Ministria e Arsimit e Republikës së Bjellorusisë

Institucion arsimor

"Universiteti Shtetëror i Bjellorusisë

informatikë dhe radioelektronikë "

Departamenti i Metrologjisë dhe Standardizimit

Transduktorë matës parametrik

Udhëzime metodike për punë laboratorike E.5B

për studentët e specialitetit 54 01 01 - 02

"Metrologjia, standardizimi dhe certifikimi"

të gjitha format e edukimit

UDC 621.317.7 + 006.91 (075.8)

BBK 30,10 e73

Përpiluar nga V.T. Revin, L.E. Bataille

Udhëzimet metodologjike përmbajnë qëllimin e punës, informacion të shkurtër nga teoria, një përshkrim të instalimit të laboratorit, një detyrë laboratorike dhe procedurën e kryerjes së punës, si dhe udhëzime për përgatitjen e një raporti dhe pyetje testimi për të testuar njohuritë e studentëve. . Janë marrë në konsideratë llojet kryesore të dhënësve matës parametrikë (reostatik, induktiv dhe kapacitiv), karakteristikat e tyre kryesore dhe qarqet për lidhjen me qarkun matës. Puna laboratorike përfshin përcaktimin e karakteristikave kryesore metrologjike (funksioni i konvertimit, ndjeshmëria, gabimi bazë, gabimi i përcaktimit të ndjeshmërisë) të dhënësve matës të konsideruar, si dhe zotërimi i teknikës së matjes së sasive jo elektrike duke përdorur dhënës matës dhe gjetja e gabimeve në përcaktimin vlerat e sasive jo elektrike.

UDC 621.317.7 + 006.91 (075.8)

BBK 30.10 i 73

1 Qëllimi i punës

1.1 Studimi i parimit të funksionimit, projektimit dhe karakteristikave kryesore të konvertuesve matës reostat, kapacitiv dhe induktiv të sasive jo elektrike në elektrike.

1.2 Studimi i metodave për matjen e madhësive jo elektrike duke përdorur reostat, dhënës matës kapacitiv dhe induktiv.

1.3 Përcaktimi praktik i karakteristikave kryesore të dhënësve matës dhe matja me ndihmën e tyre të zhvendosjeve lineare dhe këndore.

2 Përmbledhje e teorisë

Një tipar i matjeve moderne është nevoja për të përcaktuar vlerat e një grupi sasish fizike, ndër të cilat sasitë jo elektrike përbëjnë shumicën e tyre. Për matjen e sasive jo elektrike përdoren gjerësisht instrumentet matëse elektrike, gjë që është për shkak të një sërë avantazhesh të rëndësishme të tyre. Këto përfshijnë saktësinë e lartë të matjes, ndjeshmërinë e lartë dhe performancën me shpejtësi të lartë të instrumenteve matëse, mundësinë e matjeve në distancë, konvertimin automatik të informacionit të matjes, kontrollin automatik të procesit të matjes, etj. Një tipar i instrumenteve matëse elektrike të krijuara për të matur sasitë jo elektrike është prania e detyrueshme e një transduktori matës primar të sasive jo elektrike në ato elektrike.

Transduktori matës primar vendos një marrëdhënie funksionale të paqartë midis sasisë elektrike dalëse Y dhe sasisë jo elektrike hyrëse X: Y= f(X).

Në varësi të llojit të sinjalit dalës, transduktorët matës primar ndahen në parametrike dhe gjeneratore.

V parametrike Në transduktorët matës, sasia e daljes është parametri i qarkut elektrik: rezistenca R, induktanca L, induktiviteti i ndërsjellë M ose kapaciteti C. Kur përdorni transduktorë matës parametrikë, kërkohet gjithmonë një furnizim shtesë me energji, energjia e të cilit përdoret për të formuar sinjali i daljes së konvertuesit.

V gjenerator dhënës matëse, sasitë e daljes janë EMF, rrymë, tension ose ngarkesë. Kur përdorni transduktorë matës të gjeneratorit, furnizimet ndihmëse të energjisë përdoren vetëm për të përforcuar sinjalin e marrë.

Sipas parimit të funksionimit, transduktorët matës parametrikë ndahen në reostat, matësit e tendosjes (matësit e tendosjes), të ndjeshëm ndaj temperaturës (termistorët, termistorët), kapacitiv, induktiv, jonizues.

Varësia e vlerës së daljes së transduktorit matës Y nga vlera hyrëse X, e përshkruar me shprehjen Y = f (X), thirrur funksioni i konvertimit. Shpesh vlera e daljes së konvertuesit Y varet jo vetëm nga vlera hyrëse e matur X, por edhe nga ndonjë faktor i jashtëm Z... Prandaj, në formë të përgjithshme, funksioni i transformimit mund të përfaqësohet nga varësia funksionale: Y = f (X, Z).

Kur zhvillohen transduktorë matës të sasive jo elektrike, njeriu përpiqet të marrë një funksion konvertimi linear. Për të përshkruar funksionin e transformimit linear, mjafton të vendosni dy parametra: vlera fillestare e sasisë dalëse Y 0 (niveli zero), që korrespondon me zero ose një vlerë tjetër fillestare të sasisë hyrëse X, dhe parametri S, i cili karakterizon pjerrësia e funksionit të transformimit.

Në këtë rast, funksioni i transformimit mund të përfaqësohet si më poshtë:

Parametri S, i cili karakterizon pjerrësinë e funksionit të konvertimit, quhet ndjeshmëria e transduktorit. Ndjeshmëria e transduktorit është raporti i ndryshimit në sasinë dalëse të transduktorit matës ΔY me ndryshimin në sasinë hyrëse ΔX që e ka shkaktuar atë:

. (2)

Ndjeshmëria e transduktorit është një sasi që ka një dimension, dhe dimensioni varet nga natyra e sasive hyrëse dhe dalëse. Për një konvertues reostat, për shembull, ndjeshmëria ka një dimension Ohm / mm, për një konvertues termoelektrik  mV / K, për një fotocelë  μA / lm, për një motor  rev / (sV) ose Hz / V , për një galvanometër  mm / μA etj.

Problemi më i rëndësishëm në projektimin dhe përdorimin e një transduktori matës është të sigurohet qëndrueshmëria e ndjeshmërisë së tij. Ndjeshmëria duhet të varet sa më pak të jetë e mundur nga vlerat e sasisë hyrëse X (në këtë rast, funksioni i transformimit është linear), shkalla e ndryshimit të X, koha e funksionimit të konvertuesit, si dhe ndikimi i sasive të tjera fizike që karakterizojnë jo vetë objektin, por mjedisin e tij (sasi të tilla quhen duke ndikuar). Me një funksion transformimi jo-linear, ndjeshmëria varet nga vlerat e sasisë së hyrjes: S = S(X) .

Gama e vlerave të sasive jo-elektrike, të konvertuara duke përdorur një transduktor matës, kufizohet nga njëra anë nga kufiri i konvertimit, dhe nga ana tjetër - nga pragu i ndjeshmërisë.

Kufiri i konvertimit i konvertuesit është vlera maksimale e sasisë hyrëse që mund të perceptohet nga konverteri pa e dëmtuar atë ose pa shtrembëruar funksionin e konvertimit.

Pragu i ndjeshmërisëËshtë ndryshimi minimal në vlerën e sasisë hyrëse që mund të shkaktojë një ndryshim të dukshëm në sasinë dalëse të konvertuesit.

Raport Y = f(X) shpreh në një formë të përgjithshme teorike ligjet fizike që qëndrojnë në themel të funksionimit të konvertuesve. Në praktikë, funksioni i transformimit përcaktohet eksperimentalisht në formë numerike si rezultat i kalibrimit të transduktorit. Në këtë rast, për një numër vlerash të njohura saktësisht të X, maten vlerat përkatëse të Y. , e cila ju lejon të ndërtoni një kurbë kalibrimi (Figura 1, a). Duke përdorur lakoren e ndërtuar të kalibrimit, sipas vlerave të sasisë elektrike Y të marrë si rezultat i matjes, është e mundur të gjenden vlerat përkatëse të sasisë së dëshiruar jo elektrike X (Figura 1, b).

a- ndërtimi i një lakore kalibrimi sipas vlerave të matura të X dhe Y;

b duke përdorur një kurbë kalibrimi për të përcaktuar sasinë hyrëse X

Figura 1  Karakteristika e kalibrimit të transduktorit matës

Karakteristika më e rëndësishme e çdo dhënës matës është e saj gabim themelor, e cila është për shkak të parimit të funksionimit, papërsosmërisë së dizajnit të konvertuesit ose teknologjisë së prodhimit të tij dhe manifestohet në vlerat normale të sasive ndikuese ose kur ato janë brenda kufijve të vlerave normale.

Gabimi themelor i transduktorit matës mund të ketë disa komponentë për shkak të:

Pasaktësia e instrumenteve matëse shembullore, me ndihmën e të cilave u përcaktua funksioni i konvertimit;

Dallimi midis karakteristikës reale të kalibrimit dhe funksionit të konvertimit nominal; shprehje e përafërt (tabelore, grafike, analitike) e funksionit të transformimit;

Koincidencë jo e plotë e funksionit të konvertimit me rritjen dhe zvogëlimin e sasisë së matur jo elektrike (histereza e funksionit të konvertimit);

Riprodhueshmëri jo e plotë e karakteristikave të transduktorit matës (më shpesh ndjeshmëria).

Kur kalibroni një seri konvertuesish të të njëjtit lloj, rezulton se karakteristikat e tyre janë disi të ndryshme nga njëra-tjetra, duke zënë një brez të caktuar. Prandaj, në pasaportën e transduktorit matës jepet një karakteristikë e caktuar mesatare, e quajtur nominale. Dallimet midis karakteristikave nominale (pasaportë) dhe reale të konvertuesit konsiderohen si gabime të tij.

Kalibrimi i transduktorit matës (përcaktimi i funksionit real të konvertimit) kryhet duke përdorur instrumente matëse për sasitë jo elektrike dhe elektrike. Si shembull, Figura 2 tregon një diagram bllok të një konfigurimi për kalibrimin e një transduktori reostat. Një vizore përdoret si një mjet për matjen e zhvendosjes lineare (sasia jo elektrike), dhe një matës dixhital L, C, R E7-8 përdoret për matjen e sasive elektrike - rezistencës aktive.

Figura 2 - Diagrami bllok i instalimit për kalibrimin e transduktorit të reostatit

Procesi i kalibrimit të transduktorit është si më poshtë. Me ndihmën e mekanizmit të lëvizjes, kontakti i lëvizshëm (rrëshqitësi) i dhënësit të reostatit instalohet në mënyrë sekuenciale në shenjat e dixhitalizuara të shkallës së vizorit, dhe në secilën shenjë matet rezistenca aktive e dhënësit duke përdorur pajisjen E7-8. Vlerat e matura të zhvendosjes lineare dhe rezistencës aktive futen në tabelën e kalibrimit 1.

Tabela 1

Në këtë rast, marrim funksionin e transformimit të transduktorit matës, të dhënë në formë tabelare. Për të marrë një imazh grafik të funksionit të transformimit, duhet të përdorni rekomandimet e dhëna në Figurën 1, a.

Megjithatë, duhet pasur parasysh se matja e zhvendosjes lineare dhe e rezistencës aktive është bërë me një gabim për shkak të gabimeve instrumentale të instrumenteve matëse të përdorura. Në këtë drejtim, përcaktimi i funksionit të transformimit është bërë gjithashtu me disa gabime (Figura 3).

Figura 3 - Gabimet në përcaktimin e funksionit të konvertimit

Meqenëse ndjeshmëria e transduktorit S, dhënë nga pjerrësia e funksionit të konvertimit, përcaktohet nga formula (2), pastaj llogaritja e gabimit në përcaktimin e ndjeshmërisë së konvertuesit Δ S duhet të kryhet në bazë të një algoritmi për llogaritjen e gabimit të rezultatit të një matjeje indirekte. Në përgjithësi, formula e llogaritjes për Δ S si në vazhdim:

ku
,

Δ y 1 dhe Δ y 2 - gabime në përcaktimin e sasive dalëse y 1 dhe y 2,

Δ x 1 dhe Δ x 2 - gabime në përcaktimin e sasive hyrëse x 1 dhe x 2.

Gabimet shtesë të transduktorit matës, për shkak të parimit të funksionimit, papërsosmërisë së projektimit dhe teknologjisë së prodhimit, shfaqen kur sasitë ndikuese devijojnë nga vlerat normale.

Përveç karakteristikave të diskutuara më sipër, konvertuesit matës të sasive jo elektrike në elektrike karakterizohen nga: ndryshimi i sinjalit të daljes, impedanca e daljes, karakteristikat dinamike. Karakteristikat teknike më të rëndësishme përfshijnë gjithashtu: dimensionet, peshën, rezistencën ndaj mbingarkesave mekanike, termike, elektrike dhe të tjera, besueshmërinë, lehtësinë e instalimit dhe mirëmbajtjes, sigurinë nga shpërthimi, koston e prodhimit, etj. ...

Transmetuesit ndryshojnë sipas parimit të konvertimit të sinjalit.

Kur konvertim i drejtpërdrejtë analog(Figura 4) sasia e matur jo elektrike X futet në hyrjen e transduktorit matës primar (PID). Sasia elektrike dalëse Y e transduktorit matet nga një pajisje matëse elektrike (ETI), e cila përfshin një dhënës matës dhe një pajisje treguese.

Figura 4  Blloku i një pajisjeje me konvertim të drejtpërdrejtë analog të sasisë së matur jo elektrike

Në varësi të llojit të sasisë së daljes dhe kërkesave për pajisjen, një pajisje matëse elektrike mund të jetë me shkallë të ndryshme kompleksiteti. Në një rast, është një milivoltmetër magnetoelektrik, dhe në tjetrin, është një pajisje matës dixhitale. Zakonisht, shkalla e pajisjes treguese EIT gradohet në njësi të sasisë së matur jo elektrike. Sasia jo-elektrike e matur mund të konvertohet në mënyrë të përsëritur për të përputhur kufijtë e matjes së saj me kufijtë e konvertimit të PID dhe për të marrë një lloj veprimi më të përshtatshëm të hyrjes për PIP. Për të kryer transformime të tilla, futet në pajisje paraprakishttrupore konvertuesit e sasive jo elektrike në jo elektrike.

Me një numër të madh të konvertuesve të ndërmjetëm në pajisjet e konvertimit të drejtpërdrejtë, gabimi total rritet ndjeshëm. Për të zvogëluar gabimin, aplikoni diferencial ngadhënës matës, të cilat kanë një gabim shtesë më të ulët, më pak funksion konvertimi jolinear dhe ndjeshmëri më të lartë në krahasim me pajisjet e konvertimit direkt.

Figura 5 tregon një diagram bllok të një pajisjeje me një dhënës matës diferencial (DIP). Konvertuesi përfshin një lidhje diferenciale DZ me dy dalje, dy kanale konvertimi (P1 dhe P2) dhe një zbritës VU. Kur vlera e matur e hyrjes x ndryshon nga vlera fillestare x 0 në vlerën (x 0 + Δx), vlerat e daljes x 1 dhe x 2 në daljen e sensorit në distancë marrin rritje me shenja të ndryshme. Pas konvertimit të tyre në P1 dhe P2, zbriten vlerat në daljen e konvertuesve y 1 dhe y 2. Si rezultat, vlera e daljes së DIP (y = y 1 -y 2), e furnizuar me mekanizmin matës të MI, është proporcionale vetëm me rritjen Δx të sasisë së matur jo elektrike.

Figura 5 - Diagrami bllok i një pajisjeje me një konvertim diferencial të një sasie të matur jo elektrike

Në pajisje me transformim të bazuar në parimin e kompensimit (balancimit) në pajisjen e krahasimit të SHBA-së të konvertuesit, bëhet një krahasim të matshme magnitudë dhe homogjene i ndryshueshëm vlera e krijuar nga nyja e reagimit të UOS (Figura 6) Krahasimi i vlerave kryhet derisa ato të balancohen plotësisht. Konvertuesit e anasjelltë përdoren si nyje kthyese që konvertojnë një sasi elektrike në një jo elektrike (për shembull, llambat inkandeshente, konvertuesit elektromekanikë, etj.).

Figura 6 - Diagrami bllok i një pajisjeje me një transduktor matës kompensimi

Pajisjet e krahasimit të kompensimit në krahasim me pajisjet e konvertimit të drejtpërdrejtë lejojnë marrjen e saktësisë më të lartë, përgjigjes më të shpejtë dhe konsumit më të vogël të energjisë nga objekti i studimit.

Pajisjet elektrike për matjen e sasive jo elektrike mund të jenë analoge ose dixhitale.

Konvertuesit e reostatit

Konvertuesit e reostatit bazohen në një ndryshim në rezistencën elektrike të një përcjellësi nën ndikimin e një sasie hyrëse - zhvendosje lineare ose këndore. Një transduktor reostat është një reostat (një kornizë me një mbështjellje teli të aplikuar në të), kontakti i lëvizshëm i të cilit bën një lëvizje lineare ose këndore nën ndikimin e sasisë së matur jo elektrike. Imazhet skematike të disa modeleve të konvertuesve reostat janë paraqitur në Figurën 6, a-c. Dimensionet e transduktorit përcaktohen nga vlerat kufizuese të zhvendosjes së matur, rezistenca e mbështjelljes dhe fuqia elektrike e shpërndarë në mbështjellje. Për të marrë një funksion transformimi jolinear, përdoren konvertuesit funksional të reostatit. Forma e kërkuar e funksionit të konvertimit arrihet duke profilizuar kornizën e konvertuesit (Figura 6, v).

Në konvertuesit e reostatit, karakteristika statike e konvertimit ka një karakter hap pas hapi, pasi rezistenca ndryshon në kërcime të barabarta me rezistencën e një kthese. Kjo shkakton shfaqjen e gabimit përkatës, vlera maksimale e të cilit mund të përfaqësohet si:

, (4)

ku R  rezistenca maksimale e një rrotullimi;

R është impedanca e konvertuesit.

V rekordale dhënës në të cilët kontakti i lëvizshëm rrëshqet përgjatë boshtit të telit, ky gabim mund të shmanget.

Konvertuesit reostat përfshihen në qarqet matëse në formën e urave të ekuilibrit dhe joekuilibrit, ndarësve të tensionit etj.

Figura 7 - Transduktorët matës të reostatit

Disavantazhet kryesore të konvertuesve të reostatit janë prania e një kontakti rrëshqitës, nevoja për lëvizje relativisht të mëdha dhe nganjëherë një përpjekje e konsiderueshme për të lëvizur. Përparësitë përfshijnë thjeshtësinë e dizajnit dhe aftësinë për të marrë sinjale të rëndësishme dalëse.

Transduktorët reostat përdoren për të matur zhvendosje relativisht të mëdha lineare dhe këndore, si dhe sasi të tjera jo elektrike që mund të shndërrohen në zhvendosje (forcë, presion, etj.).

Konvertuesit induktiv

Parimi i funksionimit të konvertuesve induktivë bazohet në varësinë e induktancave të brendshme ose të ndërsjella të mbështjelljeve në qarkun magnetik nga pozicioni relativ, dimensionet gjeometrike dhe rezistenca magnetike e elementeve të qarkut magnetik. Nga inxhinieria elektrike dihet se induktiviteti L një dredha-dredha e vendosur në një bërthamë magnetike (qarku magnetik) përcaktohet nga shprehja:

, (5)

ku Z M është rezistenca magnetike e qarkut magnetik;

w numri i rrotullimeve të mbështjelljes.

Induktiviteti i ndërsjellë M dy mbështjellje të vendosura në një qark magnetik me rezistencë magnetike Z M përkufizohet si

, (6)

ku w 1 dhe w 2  numri i rrotullimeve të mbështjelljes së parë dhe të dytë.

Rezistenca magnetike përcaktohet nga shprehja:

, ` (7)

Marrëdhëniet e mësipërme tregojnë se induktiviteti dhe induktiviteti i ndërsjellë mund të ndryshohen duke ndryshuar gjatësinë δ ose seksionin S të seksionit të ajrit të qarkut magnetik, humbjen e fuqisë P në qarkun magnetik, etj.

Figura 8 tregon në mënyrë skematike llojet e ndryshme të konvertuesve induktivë. Një ndryshim në induktivitetin e ndërsjellë mund të arrihet, për shembull, duke lëvizur bërthamën e lëvizshme (armaturën) 1 në lidhje me bërthamën fikse 2, duke futur një pllakë metalike jomagnetike 3 në hendekun e ajrit (Figura 8 a).

Figura 8 - Transduktorët matës induktiv

Transduktor induktiv me gjatësi të ndryshueshme të hendekut të ajrit  (Figura 8, b) karakterizohet nga një varësi jolineare L = f ( ). Një transduktor i tillë ka ndjeshmëri të lartë dhe zakonisht përdoret kur armatura e qarkut magnetik lëviz në intervalin 0,01  5 mm.

Në mënyrë të konsiderueshme më pak ndjeshmëri, por varësi lineare e funksionit të transformimit L = f(S) konvertuesit me një seksion kryq të ndryshueshëm të hendekut të ajrit ndryshojnë (Figura 8, v). Transduktorë të tillë përdoren gjatë matjes së zhvendosjeve deri në 10  15 mm.

Konvertuesit diferencialë induktivë përdoren gjerësisht (Figura 8, G), në të cilën një armaturë e lëvizshme vendoset midis dy bërthamave të fiksuara me mbështjellje. Kur armatura lëviz nën ndikimin e vlerës së matur njëkohësisht dhe me shenja të ndryshme, gjatësitë ndryshojnë δ 1 dhe δ 2 boshllëqet e ajrit të konvertuesit, ndërsa induktiviteti i një dredha-dredha do të rritet dhe tjetrës do të ulet. Konvertuesit diferencialë përdoren në kombinim me qarqet matëse të urës. Krahasuar me konvertuesit jodiferencialë, ata kanë një ndjeshmëri më të lartë, më pak jolinearitet të funksionit të konvertimit dhe janë më pak të ndikuar nga faktorë të jashtëm.

Për konvertimin e zhvendosjeve relativisht të mëdha (deri në 50 - 100 mm), përdoren konvertuesit e transformatorëve me një qark të hapur magnetik (Figura 8, d).

Nëse bërthama ferromagnetike e konvertuesit i nënshtrohet veprimit mekanik nga forca F, atëherë për shkak të një ndryshimi në përshkueshmërinë magnetike të materialit bërthamor, rezistenca magnetike e qarkut do të ndryshojë, gjë që do të sjellë gjithashtu një ndryshim në induktivitetin L. dhe induktiviteti i ndërsjellë M i mbështjelljeve. Parimi i funksionimit të transduktorëve magnetoelastikë bazohet në këtë varësi (Figura 8, e).

Transduktorët induktivë përdoren për të matur zhvendosjet lineare dhe këndore, si dhe sasi të tjera jo elektrike që mund të shndërrohen në zhvendosje (forcë, presion, çift rrotullues, etj.). Dizajni i transduktorit përcaktohet nga diapazoni i zhvendosjeve të matura. Dimensionet e transduktorit zgjidhen bazuar në fuqinë e kërkuar të sinjalit të daljes.

Për matjen e parametrit të daljes së konvertuesve induktivë, qarqeve matëse të urës (ekuilibrit dhe joekuilibrit) dhe gjeneratorit, si dhe qarqeve me duke përdorur qarqe rezonante që kanë ndjeshmërinë më të madhe për shkak të pjerrësisë së madhe të funksionit të konvertimit.

Në krahasim me transduktorët e tjerë të zhvendosjes, transduktorët induktiv dallohen nga sinjale të larta në dalje, thjeshtësi dhe besueshmëri në funksionim.

Disavantazhet e tyre kryesore janë: efekti i kundërt në objektin në studim (efekti i elektromagnetit në armaturë) dhe efekti i inercisë së armaturës në karakteristikat e frekuencës së pajisjes.

Konvertuesit kapacitiv

Parimi i funksionimit të dhënësve matës kapacitiv bazohet në varësinë e kapacitetit të kondensatorit nga dimensionet, rregullimi i ndërsjellë i pllakave të tij dhe konstanta dielektrike e mediumit midis tyre.

Kapaciteti elektrik i një kondensatori të sheshtë me dy pllaka përshkruhet me shprehjen:

, (8)

Nga kjo shprehje mund të shihet se një konvertues kapacitiv mund të ndërtohet në bazë të përdorimit të varësive C =f( ), C =f(S) ose C = f( ).

Figura 9 tregon në mënyrë skematike dizajnin e konvertuesve të ndryshëm kapacitiv.

Figura 9 - Transduktorët matës kapacitiv

Konvertuesi në figurën 9, aështë një kondensator, njëra pllakë e të cilit lëviz nën veprimin e sasisë së matur jo elektrike X në raport me pllakën fikse. Karakteristika statike e transduktorit duke përdorur varësinë C =f( ) është jolineare. Ndjeshmëria e transduktorit rritet me zvogëlimin e distancës ndërmjet pllakave . Transduktorë të tillë përdoren për të matur zhvendosjet e vogla (më pak se 1 mm).

Përdoren gjithashtu konvertuesit diferencialë kapacitiv (Figura 9, b), të cilat kanë një pllaka të lëvizshme dhe dy fikse. Nën ndikimin e vlerës së matur X, këta transduktorë ndryshojnë njëkohësisht kapacitetet C1 dhe C2.

Në figurën 9, v tregon një konvertues kapacitiv diferencial me një zonë aktive të ndryshueshme të pllakave, i cili përdor varësinë C =f(S) ... Transformatorët me këtë dizajn përdoren për të matur zhvendosjet relativisht të mëdha. Në këta konvertues, karakteristikat e kërkuara të konvertimit mund të merren lehtësisht duke profilizuar pllakat.

Konvertuesit duke përdorur varësinë C =f( ) Ato përdoren për të matur nivelin e lëngjeve, përmbajtjen e lagështisë së substancave, trashësinë e produkteve dielektrike etj. Si shembull në Figurën 9, G tregohet pajisja e transmetuesit të nivelit kapacitiv. Kapaciteti midis elektrodave të ulura në enë varet nga niveli i lëngut.

Për të matur parametrin e daljes së dhënësve matës kapacitiv, përdoren vlerat matëse të urës, gjeneratorit dhe qarqet që përdorin qarqe rezonante. Këto të fundit bëjnë të mundur krijimin e pajisjeve me ndjeshmëri të lartë, të afta për t'iu përgjigjur zhvendosjeve lineare të rendit 10 μm. Qarqet me konvertues kapacitiv zakonisht furnizohen me një rrymë me frekuencë të lartë (deri në dhjetëra MHz).

LEKTORIA 15.

Transduktorët matës të gjeneratorëve

Në konvertuesit e gjeneratorëve, sasia e daljes është një EMF ose ngarkesë, funksionalisht e lidhur me sasinë e matur jo elektrike.

Konvertuesit termoelektrikë (termoçiftet).

Bazuar në efektin termoelektrik që ndodh në qarkun e termoçiftit. Këta dhënës përdoren për të matur temperaturën. Parimi i funksionimit të termoelementit është ilustruar në Fig. 15.1, a, i cili tregon një qark termoelektrik të përbërë nga dy përçues të ndryshëm A dhe B ... Pikat e lidhjes 1 dhe 2 të përcjellësve quhen kryqëzime termoçift. Nëse temperaturat t kryqëzimet 1 dhe 2 janë të njëjta, atëherë nuk ka rrymë në qarkun termoelektrik. Nëse temperatura e njërit prej kryqëzimeve (për shembull, kryqëzimi 1) është më i lartë se temperatura e kryqëzimit 2, atëherë në qark lind një forcë termoelektrmotore (TEMF). E në varësi të ndryshimit të temperaturës ndërmjet kryqëzimeve

E = f (t 1 - t 2). (15.1)

Nëse temperatura e kryqëzimit 2 mbahet konstante, atëherë

E = f (t 1).

Kjo marrëdhënie përdoret për të matur temperaturën duke përdorur termoçift. Për të matur TEMF, pajisja matëse elektrike përfshihet në hendekun e kryqëzimit 2 (Fig. 15.1, b). Kryqëzimi 1 quhet kryqëzim i nxehtë (punues), dhe kryqëzimi 2 quhet i ftohtë (skajet 2 dhe 2 quhen skaje të lira).

Në mënyrë që termoelementi TEMF të përcaktohet pa mëdyshje nga temperatura e kryqëzimit të nxehtë, është e nevojshme që temperatura e kryqëzimit të ftohtë të mbahet gjithmonë e njëjtë.

Për prodhimin e elektrodave të termoçiftit, përdoren si metale të pastra ashtu edhe lidhje speciale me përbërje të standardizuar. Tabelat e kalibrimit për termoçiftet standarde përpilohen me kusht që temperatura e ngritësve të jetë e barabartë me 0 O C. Në praktikë, nuk është gjithmonë e mundur të ruhet kjo temperaturë. Në raste të tilla, leximi i termoelementit korrigjohet për temperaturën e ngritësve. Ekzistojnë skema për korrigjimin automatik.

Strukturisht, termoçiftet bëhen në formën e dy termoelektrodave të izoluara me një kryqëzim pune të marrë me saldim, të vendosura në pajisje mbrojtëse që mbrojnë termoelementin nga ndikimet dhe dëmtimet e jashtme. Skajet e punës të termoçiftit futen në kokën e termoçiftit, të pajisura me kapëse për lidhjen e termoçiftit me qarkun elektrik.

Tabela 15.1 tregon karakteristikat e termoçifteve industriale. Termoçiftet PP, PR dhe VR përdoren për të matur temperaturat e larta. Termoçiftet e metaleve të çmuara përdoren për matje me saktësi të shtuar.

Në varësi të dizajnit, termoçiftet mund të kenë inerci termike të karakterizuar nga një konstante kohore nga sekonda në disa minuta, e cila kufizon përdorimin e tyre për matjen e temperaturave që ndryshojnë me shpejtësi.

Përveç lidhjes së pajisjes matëse me kryqëzimin e termoçiftit, është e mundur të lidhni pajisjen me "elektrodën", d.m.th. në këputjen e njërës prej termoelektrodave (Fig. 15.1, c). Një përfshirje e tillë, në përputhje me (15.1), bën të mundur matjen e ndryshimit të temperaturës t 1 - t 2 ... Për shembull, mund të matet mbinxehja e mbështjelljes së transformatorit mbi temperaturën e ambientit gjatë testimit. Për këtë, kryqëzimi i punës i termoçiftit është i ngulitur në mbështjellje, dhe kryqëzimi i lirë lihet në temperaturën e ambientit.

Tabela 15.1. Karakteristikat e termoçiftit

Kërkesa për një temperaturë konstante të skajeve të lira të termoçiftit i detyron ato të hiqen sa më shumë nga vendi i matjes. Për këtë qëllim përdoren të ashtuquajturat tela zgjatues ose kompensues të PK-së, të lidhur me skajet e lira të termoçiftit në përputhje me polaritetin (Fig. 15.1, d). Telat kompensues përbëhen nga përçues të ndryshëm, të cilët, në rangun e luhatjeve të mundshme të temperaturës së skajeve të lira, zhvillojnë në një çift të njëjtin TEMF si një termoelement. Prandaj, nëse pikat e lidhjes së telave të kompensimit janë në një temperaturë t 2 , dhe temperaturën në vendin ku termoçifti është i lidhur me pajisjen t 0 , atëherë termoelementi TEMF do të korrespondojë me kalibrimin e tij në temperaturën e skajeve të lira t 0.

Maksimumi TEMF i zhvilluar nga termoçiftet standarde varion nga njësitë në dhjetëra milivolt.

Milivoltmetra magnetoelektrikë, elektronikë (analogë dhe dixhitalë) dhe potenciometra të rrymës së drejtpërdrejtë mund të përdoren për të matur TEMF. Kur përdorni milivoltmetra të një sistemi magnetoelektrik, duhet të kihet parasysh se voltazhi i matur me një milivoltmetër në terminalet e tij

ku unë - rryma në qarkun e termoçiftit, dhe R V Është rezistenca e milivoltmetrit.

Meqenëse burimi aktual në qark është një termoelement, atëherë

I = E / (R V + R VN),

ku R VN - rezistenca e seksionit të qarkut jashtë milivoltmetrit (d.m.th. elektrodat e termoçiftit dhe telat e kompensimit). Prandaj, voltazhi i matur nga milivoltmetri do të jetë i barabartë me

U = E / (1+ R VN / R V).

Kështu, leximet e milivoltmetrit ndryshojnë më shumë nga termoelementi TEMF, aq më i madh është raporti R BH / R V ... Për të reduktuar gabimin nga efekti i rezistencës së jashtme, milivoltmetrat e projektuar për të punuar me termoçift (të ashtuquajturat milivoltmetra pirometrikë) janë kalibruar për një lloj specifik termoelementi dhe me një vlerë nominale të caktuar. R BH treguar në shkallën e pajisjes. Milivoltmetrat pirometrikë prodhohen në mënyrë serike me klasa saktësie nga 0.5 në 2.0.

Impedanca e hyrjes së milivoltmetrave elektronikë është shumë e lartë dhe efekti i rezistencës R BH në lexime është i papërfillshëm.

Transduktorët piezoelektrikë.

Konvertuesit e tillë bazohen në përdorimin e një efekti piezoelektrik të drejtpërdrejtë, i cili konsiston në shfaqjen e ngarkesave elektrike në sipërfaqen e disa kristaleve (kuarc, turmalinë, kripë Rochelle, etj.) nën ndikimin e sforcimeve mekanike. Disa materiale qeramike të polarizuara (titanati i bariumit, titanati i zirkonatit të plumbit) kanë gjithashtu një efekt piezoelektrik.

Nëse preni një pllakë në formë paralelopipedi nga një kristal kuarci me faqe të vendosura pingul me optiken 0 z, mekanike 0 y dhe elektrike 0 X boshtet e kristalit (Fig. 15.2), atëherë kur forca ushtrohet në pllakë F x drejtuar përgjatë boshtit elektrik, në faqet X shfaqen akuza

Q x = K p F x, (15.2)

ku K f - koeficienti piezoelektrik (moduli).

Kur një forcë ushtrohet në pllakë F y përgjatë boshtit mekanik, në të njëjtat skaje X lindin akuza

Q y = K p F y a / b,

ku a dhe b - dimensionet e skajeve të pllakës. Veprimi mekanik në pllakë përgjatë boshtit optik nuk shkakton shfaqjen e ngarkesave.

Efekti piezoelektrik është i alternuar; kur ndryshon drejtimi i forcës së aplikuar, shenjat e ngarkesave në sipërfaqen e fytyrave ndryshojnë në ato të kundërta. Materialet ruajnë vetitë e tyre piezoelektrike vetëm në temperatura nën pikën Curie.

Madhësia e koeficientit piezoelektrik (moduli) K n dhe temperatura e pikës Curie për kuarcin dhe piezoelektrikët e zakonshme qeramike janë dhënë në tabelë. 15.2.

Prodhimi i transduktorëve nga qeramika piezoelektrike është shumë më i lehtë sesa nga kristalet e vetme. Sensorët qeramikë prodhohen sipas teknologjisë së zakonshme për produktet radio-qeramike - duke shtypur ose derdhur me injeksion; elektrodat aplikohen në qeramikë, plumbat janë ngjitur në elektroda. Për polarizimin, produktet qeramike vendosen në një fushë të fortë elektrike, pas së cilës fitojnë vetitë e materialeve piezoelektrike.

Forca elektromotore që lind në elektrodat e një dhënës piezoelektrik është mjaft e rëndësishme - disa volt. Sidoqoftë, nëse forca e aplikuar në konvertues është konstante, atëherë është e vështirë të matet EMF, pasi ngarkesa është e vogël dhe kullon shpejt përmes rezistencës hyrëse të voltmetrit. Nëse forca është e ndryshueshme dhe periudha e ndryshimit të forcës është shumë më e vogël se konstanta e kohës së shkarkimit të përcaktuar nga kapaciteti i konvertuesit dhe rezistenca e rrjedhjes, atëherë procesi i rrjedhjes nuk ka pothuajse asnjë efekt në tensionin e daljes së konvertuesit. Kur forca ndryshon F sipas ligjit F = F m sin  t EMF gjithashtu ndryshon në mënyrë sinusoidale.

Kështu, matja e sasive jo elektrike që mund të shndërrohen në një forcë alternative që vepron në një transduktor piezoelektrik reduktohet në matjen e një tensioni të alternuar ose EMF.

Tabela 15.2. Parametrat piezoelektrikë të kuarcit dhe qeramikës

Transformatorët matës piezoelektrikë përdoren gjerësisht për të matur parametrat e lëvizjes: përshpejtimin linear dhe vibrues, goditjen, sinjalet akustike.

Qarku ekuivalent i transduktorit piezoelektrik është paraqitur në Fig. 15.3, a) në formën e një gjeneratori me kapacitet të brendshëm ME ... Meqenëse fuqia e një elementi të tillë piezoelektrik është jashtëzakonisht e ulët, është e nevojshme të përdoren pajisje me një impedancë të madhe hyrëse për të matur tensionin e daljes (10 11 ... 10 15 Ohm).

Për të rritur sinjalin e dobishëm, sensorët piezoelektrikë janë bërë nga disa elementë të lidhur në seri.

Pajisja e një sensori piezoelektrik për matjen e nxitimit të dridhjeve është paraqitur në Fig. 15.3, b). Element piezoelektrik (zakonisht piezoqeramik) i ngarkuar me një masë të njohur m , i vendosur në kutinë 1 dhe përmes terminaleve 2 përfshihet në qarkun e një milivoltmetri elektronik V ... Zëvendësimi në formulë për ngarkesën që lind në fytyra shprehjen F = ma, ku a - nxitimi, dhe duke marrë parasysh (15.2), marrim

U = K u a,

ku ju - faktori i konvertimit të tensionit të sensorit.

FAQJA 6

EMBED Visio.Vizatim.6

LEKTORIA 16.

Transduktorë matës parametrik

Termometra rezistence.

Termometrat e rezistencës, si termoçiftet, janë krijuar për të matur temperaturën e trupave të gaztë, të ngurtë dhe të lëngshëm, si dhe temperaturën e sipërfaqes. Parimi i funksionimit të termometrave bazohet në përdorimin e vetive të metaleve dhe gjysmëpërçuesve për të ndryshuar rezistencën e tyre elektrike me temperaturën. Për përçuesit e bërë nga metale të pastra, kjo varësi në temperaturë varion nga –200 o C deri në 0 o C ka formën:

Rt = R 0,

dhe në intervalin e temperaturës nga 0 o C deri në 630 o C

Rt = R 0)