

Gerilime duyarlı teller, kağıt veya filmden yapılmış ince bir alt tabaka ve üzerine yapıştırılmış çok küçük kesitli bir teldir. Algılama elemanı olarak genellikle 0,02-0,05 mm çapında, sıcaklıktan bağımsız direnci olan konstantan tel kullanılır. Folyo TCPR ve film gerinim ölçerler de kullanılır.

PM dönüştürücü, parçanın doğrusal genleşme ekseni PM'nin uzunlamasına ekseni ile çakışacak şekilde, ölçülen parça üzerine yapıştırılır. Ölçülen nesne genişlediğinde TCP'nin uzunluğu artar ve buna bağlı olarak direnci değişir.

Bu tür cihazların avantajı doğrusallık, tasarım ve kurulumun basitliğidir. Dezavantajları arasında düşük hassasiyet bulunur.

Isıya duyarlı dönüştürücüler (TPr). Bu tür cihazların ana elemanları termistörler, termal diyotlar, termal transistörler vb.'dir. Termoelement, devre akımının içinden geçeceği ve ölçülen elemanın sıcaklığının etkileneceği şekilde elektrik devresine dahil edilir.

Onların yardımıyla elemanın bulunduğu ortamın sıcaklığı, viskozitesi, ısıl iletkenliği, hareket hızı ve diğer parametreleri ölçülebilir.

Platin termistörler -260°C ila +1100°C sıcaklık aralığındaki ölçümler için kullanılır; bakır termistörler -200°C ila +200°C sıcaklık aralığında kullanılır. -80°C ila +150°C sıcaklık aralığında, özel hassasiyetin gerekli olduğu durumlarda termal diyotlar ve termotransistörler kullanılır.

Çalışma moduna göre TRPr aşırı ısınma ve ön ısıtmasız olarak ikiye ayrılır. Ön ısıtması olmayan cihazlar, içlerinden akan akım ısınmalarını etkilemediğinden yalnızca ortamın sıcaklığını ölçmek için kullanılır. Ortamın sıcaklığı, elemanın direnci ile oldukça doğru bir şekilde belirlenir.

Başka tip termal dönüştürücülerin çalışma modu, bunların belirli bir değere ısıtılmasıyla ilişkilidir. Daha sonra ölçülen ortama yerleştirilerek direncindeki değişim izlenir.

Dirençteki değişim oranına göre, ne kadar yoğun bir soğutma veya ısınmanın meydana geldiği değerlendirilebilir; bu, ölçülen maddenin hareket hızının, viskozitesinin ve diğer parametrelerin belirlenebileceği anlamına gelir.

Yarı iletken TPR'ler termistörlerden daha hassastır, bu nedenle hassas ölçümler alanında kullanılırlar. Ancak bunların önemli dezavantajları dar sıcaklık aralığı ve cihazın statik özelliklerinin zayıf tekrarlanabilirliğidir.

Elektrolitik dönüştürücüler (ELC). Çözeltilerin elektriksel iletkenliği önemli ölçüde içlerindeki tuz konsantrasyonunun derecesine bağlı olduğundan, çözeltilerin konsantrasyonunu belirlemek için kullanılırlar.

ELP'ler iki elektrotlu bir kaptır. Elektrotlara voltaj uygulanarak elektrolit tabakası boyunca elektrik devresi tamamlanır. Bu tür dönüştürücüler alternatif akımda kullanılır, çünkü doğru akımın etkisi altında elektrolit pozitif ve negatif iyonlara ayrışır ve bu da ölçümlerde hataya neden olur.

ELP'nin diğer bir dezavantajı, elektrolitin iletkenliğinin sıcaklığa bağlı olmasıdır, bu da kişiyi soğutma veya ısıtma üniteleri kullanarak sabit bir sıcaklığı korumaya zorlar.

Endüktif ve kapasitif dönüştürücüler. Adından da anlaşılacağı gibi bu tür cihazların çıkış parametreleri endüktans ve kapasitanstır. Basit endüktif PR'lerin ölçülen değeri 10 ila 15 mm arasında bir yer değiştirme olabilir; açık çevrim sistemine sahip endüktif transformatör PR'leri için bu değer 100 mm'ye çıkarılabilir. Kapasitif Prs, 1 mm mertebesindeki hareketleri ölçmek için kullanılır.

Endüktif Prs, açık bir çekirdek üzerine yerleştirilmiş iki indüktördür. Bobinlerin karşılıklı endüktansı şu parametrelerden etkilenir: açık bölümün hava boşluğunun uzunluğu, hava boşluğunun kesit alanı, hava boşluğunun manyetik geçirgenliği.

Böylece bobinlerin karşılıklı endüktansı ölçülerek yukarıdaki parametrelerin ne kadar değiştiğini tespit etmek mümkündür. Ve dielektrik plaka hava boşluğunda hareket ettiğinde değişebilirler. Bu, endüktif pr'nin çalışma prensibinin temelidir.

Kapasitif PR'lerin çalışma prensibi, plakaların aktif alanı azaldığında, kapasitörün plakaları arasındaki mesafe değiştiğinde ve plakalar arası boşluğun dielektrik sabiti değiştiğinde kapasitörün kapasitansındaki bir değişikliğe dayanmaktadır.

Kapasitif dönüştürücüler giriş parametrelerindeki değişikliklere karşı daha yüksek hassasiyete sahiptir. Kapasitif Pr, milimetrenin binde biri kadar hareket ederken bile kapasitanstaki değişiklikleri kaydedebilir.

İyonizasyon dönüştürücüler. Cihazın çalışma prensibi, radyoaktif maddelerin α-, β- ve γ-radyasyonunu veya X ışınlarını iyonize edebilen iyonlaştırıcı radyasyonun etkisi altında gazın ve diğer ortamların iyonlaşması olgusuna dayanmaktadır.

Gaz içeren bir oda radyasyona maruz kalırsa, elektrotlardan bir elektrik akımı akacaktır. Bu akımın büyüklüğü gazın bileşimine, elektrotların boyutuna, elektrotlar arasındaki mesafeye ve uygulanan voltaja bağlı olacaktır.

Bilinen bir ortam bileşimine sahip bir devredeki elektrik akımını, elektrotlar arasındaki mesafeyi ve uygulanan voltajı ölçerek, elektrotların boyutunu veya tam tersi diğer parametreleri belirlemek mümkündür. Parçaların boyutlarını veya gaz bileşimlerini vb. ölçmek için kullanılırlar.

Prs'yi iyonize etmenin ana avantajı, agresif ortamlarda, yüksek basınç veya sıcaklık altında temassız ölçüm yapma olanağıdır. Bu tür bir pr'nin dezavantajı, personelin radyasyona maruz kalmaktan biyolojik olarak korunmasına duyulan ihtiyaçtır.

Direnç termometreleri. Direnç termometreleri, termokupllar gibi, gaz, katı ve sıvı cisimlerin sıcaklığının yanı sıra yüzey sıcaklığını ölçmek için tasarlanmıştır. Termometrelerin çalışma prensibi, metallerin ve yarı iletkenlerin elektrik dirençlerinin sıcaklıkla değişmesi özelliğinin kullanılmasına dayanmaktadır. Saf metallerden yapılmış iletkenler için –200 °C ila 0 °C sıcaklık aralığındaki bu bağımlılık şu şekildedir:

R t = R 0 ,

ve 0 °C ila 630 °C sıcaklık aralığında

R t = R 0 ,

Nerede R t , R 0 - sıcaklıkta iletken direnci T ve 0 °C; A, B, C - katsayılar; T- sıcaklık, °C.

0 °C ila 180 °C sıcaklık aralığında iletken direncinin sıcaklığa bağımlılığı yaklaşık formülle tanımlanır.

R t = R 0 ,

Nerede α - iletken malzemenin sıcaklık direnç katsayısı (TCR).

Saf metal iletkenler için α≈ 6-10 -3 ...4-10 -3 derece -1 .

Direnç termometresiyle sıcaklığın ölçülmesi, direncin ölçülmesine indirgenir Rt, s formüller veya kalibrasyon tabloları kullanılarak daha sonra sıcaklığa geçiş.

Tel ve yarı iletken dirençli termometreler vardır. Tel dirençli termometre, koruyucu bir bağlantı parçasına yerleştirilmiş, sıcaklığa dayanıklı malzemeden (hassas eleman) yapılmış bir çerçeve üzerine monte edilmiş, saf metalden yapılmış ince bir teldir (Şekil 5.4).

Pirinç. 5.4. Direnç termometresi algılama elemanı

Hassas elemanın kabloları termometre kafasına bağlanır. Direnç termometrelerinin üretimi için alaşımlar yerine saf metallerden yapılmış tellerin seçimi, saf metallerin TCR'sinin alaşımların TCR'sinden daha büyük olmasından ve dolayısıyla saf metallere dayalı termometrelerin daha hassas olmasından kaynaklanmaktadır.

Endüstri platin, nikel ve bakır dirençli termometreler üretmektedir. Termometrelerin değiştirilebilirliğini ve tekdüze kalibrasyonunu sağlamak için direnç değerleri standartlaştırılmıştır. R0 ve TKS.

Yarı iletken dirençli termometreler (termistörler), bir ölçüm devresine bağlantı için uçları olan, yarı iletken malzemeden yapılmış boncuklar, diskler veya çubuklardır.

Endüstri, çeşitli tasarımlarda birçok türde termistörün seri üretimini yapmaktadır.

Termistörlerin boyutları genellikle küçüktür - yaklaşık birkaç milimetre ve bazı türleri milimetrenin onda biri kadardır. Mekanik hasarlara ve çevresel etkilere karşı koruma sağlamak için termistörler, metal kapakların yanı sıra cam veya emaye kaplamalarla korunur.

Termistörler genellikle birkaç ila yüzlerce kiloohm arasında bir dirence sahiptir; çalışma sıcaklığı aralığındaki TCR'leri tel termometrelerinkinden daha büyük bir mertebedir. Termistörlerin çalışma sıvısı için malzemeler olarak, bir bağlayıcı ile karıştırılan, gerekli şekli verilen ve yüksek sıcaklıklarda sinterlenen nikel, manganez, bakır ve kobalt oksit karışımları kullanılır. Termistörler -100 ila 300°C aralığındaki sıcaklıkları ölçmek için kullanılır. Termistörlerin ataleti nispeten küçüktür. Dezavantajları arasında direncin sıcaklığa bağımlılığının doğrusal olmaması, nominal direncin ve TCR'nin geniş yayılmasından dolayı birbirinin yerine kullanılamamasının yanı sıra zaman içinde dirençte geri dönüşü olmayan bir değişiklik yer alır.

Mutlak sıfıra yakın sıcaklık aralığındaki ölçümler için germanyum yarı iletken termometreler kullanılır.

Termometrelerin elektriksel direnci DC ve AC köprüler veya kompansatörler kullanılarak ölçülür. Termometrik ölçümlerin bir özelliği, termometrenin çalışma sıvısının ısınmasını önlemek için ölçüm akımının sınırlandırılmasıdır. Tel dirençli termometreler için, termometrenin harcadığı gücün 20 ... 50 mW'ı geçmeyeceği şekilde bir ölçüm akımı seçilmesi önerilir. Termistörlerde izin verilen güç kaybı çok daha azdır ve bunun her bir termistör için deneysel olarak belirlenmesi önerilir.

Gerinime duyarlı dönüştürücüler (gerinim ölçerler). Tasarım pratiğinde genellikle yapısal elemanlardaki mekanik gerilimleri ve deformasyonları ölçmek gerekir. Bu büyüklüklerin elektrik sinyaline en yaygın dönüştürücüleri gerinim ölçerlerdir. Gerinim ölçerlerin çalışması, metallerin ve yarı iletkenlerin, kendilerine uygulanan kuvvetlerin etkisi altında elektrik dirençlerini değiştirme özelliğine dayanmaktadır. En basit gerinim ölçer, deforme olabilen bir parçanın yüzeyine sıkı bir şekilde bağlanmış bir tel parçası olabilir. Parçanın gerilmesi veya sıkıştırılması, telin orantılı olarak gerilmesine veya sıkışmasına neden olur ve bunun sonucunda elektrik direnci değişir. Elastik deformasyon sınırları dahilinde, telin direncindeki bağıl değişiklik, telin bağıl uzamasıyla orantılıdır.

ΔR/R=K Τ Δl/l,

Nerede ben, R - telin başlangıç uzunluğu ve direnci; Δl, ΔR - uzunluk ve direnç artışı; KT- gerinim duyarlılığı katsayısı.

Gerinim ölçer katsayısının değeri, gerinim ölçerin yapıldığı malzemenin özelliklerine ve ayrıca gerinim ölçerin ürüne bağlanma yöntemine bağlıdır. Çeşitli metallerden metal teller için KT= 1... 3,5.

Tel ve yarı iletken gerinim ölçerler vardır. Tel gerinim ölçerlerin üretimi için, yeterince yüksek bir gerilme hassasiyeti katsayısına ve düşük bir sıcaklık direnç katsayısına sahip malzemeler kullanılır. Tel gerinim ölçerlerin üretiminde en yaygın kullanılan malzeme, 20 ... 30 mikron çapında konstantan teldir.

Yapısal olarak tel gerinim ölçerler, ince bir kağıt (veya başka) alt tabakaya yapıştırılmış birkaç tel halkasından oluşan bir ızgaradır (Şekil 5.5). Alt katman malzemesine bağlı olarak gerinim ölçerler -40 ila +400 °C arasındaki sıcaklıklarda çalışabilir.

Pirinç. 5.5. Gerinim ölçer

Çimento kullanılarak parçaların yüzeyine tutturulan, 800 °C'ye kadar sıcaklıklarda çalışabilen gerinim ölçer tasarımları mevcuttur.

Gerinim ölçerlerin ana özellikleri nominal dirençtir R, temel ben ve gerinim faktörü KT. Endüstri, taban boyutları 5 ila 30 mm arasında olan çok çeşitli gerinim ölçerler üretmektedir , 2±0,2 gerinim hassasiyet katsayısı ile 50 ila 2000 Ohm arası nominal dirençler.

Tel gerinim ölçerlerin daha da geliştirilmiş hali, hassas elemanı vernik bazlı alt tabakalara uygulanan folyo şeritlerden veya ince bir metal filmden oluşan bir ızgara olan folyo ve film gerinim ölçerlerdir.

Gerinim ölçerler yarı iletken malzemeler temelinde yapılır. Gerinim etkisi en güçlü şekilde germanyum, silikon vb.'de ifade edilir. Yarı iletken gerinim ölçerler ile tel gerinim ölçerler arasındaki temel fark, gerinim duyarlılığı katsayısının büyük değerine bağlı olarak deformasyon sırasında dirençteki büyük (%50'ye kadar) değişikliktir.

Endüktif dönüştürücüler. Endüktif transdüserler yüzeylerin yer değiştirmelerini, boyutlarını, şekil ve konumlarındaki sapmaları ölçmek için kullanılır. Dönüştürücü, manyetik çekirdekli sabit bir indüktörden ve aynı zamanda manyetik çekirdeğin bir parçası olan, indüktöre göre hareket eden bir armatürden oluşur. Mümkün olan en yüksek endüktansı elde etmek için bobinin ve armatürün manyetik devresi ferromanyetik malzemelerden yapılmıştır. Armatür hareket ettiğinde (örneğin bir ölçüm cihazının sondasına bağlandığında), bobinin endüktansı değişir ve sonuç olarak sarımda akan akım değişir. İncirde. Şekil 5.6, değişken hava boşluğu d'ye sahip endüktif dönüştürücülerin diyagramlarını göstermektedir (Şekil 5.6) A) 0,01...10 mm aralığında yer değiştirmeyi ölçmek için kullanılır; değişken hava boşluğu alanı S δ ile (Şekil 5.6 B), 5 ... 20 mm aralığında kullanılır.

Pirinç. 5.6. Endüktif yer değiştirme dönüştürücüleri

5.2. Operasyonel yükselteçler

İşlemsel yükselteç (op-amp), çok yüksek kazançlı bir DC diferansiyel yükselticidir. Bir voltaj amplifikatörü için transfer fonksiyonu (kazanç) şu şekilde verilir:

Tasarım hesaplamalarını basitleştirmek için ideal bir op-amp'in aşağıdaki özelliklere sahip olduğu varsayılmaktadır.

1. Geri besleme döngüsü açıkken kazanç sonsuzdur.

2. Giriş direnci Rd sonsuzdur.

3. Çıkış direnci R 0 = 0.

4. Bant genişliği sonsuzdur.

5. V 1 = V 2'de V 0 = 0 (sıfır ofset gerilimi yok).

Son özellik çok önemlidir. V 1 -V 2 = V 0 / A olduğundan, eğer V 0 sonlu bir değere sahipse ve A katsayısı sonsuz derecede büyükse (tipik değer 100000), elimizdeki

V 1 - V 2 = 0 ve V 1 = V 2.

Diferansiyel sinyal için giriş direnci (V 1 - V 2) olduğundan

aynı zamanda çok büyükse, Rd'den geçen akım ihmal edilebilir.Bu iki varsayım, op-amp devrelerinin tasarımını önemli ölçüde basitleştirir.

Kural 1. Op-amp doğrusal bölgede çalıştığında, iki girişine aynı voltajlar etki eder.

Kural 2. Her iki op-amp girişi için giriş akımları sıfırdır.

Op-amp'in temel devre bloklarına bakalım. Bu devrelerin çoğu op amp'i kapalı döngü konfigürasyonunda kullanır.

5.2.1. Birlik kazanç yükselticisi

(voltaj takipçisi)

Evirici olmayan bir amplifikatörde R i'yi sonsuza ve R f'yi sıfıra eşitlersek, o zaman Şekil 2'de gösterilen devreye ulaşacağız. 5.7.

Kural 1'e göre, op-amp'in evirici girişi aynı zamanda doğrudan devrenin çıkışına iletilen bir giriş voltajına da sahiptir. Bu nedenle, V 0 = Vi ve çıkış voltajı giriş voltajını izler (tekrarlar). Birçok analog-dijital dönüştürücü için giriş empedansı, analog giriş sinyalinin değerine bağlıdır. Bir voltaj takipçisi kullanılarak sabit bir giriş direnci sağlanır.

5.2.2. Ekleyiciler

Bir evirici amplifikatör birden fazla giriş voltajını toplayabilir. Toplayıcının her girişi, bir tartım direnci aracılığıyla op-amp'in evirici girişine bağlanır. Tüm giriş akımları ve geri besleme akımı burada toplandığından, evirici girişe toplama düğümü adı verilir. Bir toplama amplifikatörünün temel devre şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. 5.8.

Geleneksel bir evirici amplifikatörde olduğu gibi, evirici girişindeki voltaj sıfır olmalıdır ve bu nedenle op-amp'e akan akım da sıfır olmalıdır. Böylece,

ben f = ben 1 + ben 2 + . . . + ben n

Ters çevirme girişinde sıfır voltaj olduğundan, uygun ikamelerden sonra şunu elde ederiz:

V 0 = -Rf ( +... + ).

Direnç Rf devrenin genel kazancını belirler. Dirençler R 1, R 2, . . . R n, karşılık gelen kanalların ağırlık katsayılarının ve giriş dirençlerinin değerlerini ayarlar.

5.2.3. Entegratörler

Bir entegratör, giriş sinyalinin integraliyle (zaman içinde) orantılı bir çıkış sinyali üreten bir elektronik devredir.

İncirde. Şekil 5.9 basit bir analog entegratörün şematik diyagramını göstermektedir Entegratörün bir terminali toplama düğümüne, diğeri ise entegratörün çıkışına bağlanmıştır. Bu nedenle kapasitör üzerindeki voltaj aynı zamanda çıkış voltajıdır. Entegratörün çıkış sinyali basit bir cebirsel ilişki ile tanımlanamaz, çünkü sabit bir giriş voltajıyla çıkış voltajı Vi, R ve C parametreleri tarafından belirlenen bir oranda değişir. Böylece çıkış voltajını bulmak için, Giriş sinyalinin süresini bilmeniz gerekir. Başlangıçta boşalmış bir kapasitördeki voltaj

burada i f – kapasitör aracılığıyla ve t i – entegrasyon süresi. Olumlu bir şey için

Vi elimizde i i = V i /R var. i f = i i olduğundan, elde ettiğimiz sinyal ters çevrilmesini hesaba katarız

Bu ilişkiden V 0'ın, 0 ila t 1 aralığındaki giriş voltajının integralinin (ters işaretli) ölçek faktörü 1/RC ile çarpılmasıyla belirlendiği sonucu çıkar. Gerilim Vic, başlangıç zamanında (t = 0) kapasitör üzerindeki gerilimdir.

5.2.4. Farklılaştırıcılar

Farklılaştırıcı, giriş sinyalinin zaman içindeki değişim hızıyla orantılı bir çıkış sinyali üretir. İncirde. Şekil 5.10 basit bir farklılaştırıcının şematik diyagramını göstermektedir.

Bir kapasitörden geçen akım.

Türev pozitifse, akım i i, negatif bir çıkış voltajı V0 oluşacak şekilde akar.

Böylece,

Bu sinyal farklılaştırma yöntemi basit görünebilir, ancak pratik uygulaması, yüksek frekanslarda devrenin stabilitesinin sağlanmasında sorunlar doğurur. Her op-amp, bir farklılaştırıcıda kullanıma uygun değildir. Seçim kriteri, op-amp'in performansıdır: çıkış voltajının maksimum dönüş hızı yüksek ve kazanç bant genişliği yüksek bir ürüne sahip bir op-amp seçmeniz gerekir. Alan etkili transistörlere dayalı yüksek hızlı op-amp'ler farklılaştırıcılarda iyi çalışır.

5.2.5. Karşılaştırıcılar

Karşılaştırıcı, iki giriş voltajını karşılaştıran ve girişlerin durumuna bağlı olarak bir çıkış sinyali üreten bir elektronik devredir. Karşılaştırıcının temel devre şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. 5.11.

Gördüğünüz gibi burada op-amp açık bir geri besleme döngüsüyle çalışıyor. Girişlerinden birine bir referans voltajı verilir ve diğerine bilinmeyen (karşılaştırılan) bir voltaj verilir. Karşılaştırıcının çıkışı, bilinmeyen giriş sinyalinin seviyesinin referans voltaj seviyesinin üstünde mi yoksa altında mı olduğunu gösterir. Şekil 5.11'deki devrede, referans voltajı Vr, evirmeyen girişe uygulanır ve bilinmeyen sinyal Vi, evirici girişe beslenir.

V i > V r olduğunda, karşılaştırıcının çıkışında voltaj V 0 = - Vr (negatif doyma voltajı) ayarlanır. Tersi durumda, V 0 = +V r elde ederiz.Girişleri değiştirebilirsiniz - bu, çıkış sinyalinin ters çevrilmesine yol açacaktır.

5.3. Ölçüm sinyallerinin değiştirilmesi

Bilgi ve ölçüm teknolojisinde, analog ölçüm dönüşümleri uygulanırken, gerekli geçici işlemi sağlamak, reaktif eleman tarafından depolanan enerjiyi dağıtmak için ölçüm devresinin iki veya daha fazla noktası arasında elektriksel bağlantıların yapılması sıklıkla gereklidir (örneğin, bir kondansatörü boşaltın), ölçüm devresinin güç kaynağını bağlayın, analog hücre hafızasını açın, örnekleme sırasında sürekli bir sürecin örneğini alın, vb. Buna ek olarak, birçok ölçüm cihazı, çok sayıda elektriksel veri üzerinde sıralı olarak ölçüm dönüşümleri gerçekleştirir. miktarlar uzayda dağıtılır. Yukarıdakileri uygulamak için ölçüm komütatörleri ve ölçüm anahtarları kullanılır.

Ölçüm anahtarı, uzamsal olarak ayrılmış analog sinyalleri zamanla ayrılmış sinyallere (veya tam tersi) dönüştüren bir cihazdır.

Analog sinyal ölçüm anahtarları aşağıdaki parametrelerle karakterize edilir:

anahtarlanan miktarların dinamik aralığı;

iletim katsayısı hatası;

hız (bir anahtarlama işlemini gerçekleştirmek için gereken anahtarlama frekansı veya süresi);

anahtarlanan sinyallerin sayısı;

Sınırlı sayıda anahtarlama (kontak ölçüm tuşlarına sahip anahtarlar için).

Komütatörde kullanılan ölçüm tuşlarının tipine bağlı olarak, kontaklı ve temassız anahtarlar.

Ölçüm anahtarı, akım-gerilim karakteristiğinin açıkça ifade edilen doğrusal olmayan özelliğine sahip iki terminalli bir ağdır. Bir anahtarın bir durumdan (kapalı) diğerine (açık) geçişi bir kontrol elemanı kullanılarak gerçekleştirilir.

5.4. Analogdan Dijitale Dönüşüm

Analogdan dijitale dönüşüm, ölçüm prosedürünün ayrılmaz bir parçasıdır. Gösterge aletlerinde bu işlem, deneyci tarafından sayısal bir sonucun okunmasına karşılık gelir. Dijital ve işlemci tabanlı ölçüm cihazlarında analogdan dijitale dönüşüm otomatik olarak gerçekleştirilir ve sonuç ya doğrudan ekrana gönderilir ya da daha sonraki ölçüm dönüşümlerini sayısal biçimde gerçekleştirmek için işlemciye girilir.

Ölçümlerde analogdan dijitale dönüşüm yöntemleri derinlemesine ve kapsamlı bir şekilde geliştirilmiştir ve zaman içinde sabit anlarda giriş etkisinin anlık değerlerini karşılık gelen kod kombinasyonu (sayı) ile temsil etmeye başlamıştır. Analogdan dijitale dönüşümün fiziksel temeli geçitleme ve sabit referans seviyeleriyle karşılaştırmadır. En yaygın kullanılan ADC'ler bit-bit kodlama, sıralı sayma, izleme dengeleme ve diğerleridir. Gelecek yıllarda ADC'lerin ve dijital ölçümlerin geliştirilmesindeki eğilimlerle ilişkili analogdan dijitale dönüştürme metodolojisi konuları arasında özellikle aşağıdakiler yer almaktadır:

Entegre teknolojinin gelişmesiyle birlikte giderek yaygınlaşan en hızlı eşleşen ADC'lerde okuma belirsizliğinin ortadan kaldırılması;

Yedekli Fibonacci sayı sistemine dayalı olarak hata toleransının sağlanması ve ADC'lerin metrolojik özelliklerinin iyileştirilmesi;

İstatistiksel test yönteminin analogdan dijitale dönüştürülmesi için uygulama.

5.4.1 Dijitalden analoğa ve analogdan dijitale dönüştürücüler

Dijitalden analoğa (DAC) ve analogdan dijitale dönüştürücüler (ADC), otomatik kontrol ve düzenleme sistemlerinin ayrılmaz bir parçasıdır. Ek olarak, ölçülen fiziksel büyüklüklerin büyük çoğunluğu analog olduğundan ve bunların işlenmesi, gösterilmesi ve kaydedilmesi kural olarak dijital yöntemlerle gerçekleştirildiğinden, DAC'ler ve ADC'ler otomatik ölçüm cihazlarında yaygın kullanım alanı bulmuştur. Bu nedenle, DAC'ler ve ADC'ler dijital ölçüm cihazlarının (voltmetreler, osiloskoplar, spektrum analizörleri, korelatörler vb.), programlanabilir güç kaynaklarının, katot ışın tüpü ekranlarının, çizicilerin, izleme elemanları ve mikro devreler için kurulumların radar sistemlerinin bir parçasıdır ve önemli bileşenlerdir. çeşitli dönüştürücüler ve jeneratörler, bilgisayar bilgi giriş/çıkış cihazları. Telemetri ve televizyonda DAC'lerin ve ADC'lerin kullanımına yönelik geniş umutlar açılıyor. Küçük boyutlu ve nispeten ucuz DAC ve ADC'lerin seri üretimi, bilim ve teknolojide ayrık sürekli dönüşüm yöntemlerinin daha da yaygın olarak kullanılmasına fırsat sağlayacaktır.

DAC'lerin ve ADC'lerin üç tür tasarımı ve teknolojik tasarımı vardır: modüler, hibrit ve entegre. Aynı zamanda, DAC ve ADC entegre devrelerinin (IC'ler) üretiminin toplam üretim hacmi içindeki payı sürekli artmaktadır ve bu, mikroişlemcilerin ve dijital veri işleme yöntemlerinin yaygın kullanımıyla büyük ölçüde kolaylaştırılmaktadır. DAC, giriş dijital sinyaliyle orantılı bir çıkış analog sinyali (voltaj veya akım) üreten bir cihazdır. Bu durumda çıkış sinyalinin değeri, çıkış sinyalinin tam ölçeğini belirleyen referans voltajı U op'un değerine bağlıdır. Referans voltajı olarak herhangi bir analog sinyal kullanırsanız, DAC'nin çıkış sinyali giriş dijitalinin çarpımı ile orantılı olacaktır ve analog Bir ADC'de, çıkıştaki dijital kod, dönüştürülen giriş analog sinyalinin tam ölçeğe karşılık gelen referans sinyaline oranıyla belirlenir. Bu ilişki, referans sinyalinin bazı yasalara göre değişmesi durumunda da geçerlidir. Bir ADC, dijital çıkışlı bir oran ölçer veya voltaj bölücü olarak düşünülebilir.

5.4.2. ADC'nin çalışma prensipleri, temel elemanları ve blok şemaları

Şu anda, çeşitli gereksinimleri karşılamak için çok sayıda ADC türü geliştirilmiştir. Bazı durumlarda, baskın gereksinim yüksek doğruluktur, diğerlerinde ise dönüşüm hızıdır.

Çalışma prensibine göre, mevcut tüm ADC türleri iki gruba ayrılabilir: giriş dönüştürülmüş sinyalin ayrı voltaj seviyeleriyle karşılaştırılmasıyla ADC'ler ve entegre tipte ADC'ler.

Ayrık voltaj seviyelerine dönüştürülen giriş sinyalini karşılaştıran bir ADC, esasen karşılık gelen dijital kodlara eşdeğer voltaj seviyeleri üreten bir dönüştürme işlemi kullanır ve giriş sinyalinin dijital eşdeğerini belirlemek için bu voltaj seviyelerini giriş voltajıyla karşılaştırır. Bu durumda gerilim seviyeleri eş zamanlı, sıralı veya birleşik şekilde oluşturulabilir.

Seri sayma ADC'si kademeli testere dişi voltajına sahip en basit dönüştürücülerden biridir (Şekil 5.12).

“Başlat” sinyali sayacı sıfır durumuna ayarlar, bundan sonra saat darbeleri girişine bir frekansla ulaştığında f t DAC'nin çıkış voltajı adımlarla doğrusal olarak artar.

U out voltajı U in değerine ulaştığında, karşılaştırma devresi sayaçtaki darbeleri saymayı durdurur ve ikincisinin çıkışlarından gelen kod hafıza kaydına girilir. Bu tür ADC'lerin bit derinliği ve çözünürlüğü, içinde kullanılan DAC'nin bit derinliği ve çözünürlüğüne göre belirlenir. Dönüşüm süresi dönüştürülen giriş voltajının seviyesine bağlıdır. Tam ölçekli değere karşılık gelen bir giriş voltajı için MF'nin doldurulması ve aynı zamanda DAC girişinde tam ölçekli bir kod üretmesi gerekir. Bu, n bitlik bir DAC için saat periyodunun (2 n - 1) katı kadar bir dönüşüm süresi gerektirir. Hızlı analogdan dijitale dönüşüm için bu tür ADC'lerin kullanımı pratik değildir.

İÇİNDE ADC'yi izleme(Şekil 5.13) değişen giriş voltajını izlemek için toplama sayacı bir ters sayaç RSch ile değiştirilir. CV'nin çıkış sinyali, ADC'nin giriş voltajının DAC'nin çıkış voltajını aşıp aşmamasına bağlı olarak sayma yönünü belirler.

Ölçümlere başlamadan önce RF frekansı, ölçeğin ortasına (01 ... 1) karşılık gelen duruma ayarlanır. İzleme ADC'sinin ilk dönüşüm döngüsü, seri sayma ADC'sindeki dönüşüm döngüsüne benzer. Gelecekte, bu ADC, giriş sinyalindeki küçük sapmaları birkaç saat periyodunda izlemeyi başardığından, RF frekans kontrol ünitesinde kaydedilen darbelerin sayısını, aralarındaki uyumsuzluğun işaretine bağlı olarak artırarak veya azaltarak, dönüşüm döngüleri önemli ölçüde azalır. dönüştürülen Uin voltajının mevcut değeri ve DAC'nin çıkış voltajı.

Ardışık yaklaşım ADC (bit düzeyinde dengeleme) Oldukça basit uygulamaları ve aynı zamanda yüksek çözünürlük, doğruluk ve hız sağlamaları nedeniyle en yaygın kullanım alanını bulmuşlardır; paralel dönüşüm yöntemini uygulayan ADC'lerle karşılaştırıldığında biraz daha düşük performansa sahiptirler ancak önemli ölçüde daha yüksek çözünürlüğe sahiptirler.

Performansı arttırmak için, kontrol cihazı olarak bir darbe dağıtıcısı ve ardışık bir yaklaşım kaydı kullanılır. Giriş voltajı, üretilen ikili kodun en anlamlı bitine karşılık gelen değerden başlayarak referans voltajıyla (DAC geri besleme voltajı) karşılaştırılır.

RI kullanarak ADC'yi başlatırken, RPP başlangıç durumuna ayarlanır:

1000. . .0. Bu durumda, DAC çıkışında dönüşüm aralığının yarısına karşılık gelen bir voltaj üretilir ve bu, en önemli bitinin açılmasıyla sağlanır. Giriş sinyali DAC'den gelen sinyalden küçükse, bir sonraki saat döngüsünde RPP kullanılarak DAC'nin dijital girişlerinde 0100 kodu üretilir. . 0, en önemli 2. basamağın dahil edilmesine karşılık gelir. Sonuç olarak DAC çıkış sinyali yarı yarıya azalır.

Giriş sinyali DAC'den gelen sinyali aşarsa, bir sonraki saat döngüsünde DAC'nin dijital girişlerinde 0110 ... 0 kodunun oluşumu ve ek bir 3. bitin eklenmesi sağlanır. Bu durumda DAC'nin bir buçuk kat artan çıkış voltajı tekrar giriş voltajı vb. ile karşılaştırılır. Açıklanan prosedür tekrarlanır. N kez (nerede N- ADC bitlerinin sayısı).

Sonuç olarak, DAC çıkışında, girişten DAC'nin en az önemli basamağının bir biriminden fazla farklılık göstermeyen bir voltaj üretilecektir. Dönüşümün sonucu RPP çıktısından alınır.

Bu şemanın avantajı, çok bitli (12 bit ve daha yüksek) nispeten yüksek hızlı dönüştürücüler (birkaç yüz nanosaniye mertebesinde dönüşüm süresiyle) oluşturma yeteneğidir.

ADC'de doğrudan okuma (paralel tip)(Şekil 5.15) giriş sinyali aynı anda tüm voltaj transformatörlerinin girişlerine uygulanır, sayı M ADC bit kapasitesi tarafından belirlenir ve m = 2 n - 1'e eşittir; burada n, ADC bitlerinin sayısıdır. Her CV'de sinyal, belirli bir deşarjın ağırlığına karşılık gelen bir referans voltajıyla karşılaştırılır ve referans voltajından beslenen direnç bölücünün düğümlerinden çıkarılır.

CV'nin çıkış sinyalleri, giriş voltajının dijital eşdeğeri olan paralel bir kod üreten mantıksal bir kod çözücü tarafından işlenir. Bu tür ADC'ler en yüksek performansa sahiptir. Bu tür ADC'lerin dezavantajı, bit derinliği arttıkça gerekli eleman sayısının pratik olarak iki katına çıkmasıdır, bu da bu türden çok bitli ADC'lerin oluşturulmasını zorlaştırır. Dönüşüm doğruluğu, voltaj dönüştürücünün ve direnç bölücünün doğruluğu ve kararlılığı ile sınırlıdır. Yüksek hızda bit derinliğini arttırmak için, çıkış kodunun düşük dereceli bitlerinin DS'nin ikinci aşamasının çıkışlarından çıkarıldığı ve en önemli bitlerin çıkışlardan çıkarıldığı iki aşamalı ADC'ler uygulanır. İlk aşamadaki DS'nin.

Darbe genişliği modülasyonlu ADC (tek çevrimli entegrasyon)

ADC, Uin giriş analog sinyalinin seviyesinin bir darbeye dönüştürülmesi, t darbesinin süresi giriş sinyalinin değerinin bir fonksiyonu olması ve periyotların sayısı sayılarak dijital forma dönüştürülmesiyle karakterize edilir. darbenin başlangıcı ve sonu arasına uyan referans frekansının. Entegratörün çıkış voltajı, bağlantının etkisi altında

girişine uygulanan U op hız ile sıfır seviyesinden değişir

Entegratörün çıkış voltajı Uin giriş voltajına eşit olduğu anda, CV tetiklenir, bunun sonucunda darbe süresinin oluşumu sona erer, bu sırada referans frekansının periyotlarının sayısı hesaplanır. ADC sayaçları. Darbe süresi, U out voltajının sıfır seviyesinden U in'e değiştiği süre ile belirlenir:

Bu dönüştürücünün avantajı basitliği, dezavantajları ise nispeten düşük hızı ve düşük doğruluğudur.

1. Cihaz nedir, çalışma prensibi ve uygulaması:

a) fotoelektrik dönüştürücüler;

Fotoelektrik dönüştürücüler, dönüştürücüye gelen ışık akısına bağlı olarak çıkış sinyalinin değiştiği dönüştürücülerdir. Fotoelektrik dönüştürücüler veya ileride adlandıracağımız isimle fotoseller üç türe ayrılır:

1) harici foto efektli fotoseller

Bunlar, iç yüzeyine bir katot oluşturan ışığa duyarlı bir malzeme tabakasının uygulandığı vakum veya gazla doldurulmuş küresel cam silindirlerdir. Anot, nikel telden yapılmış bir halka veya ağ şeklinde yapılır. Karanlık durumda, termiyonik emisyon ve elektrotlar arasındaki sızıntının bir sonucu olarak fotoselden karanlık bir akım geçer. Aydınlatıldığında, ışık fotonlarının etkisi altındaki fotokatot elektronları taklit eder. Anot ve katot arasına voltaj uygulandığında bu elektronlar bir elektrik akımı oluşturur. Bir elektrik devresine bağlı fotoselin aydınlatması değiştiğinde, bu devredeki fotoakım da buna bağlı olarak değişir.

2) dahili foto efektli fotoseller

Bunlar, örneğin kadmiyum selenitten yapılmış, ışık akısının etkisi altında direncini değiştiren kontaklara sahip homojen bir yarı iletken levhadır. Dahili fotoelektrik etki, maddenin içinde serbest kalan atomların elektron yörüngelerinden ışık kuantumunun çıkardığı serbest elektronların ortaya çıkmasından oluşur. Yarı iletken gibi bir malzemede serbest elektronların ortaya çıkması, elektrik direncinin azalmasına eşdeğerdir. Fotodirençler yüksek hassasiyete ve doğrusal bir akım-gerilim karakteristiğine (volt-amper karakteristiği) sahiptir; dirençleri uygulanan voltaja bağlı değildir.

3) fotovoltaik dönüştürücüler.

Bu dönüştürücüler, bariyer katmanındaki fotoelektrik etkiler nedeniyle ışığı emerken serbest elektronlar ve emk oluşturan aktif ışığa duyarlı yarı iletkenlerdir.

Bir fotodiyot (PD) iki modda çalışabilir - fotodiyot ve jeneratör (valf). Bir fototransistör, içinde bir fotodiyotun ve bir fotoakım amplifikatörünün birleştirildiği, iki veya daha fazla p-bağlantısına sahip, radyant enerjinin yarı iletken bir alıcısıdır.

Fotodiyotlar gibi fototransistörler de ışık sinyallerini elektrik sinyallerine dönüştürmek için kullanılır.

b) kapasitif dönüştürücüler;

Kapasitif bir dönüştürücü, ölçülen elektriksel olmayan miktarın etkisi altında kapasitansı değişen bir kapasitördür. Düz bir kapasitör, kapasitif bir dönüştürücü olarak yaygın olarak kullanılır; kapasitansı C = e0eS/5 formülüyle ifade edilebilir; burada e0, havanın dielektrik sabitidir (e0 = 8,85 · 10"12F/m; e, bağıl dielektriktir) kapasitörün plakaları arasındaki ortamın sabiti; S-astar alanı; 5-astarlar arasındaki mesafe)

Ölçülen elektriksel olmayan miktar işlevsel olarak bu parametrelerden herhangi biriyle ilişkilendirilebildiğinden, kapasitif dönüştürücülerin tasarımı uygulamaya bağlı olarak çok farklı olabilir. Sıvı ve granüler cisimlerin seviyelerini ölçmek için silindirik veya düz kapasitörler kullanılır; küçük yer değiştirmeleri, hızla değişen kuvvetleri ve basınçları ölçmek için - plakalar arasında değişken bir boşluğa sahip diferansiyel kapasitif transdüserler. Çeşitli elektrik dışı miktarları ölçmek için kapasitif dönüştürücüler kullanma ilkesini ele alalım.

c) termal dönüştürücüler;

Termal dönüştürücü, çevre ile ısı alışverişinde bulunan, yüksek sıcaklık katsayısına sahip, akıma sahip bir iletken veya yarı iletkendir. Isı değişiminin birkaç yolu vardır: konveksiyon; ortamın termal iletkenliği; iletkenin kendisinin termal iletkenliği; radyasyon.

İletken ile çevre arasındaki ısı alışverişinin yoğunluğu aşağıdaki faktörlere bağlıdır: gaz veya sıvı ortamın hızı; ortamın fiziksel özellikleri (yoğunluk, termal iletkenlik, viskozite); ortam sıcaklığı; iletkenin geometrik boyutları. İletkenin sıcaklığının ve dolayısıyla direncinin listelenen faktörlere bağımlılığı

Bir gaz veya sıvı ortamı karakterize eden çeşitli elektriksel olmayan miktarları ölçmek için kullanılır: sıcaklık, hız, konsantrasyon, yoğunluk (vakum).

d) iyonizasyon dönüştürücüleri;

İyonizasyon dönüştürücüleri, ölçülen elektriksel olmayan miktarın işlevsel olarak gazlı ortamın elektronik ve iyonik iletkenlik akımıyla ilişkili olduğu dönüştürücülerdir. İyonizasyon dönüştürücülerinde elektronların ve iyonların akışı, gazlı bir ortamın bir veya başka bir iyonlaştırıcı maddenin etkisi altında iyonlaştırılmasıyla veya termiyonik emisyonla veya gazlı bir ortamın moleküllerinin elektronlarla vb. bombardıman edilmesiyle elde edilir.

Herhangi bir iyonizasyon dönüştürücünün zorunlu unsurları bir kaynak ve bir radyasyon alıcısıdır.

e) reostatik dönüştürücüler;

Bir reostat dönüştürücü, motoru ölçülen elektriksel olmayan miktarın etkisi altında hareket eden bir reostattır. Yalıtım malzemesinden yapılmış bir çerçeve üzerine düzgün bir adımla bir tel sarılır. Çerçevenin üst kenarındaki tel izolasyonu temizlenir ve bir fırça metal boyunca kaydırılır. İlave fırça, kayma halkası boyunca kayar. Her iki fırça da tahrik silindirinden izole edilmiştir. Reostatik dönüştürücüler hem bir çerçeveye sarılmış tel ile hem de reokord tipinde yapılır. Tel malzemesi olarak nikrom, manganin, konstantan vb. Kullanılır.Kritik durumlarda, temas yüzeylerinin aşınma direnci gereksinimleri çok yüksek olduğunda veya temas basınçları çok düşük olduğunda, iridyum, paladyum vb. ile platin alaşımları kullanılır. . Bitişik dönüşleri birbirinden izole etmek için reostat teli emaye veya bir oksit tabakası ile kaplanmalıdır. Motorlar, 0,003...0,005 N temas basıncına sahip iki veya üç telden (iridyumlu platin) veya 0,05...0,1 N kuvvete sahip plaka tipinden (gümüş, fosfor bronz) yapılır. sarılı tel cilalanır; Temas yüzeyinin genişliği iki ila üç tel çapına eşittir. Reostatik dönüştürücünün çerçevesi, yalıtım verniği veya oksit film ile kaplanmış tektolit, plastik veya alüminyumdan yapılmıştır. Çerçevelerin şekilleri çeşitlidir. Reostatik dönüştürücülerin reaktansı çok küçüktür ve genellikle ses aralığındaki frekanslarda ihmal edilebilir.

Reostatik dönüştürücüler, sınırlı bir frekans aralığıyla titreşim ivmelerini ve titreşim yer değiştirmelerini ölçmek için kullanılabilir.

f) gerinim ölçer dönüştürücüleri;

Gerinim ölçer dönüştürücü (gerinim ölçer), çekme veya sıkıştırma deformasyonuna maruz kaldığında direncini değiştiren bir iletkendir. İletkenin uzunluğu I ve kesit alanı S deformasyona bağlı olarak değişir. Kristal kafesteki bu deformasyonlar iletken p'nin direncinde bir değişikliğe ve dolayısıyla toplam dirençte bir değişikliğe yol açar.

Uygulama: yol, ivme, kuvvet, bükülme veya tork, gaz veya sıvı basıncı gibi yardımcı elastik elemanın (yay) deformasyonuyla orantılı olan diğer statik ve dinamik mekanik büyüklüklerin yanı sıra deformasyonların ve mekanik gerilimlerin ölçülmesi için, vesaire. Ölçülen bu miktarlardan, örneğin kütle (ağırlık), tankların doluluk derecesi vb. gibi türetilmiş büyüklükler belirlenebilir. Kağıt bazlı tel gerinim ölçerlerin yanı sıra folyo ve film olanlar da %0,005...0,02 ila 1,5...2 arasındaki bağıl gerinimleri ölçmek için kullanılır. Gevşek tel gerinim ölçerler %6...10'a kadar gerinimleri ölçmek için kullanılabilir. Gerinim ölçerler pratik olarak ataletsizdir ve 0... 100 kHz frekans aralığında kullanılır.

g) endüktif dönüştürücüler;

Endüktif ölçüm transdüserleri konumu (yer değiştirmeyi) elektrik sinyaline dönüştürmek için tasarlanmıştır. Makine ve enstrüman mühendisliğinde doğrusal boyutların ölçülmesinin otomasyon problemlerini çözmek için en kompakt, gürültüye dayanıklı, güvenilir ve ekonomik ölçüm transdüserleridir.

Endüktif dönüştürücü, ön ucunda bir ölçüm ucunun bulunduğu ve arka ucunda bir armatürün bulunduğu döner kılavuzların üzerine bir milin yerleştirildiği bir mahfazadan oluşur. Kılavuz, lastik bir manşetle dış etkenlerden korunmaktadır. Mile bağlanan armatür, gövdeye sabitlenen bobinin içinde bulunur. Buna karşılık, bobin sargıları mahfazaya sabitlenmiş bir kabloya elektriksel olarak bağlanır ve konik bir yay ile bükülmelerden korunur. Kablonun serbest ucunda dönüştürücüyü ikincil bir cihaza bağlamak için kullanılan bir konektör bulunur. Gövde ve mil sertleştirilmiş paslanmaz çelikten yapılmıştır. Endüviyi mile bağlayan adaptör bir titanyum alaşımından oluşur. Ölçme kuvvetini oluşturan yay ortalanmıştır, bu da iş mili hareket ederken sürtünmeyi ortadan kaldırır. Dönüştürücünün bu tasarımı, rastgele hatanın ve okuma değişiminin 0,1 mikronun altına düşürülmesini sağlar.

Endüktif transdüserler esas olarak doğrusal ve açısal yer değiştirmeleri ölçmek için yaygın olarak kullanılır.

h) manyetoelastik dönüştürücüler;

Manyetoelastik dönüştürücüler bir tür elektromanyetik dönüştürücüdür. Bunlar, ferromanyetik cisimler üzerindeki mekanik kuvvetlerin (gerilme, sıkıştırma, bükme, bükme) etkisiyle ilişkili olarak, içlerinde ortaya çıkan mekanik gerilimlere (σ) bağlı olarak, ferromanyetik cisimlerin manyetik geçirgenliği μ'deki değişiklikler olgusuna dayanır. Ferromanyetik çekirdeğin manyetik geçirgenliğindeki bir değişiklik, çekirdeğin RM manyetik direncinde bir değişikliğe neden olur. RM'deki bir değişiklik, çekirdek üzerinde bulunan L bobininin endüktansında bir değişikliğe yol açar. Böylece manyetoelastik dönüştürücüde aşağıdaki dönüşüm zincirine sahibiz:

Р -> σ -> μ -> Rм -> L.

Manyetoelastik dönüştürücüler iki sargıya (transformatör tipi) sahip olabilir. Manyetik geçirgenlikteki bir değişiklik nedeniyle kuvvetin etkisi altında, sargılar arasındaki karşılıklı endüktans M ve ikincil sargı E'nin indüklenen emf'si değişir.Bu durumda dönüşüm devresi şu şekildedir:

P -> σ -> μ -> Rm -> M -> E.

Ferromanyetik malzemelerin manyetik özelliklerinin mekanik deformasyonların etkisi altında değiştirilmesinin etkisine manyetoelastik etki denir.

Manyetoelastik dönüştürücüler kullanılır:

Basıncı doğrudan algıladıkları ve ek transdüser gerektirmedikleri için yüksek basınçları (10 N/mm2 veya 100 kg/cm2'den fazla) ölçmek için;

Gücü ölçmek için. Bu durumda cihazın ölçüm limiti manyetoelastik dönüştürücünün alanına göre belirlenir. Bu dönüştürücüler kuvvetin etkisi altında çok az deforme olurlar. Evet ne zaman ben= 50 mm, △ ben < 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) elektrolitik direnç dönüştürücüler;

Elektrolitik dönüştürücüler bir tür elektrokimyasal dönüştürücüdür. Genel durumda, bir elektrokimyasal dönüştürücü, dönüştürücüyü ölçüm devresine bağlamaya yarayan, içine elektrotlar yerleştirilmiş bir çözelti ile doldurulmuş bir elektrolitik hücredir. Bir elektrik devresinin bir elemanı olarak bir elektrolitik hücre, geliştirdiği emk, geçen akımdan kaynaklanan voltaj düşüşü, direnç, kapasitans ve endüktans ile karakterize edilebilir. Bu elektriksel parametreler ile ölçülen elektriksel olmayan miktar arasındaki ilişkinin izole edilmesinin yanı sıra diğer faktörlerin etkisinin bastırılmasıyla, sıvı ve gazlı ortamların bileşimini ve konsantrasyonunu, basıncı, yer değiştirmeyi, hızı, ölçümleri ölçmek için dönüştürücüler oluşturmak mümkündür. ivme ve diğer miktarlar. Hücrenin elektriksel parametreleri çözeltinin ve elektrotların bileşimine, hücredeki kimyasal dönüşümlere, sıcaklığa, çözeltinin hareket hızına vb. bağlıdır. Elektrokimyasal dönüştürücülerin elektriksel parametreleri ile elektriksel olmayan miktarlar arasındaki ilişkiler şu şekilde belirlenir: elektrokimya kanunları.

Elektrolitik dönüştürücülerin çalışma prensibi, elektrolitik hücrenin direncinin, elektrolitin bileşimi ve konsantrasyonunun yanı sıra hücrenin geometrik boyutlarına bağlı olmasına dayanmaktadır. Elektrolitik konvertör sıvı kolon direnci:

R = ρh/S = k/૪

burada ૪= 1/ρ - elektrolitin spesifik iletkenliği; k, genellikle deneysel olarak belirlenen geometrik boyutların oranına bağlı olarak dönüştürücü sabitidir.