Karakteristikat më të rëndësishme metrologjike të konvertuesve janë: karakteristika nominale e konvertimit statik, ndjeshmëria, gabimi bazë, gabimet shtesë ose funksionet e ndikimit, variacioni i sinjalit të daljes, impedanca e daljes, karakteristikat dinamike, etj.
Karakteristikat më të rëndësishme jometrologjike përfshijnë dimensionet, peshën, lehtësinë e instalimit dhe mirëmbajtjes, sigurinë nga shpërthimi, rezistencën ndaj mbingarkesave mekanike, termike, elektrike dhe të tjera, besueshmërinë, koston e prodhimit dhe funksionimit, etj.
Në varësi të llojit të sinjalit të daljes, të gjithë transduktorët matës ndahen me parametrike dhe grupe gjeneratorësh. Ato klasifikohen edhe sipas parimit të veprimit. Vetëm transduktorët matës më të përdorur janë konsideruar më poshtë.
13.1 Transmetuesit parametrik
Informacion i pergjithshem. Në konvertuesit parametrikë, sasia e daljes është parametri i qarkut elektrik (R, L, M, C). Kur përdorni konvertues parametrikë, kërkohet një burim shtesë energjie, energjia e të cilit përdoret për të formuar sinjalin dalës të konvertuesit.
Konvertuesit e reostatit. Konvertuesit e reostatit bazohen në një ndryshim në rezistencën elektrike të një përcjellësi nën ndikimin e një sasie hyrëse - zhvendosje. Një transduktor reostat është një reostat, furça (kontakti i lëvizshëm) i të cilit lëviz nën ndikimin e sasisë së matur jo elektrike. Në fig. 11-5 tregon në mënyrë skematike disa opsione të projektimit për konvertuesit reostat për këndore (Fig. 11-5, a) dhe zhvendosje lineare (Fig. 11-5, b dhe c). Konvertuesi përbëhet nga një dredha-dredha e aplikuar në kornizë dhe një furçë. Dielektrikët dhe metalet përdoren për të bërë korniza. Teli për mbështjellje është bërë prej lidhjeve (një aliazh platini me iridium, konstantan, nikrom dhe fechral). Teli i izoluar zakonisht përdoret për dredha-dredha. Pas bërjes së mbështjelljes, izolimi i telit pastrohet në pikat e kontaktit me furçën. Furça e konvertuesit është bërë ose nga tela ose nga shirita të rrafshët me sustë, dhe përdoren të dyja metalet e pastra (platin, argjend) dhe lidhjet (platin me iridium, bronz fosfor, etj.).
Oriz. 11-5. Transduktorë reostat për këndore (a), lineare (b) zhvendosjet dhe për transformimin funksional të zhvendosjeve lineare (në)
Dimensionet e transduktorit përcaktohen nga vlera e zhvendosjes së matur, rezistenca e mbështjelljes dhe fuqia e lëshuar në mbështjellje.
Për të marrë një funksion transformimi jolinear, përdoren konvertuesit funksional të reostatit. Transformimi i dëshiruar shpesh arrihet duke profilizuar kornizën e transduktorit (Fig. 11-5, v).
Në konvertuesit e konsideruar të reostatit, karakteristika statike e transformimit ka një natyrë hap pas hapi, pasi rezistenca ndryshon në kërcime të barabarta me rezistencën e një kthese, gjë që shkakton një gabim. Ndonjëherë ata përdorin transduktorë rekord, në të cilët furça rrëshqet përgjatë boshtit të telit. Këta konvertues nuk kanë saktësinë e specifikuar. Konvertuesit reostat përfshihen në qarqet matëse në formën e urave të ekuilibrit dhe joekuilibrit, ndarësve të tensionit etj.
Përparësitë e konvertuesve përfshijnë aftësinë për të marrë saktësi të lartë të konvertimit, sinjale të rëndësishme të daljes dhe thjeshtësinë relative të dizajnit. Disavantazhet - prania e kontaktit rrëshqitës, nevoja për lëvizje relativisht të mëdha dhe nganjëherë përpjekje të konsiderueshme për të lëvizur.
Konvertuesit e reostatit përdoren për të kthyer zhvendosje relativisht të mëdha dhe sasi të tjera jo elektrike (forca, presion, etj.) që mund të shndërrohen në zhvendosje.
Transduktorë të ndjeshëm ndaj tendosjes (sforcim matës). Funksionimi i konvertuesve bazohet në efektin e sforcimit, i cili konsiston në ndryshimin e rezistencës aktive të një përcjellësi (gjysmëpërçuesi) nën veprimin e stresit mekanik dhe deformimit të shkaktuar në të.
Oriz. 11-6. Transduktor me tela i ndjeshëm ndaj tendosjes
Nëse teli i nënshtrohet stresit mekanik, siç është shtrirja, atëherë rezistenca e tij do të ndryshojë. Ndryshimi në rezistencën e telit nën veprimin mekanik mbi të shpjegohet me ndryshimin e dimensioneve gjeometrike (gjatësia, diametri) dhe rezistenca e materialit.
Transformatorët e ndjeshëm ndaj tendosjes, të cilët përdoren gjerësisht sot (Fig. 11-6), janë një zigzag i hollë i shtruar dhe i ngjitur në një rrip letre (substrati /) teli 2 (rrjetë teli). Konvertuesi përfshihet në qark duke përdorur priza të salduara ose të bashkuara 3. Transduktori është ngjitur në sipërfaqen e pjesës së studiuar në mënyrë që drejtimi i deformimit të pritur të përputhet me boshtin gjatësor të rrjetës së telit.
Për prodhimin e konvertuesve, përdoret kryesisht teli konstantan me diametër 0,02-0,05 mm (S == 1,9 - 2,1). Constantan ka një koeficient të ulët të temperaturës së rezistencës elektrike, gjë që është shumë e rëndësishme, pasi ndryshimi në rezistencën e dhënësve gjatë deformimeve, për shembull, të pjesëve të çelikut, është në përpjesëtim me ndryshimin e rezistencës së transduktorit kur ndryshon temperatura. Si një substrat, përdoret letër e hollë (0,03-0,05 mm), si dhe një film llak ose zam, dhe në temperatura të larta - një shtresë çimentoje.
Përdoren edhe transduktorë me fletë, në të cilët në vend të telit përdoren fletë dhe matës sforcimi të filmit, të përftuar nga sublimimi i një materiali të ndjeshëm ndaj sforcimit me depozitimin e tij të mëvonshëm në një nënshtresë.
Për ngjitjen e telit në nënshtresë dhe të gjithë konvertuesin në pjesë, përdoren ngjitës (tretësirë celuloidi në aceton, BF-2, BF-4, ngjitës bakelit etj.). Për temperaturat e larta (mbi 200 ° C), përdoren çimento rezistente ndaj nxehtësisë, llaqe organosilicon dhe ngjitës, etj.
Konvertorët bëhen në madhësi të ndryshme në varësi të qëllimit. Më shpesh, konvertuesit përdoren me një gjatësi grilë (bazë) prej 5 deri në 50 mm dhe një rezistencë prej 30-500 Ohm.
Një ndryshim në temperaturë shkakton një ndryshim në karakteristikat e transformimit të matësve të sforcimit, i cili shpjegohet nga varësia nga temperatura e rezistencës së transduktorit dhe ndryshimi në koeficientët e temperaturës të zgjerimit linear të materialit të sforcimit dhe pjesës në studim. Ndikimet e temperaturës zakonisht eliminohen duke përdorur teknika të përshtatshme të kompensimit të temperaturës.
Transduktori i matësit të tendosjes së ngjitur nuk mund të hiqet nga një pjesë dhe të ngjitet në një tjetër. Prandaj, për të përcaktuar karakteristikat e konvertimit (koeficienti S), përdoret kalibrimi selektiv i dhënësve, i cili jep vlerën e koeficientit S me një gabim prej ± 1%. Metodat për përcaktimin e karakteristikave të matësve të tendosjes rregullohen nga standardi. Përparësitë e këtyre konvertuesve janë lineariteti i karakteristikave statike të konvertimit, dimensionet dhe pesha e vogël, dhe thjeshtësia e dizajnit. Disavantazhi i tyre është ndjeshmëria e tyre e ulët.
Në ato raste kur kërkohet ndjeshmëri e lartë, përdoren transduktorë të ndjeshëm ndaj sforcimit, të bërë në formën e shiritave të materialit gjysmëpërçues. Koeficienti S i konvertuesve të tillë arrin disa qindra. Megjithatë, riprodhueshmëria e karakteristikave të konvertuesve gjysmëpërçues është e dobët. Aktualisht, matësit e sforcimit gjysmëpërçues të integruar prodhohen në masë, duke formuar një urë ose gjysmë urë me elementë kompensimi termik.
Urat ekuilibër dhe jo ekuilibër përdoren si qarqe matëse për matës sforcimi. Matësit e tendosjes përdoren për të matur deformimet dhe sasitë e tjera jo elektrike: forcat, presionet, momentet, etj.
Konvertuesit e ndjeshëm ndaj temperaturës (termistorët). Parimi i funksionimit të transduktorëve bazohet në varësinë e rezistencës elektrike të përçuesve ose përçuesve PVC nga temperatura.
Shkëmbimi i nxehtësisë ndodh midis termistorit dhe mediumit të provës gjatë matjes. Meqenëse termistori në këtë rast përfshihet në qarkun elektrik, me ndihmën e të cilit matet rezistenca e tij, përmes tij kalon një rrymë, e cila lëshon nxehtësi në të. Shkëmbimi i nxehtësisë i termistorit me mediumin ndodh për shkak të përçueshmërisë termike të mediumit dhe konvekcionit në të, përçueshmërisë termike të vetë termistorit dhe pajisjeve në të cilat është ngjitur dhe, së fundi, për shkak të rrezatimit. Intensiteti i transferimit të nxehtësisë dhe, rrjedhimisht, temperatura e termistorit varet nga dimensionet dhe forma e tij gjeometrike, nga dizajni i pajisjeve mbrojtëse, nga përbërja, dendësia, përçueshmëria termike, viskoziteti dhe vetitë e tjera fizike të mediumit të gaztë ose të lëngshëm. që rrethon termistorin, si dhe në temperaturën dhe shpejtësinë e lëvizjes së mediumit ...
Oriz. 11-7. Pajisja (a) dhe pamja e pajisjeve (b) të termistorit të platinit
Kështu, varësia e temperaturës, dhe rrjedhimisht rezistenca e termistorit nga faktorët e listuar më sipër, mund të përdoret për të matur sasi të ndryshme jo elektrike që karakterizojnë një medium gaz ose të lëngshëm. Gjatë projektimit të një konverteri, duhet të sigurohet që shkëmbimi i nxehtësisë i termistorit me mediumin të përcaktohet kryesisht nga sasia e matur jo elektrike.
Sipas mënyrës së funksionimit, termistorët mbinxehen dhe pa mbinxehje të qëllimshme. Në konvertuesit pa mbinxehje, rryma që kalon nëpër termistor praktikisht nuk shkakton mbinxehje, dhe temperatura e këtij të fundit përcaktohet nga temperatura e mediumit; këta transduktorë përdoren për të matur temperaturën. Në konvertuesit e mbinxehjes, rryma elektrike shkakton mbinxehje, në varësi të vetive të mediumit. Transduktorët e mbinxehjes përdoren për të matur shpejtësinë, densitetin, përbërjen e mediumit, etj. Meqenëse termistorët e mbinxehjes ndikohen nga temperatura e mediumit, metodat e qarkut zakonisht përdoren për të kompensuar këtë efekt.
Për matjen e temperaturës, termistorët më të zakonshëm janë bërë prej platini ose teli bakri.
Termistorët standardë të platinit përdoren për të matur temperaturën në rangun nga -260 në + 1100 ° C, bakri - në rangun nga -200 në +200 ° C (GOST 6651-78). Termistorët e platinit me temperaturë të ulët (GOST 12877-76) përdoren për të matur temperaturat në intervalin nga -261 në -183 ° C.
Në fig. 11-7, a tregon pajisjen e termistorit të platinit. Në kanalet e tubit qeramik 2 ka dy (ose katër) seksione të spirales 3 prej teli platini, të lidhur në seri. Plumbat janë ngjitur në skajet e spirales 4, përdoret për të lidhur termistorin me qarkun matës. Mbërthimi i plumbave dhe mbyllja e tubit qeramik kryhet me glazurë /. Kanalet e tubit janë të mbuluara me pluhur alumini anhydrous, i cili vepron si një izolues dhe mbajtës për spiralen. Pluhuri i oksidit anhidrik të aluminit, i cili ka përçueshmëri të lartë termike dhe kapacitet të ulët të nxehtësisë, siguron transferim të mirë të nxehtësisë dhe inerci të ulët të termistorit. Për të mbrojtur termistorin nga ndikimet mekanike dhe kimike të mjedisit të jashtëm, ai vendoset në pajisje mbrojtëse (Fig. 11-7, b) prej çeliku inox.
Rezistencat fillestare (në 0 ° C) të termistorëve standardë të platinit janë të barabarta me 1, 5, 10, 46, 50, 100 dhe 500 ohmë, bakri - 10, 50, 53 dhe 100 ohmë.
Vlera e lejuar e rrymës që rrjedh nëpër termistor kur lidhet me qarkun matës duhet të jetë e tillë që ndryshimi i rezistencës së termistorit gjatë ngrohjes të mos kalojë 0.1% të rezistencës fillestare.
Karakteristikat statike të konvertimit në formën e tabelave (kalibrimi) dhe devijimet e lejuara të këtyre karakteristikave për termistorët standardë janë dhënë në GOST 6651-78.
Përveç platinit dhe bakrit, nikeli përdoret ndonjëherë për të bërë termistorë.
Për matjen e temperaturës përdoren edhe termistorë gjysmëpërçues (termistorë) të llojeve të ndryshme, të cilët karakterizohen me ndjeshmëri më të lartë (termistorë TKS).
rezervat janë negative dhe në 20 ° C është 10-15 herë më e lartë se TCR e bakrit dhe platinit) dhe kanë rezistencë më të lartë (deri në 1 MΩ) në madhësi shumë të vogla. Disavantazhi i termistorëve është riprodhueshmëria e dobët dhe jolineariteti i karakteristikave të konvertimit:
ku rt dhe Ro- Rezistenca e termistorit në temperatura T dhe Se; Se- temperatura fillestare e diapazonit të punës; V- Koeficient.
Termistorët përdoren në intervalin e temperaturës nga -60 në + 120 ° C.
Për të matur temperaturat nga -80 në -f- 150 ° C, përdoren dioda termike dhe termotranzistorë, në të cilët rezistenca ndryshon nën ndikimin e temperaturës. R- I-bashkimi dhe rënia e tensionit në këtë kryqëzim. Ndjeshmëria e tensionit të termotransistorit është 1.5-2.0 mV / K, e cila tejkalon ndjeshëm ndjeshmërinë e termoçifteve standarde (shih Tabelën 11-1). Këta konvertues zakonisht përfshihen në qarqet dhe qarqet e urës në formën e ndarësve të tensionit.
Përparësitë e diodave termike dhe transistorëve termikë janë ndjeshmëria e lartë, madhësia e vogël dhe inercia e ulët, besueshmëria e lartë dhe kosto e ulët; disavantazhet - një gamë e ngushtë e temperaturës dhe riprodhueshmëri e dobët e karakteristikave statike të konvertimit. Ndikimi i pengesës së fundit zvogëlohet nga përdorimi i qarqeve speciale.
Inercia termike e termistorëve standardë sipas GOST 6651-78 karakterizohet nga indeksi i inercisë termike në ^, i përcaktuar si koha e nevojshme që diferenca e temperaturës midis mediumit dhe çdo pike të konvertuesit të futur në të të bëhet e barabartë me 0,37 atë vlerë kur konverteri futet në një mjedis me një temperaturë konstante, të cilën ajo e kishte në momentin e fillimit të një regjimi të rregullt termik. Indeksi i inercisë termike përcaktohet nga ajo pjesë e kurbës kalimtare të procesit termik të konvertuesit, e cila korrespondon me modalitetin e rregullt, domethënë ka një karakter eksponencial (në një shkallë gjysmë logaritmike - një vijë e drejtë). Vlera e e ^ për lloje të ndryshme të transduktorëve standard varion nga disa dhjetëra sekonda deri në disa minuta.
Kur nevojiten termistorë me inerci të ulët, për prodhimin e tyre përdoren një tel shumë i hollë (mikrotel) ose termistorë me vëllim të vogël (rruaza) ose termotranzistorë.
Oriz. 11-8. Konvertuesi i analizatorit të gazit i bazuar në parimin e matjes së përçueshmërisë termike
Rs. 11-9. Varësia e përçueshmërisë termike të gazit nga presioni
Termistorët përdoren në instrumente për analizimin e përzierjeve të gazit. Shumë përzierje gazesh ndryshojnë nga njëra-tjetra dhe nga ajri në përçueshmëri termike.
Në instrumentet për analizën e gazit - analizuesit e gazit - një termistor platini i mbinxehur përdoret për të matur përçueshmërinë termike (Fig. 11-8), i vendosur në një dhomë 2 me gazin e analizuar. Dizajni i termistorit, pajisjeve dhe dhomës, si dhe vlera e rrymës së ngrohjes, zgjidhen në mënyrë që shkëmbimi i nxehtësisë me mediumin të kryhet kryesisht për shkak të përçueshmërisë termike të mediumit të gaztë.
Për të përjashtuar ndikimin e temperaturës së jashtme, përveç temperaturës së funksionimit, përdoret një dhomë kompensimi me termistor, e mbushur me një gaz me përbërje konstante. Të dy dhomat janë bërë si një njësi e vetme, e cila u siguron dhomave të njëjtat kushte të temperaturës. Gjatë matjeve, termistorët e punës dhe kompensimit lidhen me krahët ngjitur të urës, gjë që çon në kompensimin e efektit të temperaturës.
Termistorët përdoren në pajisjet për matjen e shkallës së rrallimit. Në fig. 11-9 tregon varësinë e përçueshmërisë termike të gazit ndërmjet trupave A dhe B, nga presioni i tij.
Kështu, përçueshmëria termike e një gazi varet nga numri i molekulave për njësi vëllimi, d.m.th., nga presioni (shkalla e rrallimit). Varësia e përçueshmërisë termike të një gazi nga presioni përdoret në matës vakum - pajisje për matjen e shkallës së rrallimit.
Për matjen e përçueshmërisë termike në matësit e vakumit përdoren termistorë metalikë (platin) dhe gjysmëpërçues, të vendosur në një cilindër xhami ose metali, i cili lidhet me mjedisin e kontrolluar.
Termistorët përdoren në pajisjet për matjen e shkallës së rrjedhës së gazit - anemometra me tela të nxehtë. Temperatura e gjendjes së qëndrueshme të një termistori mbinxehjeje të vendosur në rrugën e rrjedhjes së gazit varet nga shpejtësia e rrjedhës. Në këtë rast, konvekcioni (i detyruar) do të jetë mënyra kryesore e shkëmbimit të nxehtësisë midis termistorit dhe mediumit. Ndryshimi në rezistencën e termistorit për shkak të largimit të nxehtësisë nga sipërfaqja e tij nga mediumi lëvizës lidhet funksionalisht me shpejtësinë e mediumit.
Dizajni dhe lloji i termistorit, pajisjet dhe rryma e termistorit të ngrohjes zgjidhen në mënyrë që të gjitha rrugët e transferimit të nxehtësisë, përveç konvektive, të reduktohen ose të përjashtohen.
Përparësitë e anemometrave me tela të nxehtë janë ndjeshmëria dhe shpejtësia e lartë. Këto pajisje lejojnë matjen e shpejtësive nga 1 në 100-200 m / s duke përdorur një qark matës me të cilin temperatura e termistorit mbahet automatikisht pothuajse konstante.
Konvertuesit elektrolitikë. Konvertuesit elektrolitikë bazohen në varësinë e rezistencës elektrike të një solucioni elektrolitik nga përqendrimi i tij. Ato përdoren kryesisht për të matur përqendrimin e tretësirave.
Në fig. 11-10, për shembull, tregohen grafikët e varësisë së përçueshmërisë elektrike specifike të disa zgjidhjeve të elektrolitit nga përqendrimi. Me tretësirë. Nga kjo figurë rezulton se, në një gamë të caktuar të ndryshimit të përqendrimit, varësia e përçueshmërisë elektrike nga përqendrimi është e paqartë dhe mund të përdoret për të përcaktuar Me.
Oriz. 11-10. Varësia e përçueshmërisë elektrike specifike të tretësirave të elektrolitit nga përqendrimi i substancës së tretur
Oriz. 11-11. Konvertuesi elektrolitik laboratorik
Transduktori që përdoret në kushte laboratorike për matjen e përqendrimit është një enë me dy elektroda (celula elektrolitike) (Fig. 11-11). Për matjet e vazhdueshme industriale, transduktorët janë të rrjedhshëm dhe shpesh përdoren struktura në të cilat muret e enës (metali) luajnë rolin e elektrodës së dytë.
Përçueshmëria elektrike e tretësirave varet nga temperatura. Kështu, kur përdorni konvertues elektrolitikë, është e nevojshme të eliminoni ndikimin e temperaturës. Ky problem zgjidhet duke stabilizuar temperaturën e tretësirës duke përdorur një frigorifer (ngrohës) ose duke përdorur qarqet e kompensimit të temperaturës me termistorë bakri, pasi koeficientët e përçueshmërisë së temperaturës së solucioneve të bakrit dhe elektrolitit kanë shenja të kundërta.
Kur rryma e drejtpërdrejtë kalon përmes konvertuesit, ndodh elektroliza e tretësirës, e cila çon në shtrembërim të rezultateve të matjes. Prandaj, matjet e rezistencës së një zgjidhjeje zakonisht kryhen në rrymë alternative (700-1000 Hz), më shpesh duke përdorur qarqe urë.
Konvertuesit induktiv. Parimi i funksionimit të konvertuesve bazohet në varësinë e induktivitetit ose induktivitetit të ndërsjellë të mbështjelljeve në qarkun magnetik nga pozicioni, dimensionet gjeometrike dhe gjendja magnetike e elementeve të qarkut të tyre magnetik.
Oriz. 11-12. Qarku magnetik me boshllëqe dhe dy mbështjellje
Induktiviteti dhe induktiviteti i ndërsjellë mund të ndryshohen duke vepruar në gjatësinë b, në seksionin kryq të seksionit të ajrit të qarkut magnetik s, në humbjen e fuqisë në qarkun magnetik dhe në mënyra të tjera. Kjo mund të arrihet, për shembull, duke lëvizur bërthamën e lëvizshme (armaturën) / (Fig. 11-12) në lidhje me atë të palëvizshme 2, futja e një pllake metalike jo magnetike 3 në hendekun e ajrit, etj.
Në fig. 11-13 tregojnë në mënyrë skematike lloje të ndryshme të konvertuesve induktivë. Një konvertues induktiv (Fig. 11-13, a) me një gjatësi të ndryshueshme të hendekut të ajrit b karakterizohet nga një varësi jolineare L = f(b). Një transduktor i tillë zakonisht përdoret kur armatura lëviz me 0,01-5 mm. Në mënyrë të konsiderueshme më pak ndjeshmëri, por varësi lineare L = f(s) konvertuesit me seksion kryq të hendekut të ndryshueshëm të ajrit ndryshojnë (fig. 11-13, b). Këta transduktorë përdoren për zhvendosje deri në 10-15 mm.
Oriz. 11-13. Transduktorë induktivë me një gjatësi të ndryshueshme të hendekut (a), me një seksion hendeku të ndryshueshëm (b), diferencial (v), transformator diferencial (g), transformator diferencial me qark të hapur magnetik (e) magnetoelastike (e)
Armatura në një konvertues induktiv po përjeton një forcë tërheqëse (të padëshiruar) nga elektromagneti
ku W m- energjia e fushës magnetike; L- induktiviteti i konvertuesit; / është rryma që kalon nëpër mbështjelljen e konvertuesit.
Konvertuesit diferencialë induktivë janë të përhapur (Fig. 11-13, v), në të cilën, nën ndikimin e vlerës së matur, dy boshllëqe elektromagnetësh ndryshojnë njëkohësisht dhe për më tepër me shenja të ndryshme. Transduktorët diferencialë në kombinim me një qark matës të përshtatshëm (zakonisht urë) kanë një ndjeshmëri më të lartë, më pak jolinearitet të karakteristikës së konvertimit, kanë më pak ndikim nga faktorët e jashtëm dhe një forcë të reduktuar që rezulton në armaturë nga elektromagneti sesa transduktorët jo-diferencial.
Në fig. 11-13, G tregon një qark për ndezjen e një konverteri induktiv diferencial, në të cilin sasitë e daljes janë induktanca të ndërsjella. Konvertuesit e tillë quhen reciprokisht induktivë ose transformatorë. Kur mbështjellja primare furnizohet me rrymë alternative dhe kur armatura është simetrike, pozicioni i armaturës në raport me elektromagnetët, EMF në terminalet e daljes është zero. Kur armatura lëviz, EMF shfaqet në terminalet e daljes.
Për konvertimin e zhvendosjeve relativisht të mëdha (deri në 50-100 mm), përdoren konvertuesit e transformatorëve me një qark të hapur magnetik (Fig. 11-13, O).
Përdoren konvertuesit e transformatorëve të këndit të rrotullimit, të përbërë nga një stator fiks dhe një rotor i lëvizshëm me dredha-dredha. Dredha-dredha e statorit furnizohet me rrymë alternative. Rrotullimi i rotorit shkakton një ndryshim në vlerën dhe fazën e EMF të induktuar në mbështjelljen e tij. Transduktorë të tillë përdoren kur maten zhvendosje të mëdha këndore.
Induktozinat përdoren për të matur zhvendosjet e vogla këndore (Fig. 11-14). Rotori / dhe statori 2 induktozina furnizohet me mbështjellje të printuara 3, që ka formën e një rasteri radial. Parimi i veprimit të induktozinës është i ngjashëm me atë të përshkruar më sipër. Duke aplikuar mbështjelljet me printim, është e mundur të përftohet një numër i madh hapash të mbështjelljes së shtyllës, gjë që siguron një ndjeshmëri të lartë të konvertuesit ndaj ndryshimeve në këndin e rrotullimit.
Oriz. 11-14. Pajisja (at) dhe lloji i mbështjelljes së printuar (b) induktozina
Nëse bërthama ferromagnetike e inverterit i nënshtrohet stresit mekanik 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 një ndryshim në induktivitetin L dhe induktiviteti i ndërsjellë M mbështjellje. Transduktorët magnetoelastikë bazohen në këtë parim (Fig. 11-13, e).
Dizajni i transduktorit përcaktohet nga diapazoni i zhvendosjes së matur. Dimensionet e transduktorit zgjidhen bazuar në fuqinë e kërkuar të sinjalit të daljes.
Për të matur parametrin e daljes së konvertuesve induktivë, përdoren më gjerësisht qarqet e urës (ekuilibër dhe jo ekuilibër), si dhe një qark kompensimi (në pajisjet automatike) për konvertuesit e transformatorëve diferencialë.
Transduktorët induktiv përdoren për të kthyer zhvendosjen dhe sasi të tjera jo elektrike që mund të shndërrohen në zhvendosje (forcë, presion, çift rrotullues, etj.).
Në krahasim me transduktorët e tjerë të zhvendosjes, transduktorët induktiv dallohen nga sinjale të larta në dalje, thjeshtësi dhe besueshmëri në funksionim.
Disavantazhi i tyre është efekti i kundërt i transduktorit në objektin në studim (efekti i elektromagnetit në armaturë) dhe efekti i inercisë së armaturës në karakteristikat e frekuencës së pajisjes.
Oriz. 11-15. Transformuesit kapacitiv me një distancë të ndryshueshme midis pllakave (a), diferencial (b), diferencial me një zonë aktive të ndryshueshme të pllakave (c) dhe me një konstante dielektrike të ndryshueshme të mediumit midis pllakave (d)
Konvertuesit kapacitiv. Konvertuesit kapacitiv bazohen në varësinë e kapacitetit të një kondensatori nga dimensionet, rregullimi i ndërsjellë i pllakave të tij dhe nga konstanta dielektrike e mediumit ndërmjet tyre.
Në fig. 11-15 tregon në mënyrë skematike rregullimin e konvertuesve të ndryshëm kapacitiv. Konvertuesi në Fig. 11-15, aështë një kondensator, njëra pllakë e të cilit lëviz nën veprimin e vlerës së matur X në raport me pllakën fikse. Karakteristika statike e transformimit C (b) është jolineare. Ndjeshmëria e transduktorit rritet me zvogëlimin e distancës 6. Transduktorë të tillë përdoren për të matur zhvendosjet e vogla (më pak se 1 mm).
Një lëvizje e vogël e punës e pllakave çon në gabime nga ndryshimi i distancës midis pllakave me luhatje të temperaturës. Duke zgjedhur madhësitë e pjesëve të konvertuesit dhe materialeve, ky gabim zvogëlohet.
Në transduktorët kapacitiv, ekziston një forcë (e padëshiruar) tërheqëse midis pllakave
ku W 3- energjia e fushës elektrike; U dhe C janë përkatësisht voltazhi dhe kapaciteti ndërmjet pllakave.
Përdoren edhe transduktorë diferencialë (Fig. 11-15, b), të cilët kanë një pllakë të lëvizshme dhe dy të palëvizshme. Nën ndikimin e vlerës së matur X këta konvertues ndryshojnë kapacitetet e tyre në të njëjtën kohë. Në fig. 11-15, v tregon një konvertues kapacitiv diferencial me një zonë aktive të ndryshueshme të pllakave. Një transduktor i tillë përdoret për të matur zhvendosjet lineare relativisht të mëdha (më shumë se 1 mm) dhe këndore. Në këta konvertues, është e lehtë të merret karakteristika e kërkuar e konvertimit duke profilizuar pllakat.
Transformatorët (e) përdoren për të matur nivelin e lëngjeve, përmbajtjen e lagështisë së substancave, trashësinë e produkteve dielektrike, etj. Për shembull (Fig. 11-15, G) jepet pajisja e transmetuesit të nivelit kapacitiv. Kapaciteti midis elektrodave të ulura në enë varet nga niveli i lëngut, pasi një ndryshim në nivel çon në një ndryshim në konstantën mesatare dielektrike të mediumit midis elektrodave. Duke ndryshuar konfigurimin e pllakave, është e mundur të merret karakteri i dëshiruar i varësisë së leximeve të instrumentit nga vëllimi (masa) e lëngut.
Për të matur parametrin e daljes së konvertuesve kapacitiv, përdoren qarqet e urës 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 të rendit 10 ~ 7 mm. Qarqet me konvertues kapacitiv zakonisht furnizohen me një rrymë me frekuencë të rritur (deri në dhjetëra megahertz), e cila shkaktohet nga dëshira për të rritur sinjalin që hyn në pajisjen matëse dhe nevoja për të zvogëluar efektin e lëvizjes së rezistencës së izolimit.
Konvertuesit e jonizimit. Konvertorët bazohen në fenomenin e jonizimit të gazit ose lumineshencës së substancave të caktuara nën ndikimin e rrezatimit jonizues.
Nëse një dhomë që përmban një gaz është e ekspozuar ndaj rrezatimit, për shembull, me rreze P, atëherë një rrymë do të rrjedhë midis elektrodave të përfshira në qarkun elektrik (Fig. 11-16). Kjo rrymë varet nga voltazhi i aplikuar në elektroda, nga dendësia dhe përbërja e mjedisit të gazit, madhësia e dhomës dhe elektrodave, vetitë dhe intensiteti i rrezatimit jonizues, etj. Këto varësi përdoren për të matur sasi të ndryshme jo elektrike. : dendësia dhe përbërja e mjedisit të gazit, dimensionet gjeometrike të pjesëve etj.
Oriz. 11-16. Qarku i konvertuesit të jonizimit
Oriz. 11-17. Karakteristika e rrymës-tensionit të konvertuesit të jonizimit
Si agjentë jonizues, përdoren rrezet a-, p- dhe y të substancave radioaktive, shumë më rrallë - rrezet X dhe rrezatimi neutron.
Për të matur shkallën e jonizimit, përdoren konvertuesit - dhomat e jonizimit dhe sportelet e jonizimit, veprimi i të cilave korrespondon me seksione të ndryshme të karakteristikës së tensionit aktual të hendekut të gazit midis dy elektrodave. Në fig. 11-17 tregon varësinë e rrymës në dhomë (Fig. 11-16) me një përbërje konstante gazi nga tensioni i aplikuar U dhe intensiteti i rrezatimit. Vendndodhja është ndezur A karakteristikat, rryma rritet në përpjesëtim të drejtë me tensionin, pastaj rritja e saj ngadalësohet dhe në seksion B arrin ngopjen. Kjo tregon se të gjitha jonet e krijuara në dhomë po arrijnë në elektroda. Vendndodhja është ndezur V rryma e jonizimit fillon të rritet përsëri, e cila shkaktohet nga jonizimi sekondar kur elektronet dhe jonet primare godasin molekulat neutrale. Me një rritje të mëtejshme të tensionit (seksioni G) rryma e jonizimit pushon së varuri nga jonizimi fillestar dhe futet
shkarkim i vazhdueshëm (seksioni D), e cila nuk është më e varur nga efektet e rrezatimit radioaktiv.
Komplote A dhe B Karakteristikat e tensionit aktual përshkruajnë veprimin e dhomave të jonizimit dhe të seksioneve V dhe G - sportele jonizuese. Përveç dhomave dhe sporteleve jonizuese, si konvertues jonizues përdoren edhe njehsorët e shintilimit (lumineshent). Parimi i funksionimit të këtyre sporteleve bazohet në shfaqjen e fosforit në disa substanca (sulfidi i zinkut i aktivizuar nga argjendi, sulfuri i kadmiumit, etj.) - nën veprimin e rrezatimit radioaktiv të ndezjeve të dritës (shkintilacioneve), të cilat regjistrohen në numërues. nga fotoshumëzuesit. Shkëlqimi i këtyre ndezjeve dhe, rrjedhimisht, rryma e fotoshumëzuesit përcaktohen nga rrezatimi radioaktiv.
Zgjedhja e llojit të konvertuesit jonizues varet në një masë të madhe nga rrezatimi jonizues.
Rrezet alfa (bërthamat e atomit të heliumit) kanë një fuqi të lartë jonizuese, por kanë një fuqi të ulët depërtuese. Në trupat e ngurtë, rrezet a përthithen në shtresa shumë të holla (njësi deri në dhjetëra mikrometra). Prandaj, kur përdoren rrezet a, emituesi a vendoset brenda transduktorit.
Rrezet beta janë një rrymë elektronesh (pozitronesh); ato kanë një aftësi jonizuese shumë më të ulët se rrezet a, por kanë një fuqi më të lartë depërtuese. Gjatësia e rrugës në trupat e ngurtë arrin disa milimetra. Prandaj, emetuesi mund të vendoset si brenda ashtu edhe jashtë konvertuesit.
Ndryshimet në distancën midis elektrodave, zonës së mbivendosjes së elektrodave ose pozicionit të burimit të rrezatimit në lidhje me dhomat ose sportelet e jonizimit ndikojnë në vlerën e rrymës së jonizimit. Prandaj, këto varësi përdoren për të matur sasi të ndryshme mekanike dhe gjeometrike.
Në fig. 11-18 tregon një shembull të një matës presioni të diafragmës jonizuese, ku / është një emetues; 2 - cipë; 3 - një elektrodë fikse e izoluar nga membrana. Midis elektrodave 2 a 3 aplikohet një diferencë e mjaftueshme potenciale për të arritur rrymën e ngopjes. Kur presioni ndryshon R membrana përkulet, duke ndryshuar distancën midis elektrodave dhe vlerën e rrymës së jonizimit.
Oriz. 11-18. Matës presioni i diafragmës jonizuese
Oriz. 11-19. Matësi i shkarkimit të gazit
Rrezet gama janë dridhje elektromagnetike me një gjatësi vale shumë të vogël (10 ~ 8 -10 ~ "cm), që rrjedhin nga transformimet radioaktive.Rrezet gama kanë një aftësi të madhe depërtuese.
Modelet e dhomave dhe sporteleve jonizuese janë të ndryshme dhe varen nga lloji i rrezatimit.
Për regjistrimin e grimcave individuale, si dhe për matjen e rrezatimit γ të vogël, përdoren gjerësisht të ashtuquajturat numërues të shkarkimit të gazit, veprimi i të cilave përshkruhet nga seksionet V dhe karakteristikat e rrymës-tensionit G. Pajisja e njehsorit të shkarkimit të gazit është paraqitur në Fig. 11-19. Banaku përbëhet nga një cilindër metalik /, brenda të cilit shtrihet një tel i hollë tungsteni 2. Të dyja këto elektroda vendosen në një cilindër xhami. 3 sek gaz inert. Kur gazi jonizohet, në qarkun e njehsorit shfaqen impulse të rrymës, numri i të cilave numërohet.
Izotopet radioaktive zakonisht përdoren si burime të rrezatimit a-, p- dhe y. Burimet e rrezatimit të përdorura në teknologjinë matëse duhet të kenë një gjysmë jetëgjatësi të konsiderueshme dhe energji të mjaftueshme rrezatimi (kobalt-60, stroncium-90, plutonium-239, etj.).
Avantazhi kryesor i pajisjeve që përdorin rrezatim jonizues është mundësia e matjeve pa kontakt, e cila ka një rëndësi të madhe, për shembull, kur matet në mjedise agresive ose shpërthyese, si dhe në mjedise nën presion të lartë ose temperaturë të lartë. Disavantazhi kryesor i këtyre pajisjeve është nevoja për të përdorur mbrojtje biologjike në një aktivitet të lartë të burimit të rrezatimit.
13.2 Transduktorët matës të gjeneratorëve
Informacion i pergjithshem. Në konvertuesit e gjeneratorit, sasia e daljes është EMF ose ngarkesë, funksionalisht e lidhur me sasinë e matur jo elektrike.
Konvertuesit termoelektrikë. Këta konvertues bazohen në një efekt termoelektrik në qarkun e termoçiftit.
Me një ndryshim të temperaturës midis pikave / dhe 2 lidhjeve të dy përçuesve të ndryshëm A dhe B(Fig. 11-20, a), duke formuar një termoelement, një termo-EMF lind në qarkun e termoçiftit.
Për të matur termo-EMF, një pajisje matëse elektrike (milivoltmetër, kompensator) është përfshirë në qarkun e termoelementit (Fig. 11-20, b). Pika e lidhjes së përçuesve (elektrodave) quhet fundi i punës i termoçiftit, pikat 2 dhe 2" - skajet e lira.
Në mënyrë që termo-EMF në qarkun e termoçiftit të përcaktohet pa mëdyshje nga temperatura e skajit të punës, temperatura e skajeve të lira të termoçiftit duhet të mbahet e njëjtë dhe e pandryshuar.
Oriz. 11-20. Termoçift (t) dhe metoda e lidhjes së pajisjes me qarkun e termoçiftit (b)
Kalibrimi i termometrave termoelektrikë - pajisje që përdorin termoçift për matjen e temperaturës, zakonisht kryhet në një temperaturë me fund të lirë prej O ° C. Tabelat e kalibrimit për termoçiftet standarde përpilohen gjithashtu me kusht që temperatura e skajeve të lira të jetë O ° C. Në aplikimin praktik të termometrave termoelektrikë, temperatura e skajeve të lira të termoelementit zakonisht nuk është e barabartë me O ° C dhe për këtë arsye është e nevojshme të bëhet një korrigjim.
Për prodhimin e termoçifteve të përdorura aktualisht për matjen e temperaturës, kryesisht përdoren lidhje speciale.
Për matjen e temperaturave të larta përdoren termoçifte të llojeve TPP, TPR dhe TBR. Termoçiftet e bëra nga metale fisnike (TPP dhe TPR) përdoren për matje me saktësi të shtuar. Në raste të tjera, përdoren termoçiftet e metaleve bazë (TCA, TCA).
Për t'u mbrojtur nga ndikimet e jashtme (presioni, gazrat agresivë, etj.), elektrodat e termoçiftit vendosen në pajisje mbrojtëse, strukturalisht të ngjashme me pajisjet e termistorëve (Fig. 11-7, b).
Për lehtësinë e stabilizimit të temperaturës së skajeve të lira, ndonjëherë termoçifti zgjatet duke përdorur të ashtuquajturat tela zgjatues të bërë ose nga materialet e duhura termoelektrodike, ose nga materiale të zgjedhura posaçërisht që janë më të lira se materialet e elektrodës dhe që plotësojnë kushtet e identitetit termoelektrik me termoelementi kryesor në rangun e temperaturave të mundshme të skajeve të lira (zakonisht nga 0 në 100 ° C). Me fjalë të tjera, telat zgjatues duhet të kenë të njëjtën varësi nga temperatura e termo-EMF në intervalin e specifikuar të temperaturës si ajo e termoelementit kryesor.
Inercia e termoçifteve karakterizohet nga një tregues i inercisë termike. Modele të njohura të termoçifteve me inerci të ulët, në të cilat inercia termike është 5-20 s. Termoçiftet në pajisje konvencionale kanë një inerci termike prej disa minutash.
Transduktorët e induksionit përdoren për të matur shpejtësinë e zhvendosjeve lineare dhe këndore. Sinjali i daljes së këtyre konvertuesve mund të integrohet ose diferencohet në kohë duke përdorur pajisje elektrike integruese ose diferencuese. Pas këtyre transformimeve, parametri i sinjalit informativ bëhet proporcional, përkatësisht, me zhvendosjen ose nxitimin. Prandaj, transduktorët e induksionit përdoren gjithashtu për të matur zhvendosjet dhe nxitimet lineare dhe këndore.
Konvertorët e induksionit përdoren më gjerësisht në instrumentet për matjen e shpejtësisë këndore (takometrat) dhe në instrumentet për matjen e parametrave të dridhjeve.
Transduktorët e induksionit për takometrat janë gjeneratorë të vegjël (1-100 W) DC ose AC, zakonisht të ngacmuar në mënyrë të pavarur nga një magnet i përhershëm, rotori i të cilit është i lidhur mekanikisht me boshtin e provës. Kur përdorni një gjenerator të rrymës së drejtpërdrejtë, shpejtësia këndore gjykohet nga EMF e gjeneratorit, dhe në rastin e përdorimit të një gjeneratori të rrymës alternative, shpejtësia këndore mund të përcaktohet nga vlera e EMF ose frekuenca e tij.
Në fig. 11-21 tregojnë një transduktor induksioni për matjen e amplitudës, shpejtësisë dhe nxitimit të një lëvizjeje reciproke. Konvertuesi është një spirale cilindrike / që lëviz në hendekun unazor të qarkut magnetik 2. Magnet i përhershëm cilindrike 3 krijon një fushë magnetike radiale konstante në hendekun unazor. Kur lëviz, spiralja kalon linjat e forcës së fushës magnetike dhe në të krijohet një EMF, në përpjesëtim me shpejtësinë e lëvizjes.
Oriz. 11-21. Transduktor induksioni
Gabimet e konvertuesve të induksionit përcaktohen kryesisht nga ndryshimet në fushën magnetike me kalimin e kohës dhe me ndryshimet e temperaturës, si dhe ndryshimet e temperaturës në rezistencën e mbështjelljes.
Përparësitë kryesore të konvertuesve të induksionit janë thjeshtësia e tyre krahasuese e dizajnit, besueshmëria e funksionimit dhe ndjeshmëria e lartë. Disavantazhi është diapazoni i kufizuar i frekuencës së vlerave të matura.
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 (kuarci, turmalinë, kripë hekuri, etj.) nën ndikimin e streseve mekanike.
Një pllakë është prerë nga një kristal kuarci, skajet e së cilës duhet të jenë pingul me boshtin optik Oz, boshti mekanik OU dhe boshti elektrik Oh kristal (Fig. 11-22, a dhe b).
F x përgjatë boshtit elektrik në fytyra X shfaqen akuza Q x = kF x, ku k- koeficienti piezoelektrik (moduli).
Kur një forcë ushtrohet në pllakë F y përgjatë boshtit mekanik në të njëjtat faqe X lindin akuza Q y = kF y a / b, ku a dhe b- dimensionet e skajeve të pllakës.
Veprimi mekanik në pllakë përgjatë boshtit optik nuk shkakton shfaqjen e ngarkesave.
Pajisja e një transduktori piezoelektrik për matjen e presionit të alternuar të gazit është paraqitur në Fig. 11-23. Presioni R përmes një membrane metalike / transferohet në sanduiç midis ndarësve metalikë 2 pllaka kuarci 3.
Oriz. 11-22. Kristal kuarci (a) dhe pjatë (b), gdhendur prej saj
Topi 4 nxit shpërndarjen uniforme të presionit mbi sipërfaqen e pllakave të kuarcit. Guarnicioni i mesëm është i lidhur me terminalin 5, i cili kalon përmes një mëngë të materialit të mirë izolues. Kur ekspozohen ndaj presionit R ndodh një ndryshim i mundshëm midis pin 5 dhe strehës së transmetuesit .
Në transduktorët piezoelektrikë, përdoret kryesisht kuarci, në të cilin vetitë piezoelektrike kombinohen me forcë të lartë mekanike dhe cilësi të larta izoluese, si dhe me pavarësinë e karakteristikave piezoelektrike nga temperatura në një gamë të gjerë. Përdoren gjithashtu qeramika të polarizuara të titanatit të bariumit, titanatit të plumbit dhe zirkonatit.
Oriz. 11-23. Transduktor i presionit piezoelektrik
Dimensionet e pllakave dhe numri i tyre zgjidhen në bazë të konsideratave të projektimit dhe vlerës së kërkuar të tarifës.
Ngarkesa e krijuar në transduktorin piezoelektrik "rrjedh poshtë" përgjatë izolimit dhe qarkut të hyrjes së pajisjes matëse. Prandaj, pajisjet që matin diferencën e potencialit në transduktorët piezoelektrikë duhet të kenë një rezistencë të lartë hyrëse (10 12 -10 15 Ohm), e cila praktikisht sigurohet nga përdorimi i amplifikatorëve elektronikë me një rezistencë të lartë hyrëse.
Për shkak të "kullimit" të ngarkesës, këta transduktorë përdoren për të matur vetëm sasitë që ndryshojnë me shpejtësi (forcat e ndryshueshme, presionet, parametrat e dridhjeve, përshpejtimet, etj.).
Përdoren transduktorë piezoelektrikë - piezoresonatorë, në të cilët përdoren njëkohësisht piezoefekte direkte dhe të kundërta. Kjo e fundit qëndron në faktin se nëse një tension alternativ aplikohet në elektrodat e transduktorit, atëherë në pllakën piezoelektrike do të lindin dridhje mekanike, frekuenca e së cilës (frekuenca e rezonancës) varet nga trashësia. h pjatë, moduli i elasticitetit E dhe dendësia p e materialit të saj. Kur një konvertues i tillë lidhet me qarkun rezonant të gjeneratorit, frekuenca e lëkundjeve elektrike të krijuara përcaktohet nga frekuenca f p. Gjatë ndryshimit të vlerave h, E ose p nën ndikimin e ndikimeve mekanike ose termike, frekuenca / p do të ndryshojë dhe, në përputhje me rrethanat, frekuenca e lëkundjeve të gjeneruara do të ndryshojë. Ky parim përdoret për të kthyer presionin, forcën, temperaturën dhe sasi të tjera në frekuencë.
Konvertorët galvanikë. Konvertorët bazohen në varësinë e EMF të qarkut galvanik nga aktiviteti kimik i joneve të elektrolitit, d.m.th., në përqendrimin e joneve dhe proceseve redoks në elektrolit. Këta konvertues përdoren për të përcaktuar reaksionin e një solucioni (acid, neutral, alkalik), i cili varet nga aktiviteti i joneve të hidrogjenit në tretësirë.
Uji i distiluar ka një përçueshmëri elektrike të dobët, por të mirëpërcaktuar, gjë që shpjegohet me jonizimin e ujit.Aktiviteti kimik a është i barabartë me produktin e përqendrimit ekuivalent dhe koeficientit të aktivitetit (duke prirur për unitetin me hollimin e pafund të tretësirës).
Nëse një acid, i cili formon jonet H + gjatë shpërbërjes, tretet në ujë, atëherë përqendrimi i joneve H + në tretësirë do të bëhet më i lartë se në ujin e pastër, dhe përqendrimi i joneve OH ~ është më i ulët për shkak të ribashkimit të disa i joneve H + me jonet OH.
Kështu, reaktiviteti i joneve të hidrogjenit në një tretësirë është një karakteristikë e reaksionit të tretësirës. Reaksioni i tretësirës numerikisht karakterizohet me logaritmin negativ të aktivitetit të joneve të hidrogjenit - vlera e pH.Për ujin e distiluar vlera e pH është 7 njësi pH.
Gama e ndryshimeve në pH e tretësirave ujore në t = 22 ° Сështë 0-14 njësi pH.
Për të matur pH, përdoret një metodë e bazuar në matjen e potencialit të elektrodës (kufitare).
Nëse një elektrodë metalike zhytet në një tretësirë që përmban jonet e saj me të njëjtin emër, atëherë elektroda fiton një potencial. Elektroda e hidrogjenit sillet në mënyrë të ngjashme.
Për të marrë një potencial elektrodë midis hidrogjenit dhe një tretësire, është e nevojshme të kemi një të ashtuquajtur elektrodë hidrogjeni. Një elektrodë hidrogjeni mund të krijohet duke përfituar nga vetia e hidrogjenit për të absorbuar në sipërfaqen e platinit, iridiumit dhe paladiumit. Në mënyrë tipike, elektroda e hidrogjenit është një elektrodë platini e veshur me platin të zi, së cilës furnizohet vazhdimisht me gaz hidrogjeni. Potenciali i një elektrode të tillë varet nga përqendrimi i joneve të hidrogjenit në tretësirë.
Është e pamundur të matet praktikisht vlera absolute e potencialit kufitar. Prandaj, një konvertues galvanik përbëhet gjithmonë nga dy gjysmë qeliza të lidhura elektrike me njëra-tjetrën: një gjysmë qelizë pune (matëse), e cila është një zgjidhje provë me një elektrodë, dhe një gjysmë qelizë krahasuese (ndihmëse) me një potencial kufitar konstant. , i përbërë nga një elektrodë dhe një tretësirë me përqendrim konstant. Një elektrodë hidrogjeni me një përqendrim normal konstant të joneve të hidrogjenit përdoret si një gjysmë qelizë krahasuese. Në matjet industriale, përdoret një elektrodë më e përshtatshme krahasuese kalomele.
Oriz. 11-24. Konvertuesi galvanik
Në fig. 11-24 tregohet një transmetues për matjen e përqendrimit të joneve të hidrogjenit. Elektroda e kalomelës shërben si një gjysmë qelizë krahasuese. Është një enë qelqi 4, në fund të së cilës vendoset një sasi e vogël merkuri dhe sipër saj është një pastë kalomel (Hg2Cb). Një tretësirë e klorurit të kaliumit (KC1) hidhet sipër pastës. Potenciali lind në ndërfaqen kalomel - merkur. Për kontakt me merkurin, një elektrodë platini 5 ngjitet në fund të enës. Potenciali i elektrodës së kalomelës varet nga përqendrimi i merkurit në kalomel, dhe përqendrimi i joneve të merkurit, nga ana tjetër, varet nga përqendrimi i klorit. jonet në tretësirën e klorurit të kaliumit.
Një elektrodë hidrogjeni është zhytur në tretësirën e provës. Të dy gjysmë qelizat janë të lidhura me një çelës elektrolitik, i cili është një tub 2, zakonisht mbushet me tretësirë të ngopur të KC1 dhe mbyllet me priza gjysmë të përshkueshme 3. EMF i një konverteri të tillë është një funksion i pH.
Në pajisjet e tipit industrial, përdoren elektroda më të përshtatshme të antimonit ose kinhidronit në vend të elektrodave të hidrogjenit të punës. Përdoren gjerësisht edhe të ashtuquajturat elektroda xhami.
Pajisjet e kompensimit përdoren kryesisht për të matur EMF-në e konvertuesve galvanikë. Për elektrodat e qelqit, qarku matës duhet të ketë një rezistencë të lartë hyrëse, pasi rezistenca e brendshme e elektrodave të qelqit arrin 100-200 MΩ. Gjatë matjes së pH me transduktorë galvanikë, duhet të bëhen korrigjime për efektin e temperaturës.
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
Emërtimi |
Gama e aplikimit, o C |
|
Bakër - Copel |
||
Chromel - Copel |
||
Chromel - alumel |
||
Rodiumi i platinit (10% Rh) - platini |
||
Rodium platini (30% Rh ) - rodium platini (6% Rh) |
||
Tungsten (5% Re ) - tungsten (20% Re) |
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
Materiali (marka) |
Pika Curie, o C |
|
Titanat barium (TB-1) Titanat zirkonat plumbi (TsTS-19) |
70.0x10 -12 119.0x10 -12 |
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
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 diapazonin e temperaturës nga -200 ° C deri në 0 ° C ka formën:
Rt = R 0,
dhe në intervalin e temperaturës nga 0 ° С deri në 630 ° С
Rt = R 0 [ 1+ Në + Bt 2],
ku Rt, R 0- rezistenca e përcjellësit në temperaturë t dhe 0 ° C; A, B,С - koeficientët; t- temperatura, ° С.
Në intervalin e temperaturës nga 0 ° C deri në 180 ° C, varësia e rezistencës së përcjellësit nga temperatura përshkruhet me formulën e përafërt
Rt = R 0 [ 1+ αt],
ku α - Koeficienti i temperaturës së rezistencës së materialit përcjellës (TCR).
Për përçuesit metalikë të zhveshur α ≈ 6-10 -3 ... 4-10 -3 deg -1.
Matja e temperaturës me një termometër rezistence reduktohet në matjen e rezistencës së saj R t, me kalimin e mëvonshëm në temperaturë sipas formulave ose tabelave të kalibrimit.
Dalloni midis termometrave të rezistencës me tela dhe gjysmëpërçues. Një termometër i rezistencës së telit është një tel i hollë prej metali të pastër, i fiksuar në një kornizë të bërë nga materiali rezistent ndaj temperaturës (element sensor), i vendosur në një armaturë mbrojtëse (Figura 6.4).
Figura 6.4 - Elementi sensor i termometrit të rezistencës
Plumbat nga elementi ndijues janë të lidhur me kokën e termometrit. Zgjedhja për prodhimin e termometrave të rezistencës së telave nga metale të pastra, dhe jo aliazhe, është për faktin se TCR e metaleve të pastra është më e madhe se ajo e lidhjeve dhe, për rrjedhojë, termometrat e bazuar në metale të pastra janë më të ndjeshëm.
Industria prodhon termometra rezistent ndaj platinit, nikelit dhe bakrit. Për të siguruar këmbyeshmërinë dhe kalibrimin uniform të termometrave, vlerat e rezistencës së tyre janë të standardizuara R 0 dhe TCS.
Termometrat e rezistencës gjysmëpërçuese (termistorët) janë rruaza, disqe ose shufra të bëra nga materiali gjysmëpërçues me priza për lidhje me një qark matës.
Industria prodhon në mënyrë serike shumë lloje të termistorëve në dizajne të ndryshme.
Dimensionet e termistorëve, si rregull, janë të vogla - rreth disa milimetra, dhe disa lloje janë të dhjetat e milimetrit. Për t'u mbrojtur nga dëmtimet mekanike dhe ekspozimi ndaj mjedisit, termistorët mbrohen me veshje qelqi ose smalti, si dhe mbulesa metalike.
Termistorët zakonisht kanë rezistencë nga njësitë në qindra kilo-ohmë; TCR e tyre në intervalin e temperaturës së funksionimit është një rend i madhësisë më i lartë se ai i termometrave me tela. Si materiale për lëngun e punës të termistorëve, përdoren përzierje oksidesh nikel, mangan, bakri, kobalt, të cilat përzihen me një lidhës, i japin formën e kërkuar dhe sinterohen në temperaturë të lartë. Termistorët përdoren për të matur temperaturat në rangun nga -100 në 300 ° C. Inercia e termistorëve është relativisht e ulët. Disavantazhet e tyre përfshijnë jolinearitetin e varësisë nga temperatura e rezistencës, mungesën e ndërrueshmërisë për shkak të përhapjes së madhe të rezistencës nominale dhe TCR, si dhe ndryshimin e pakthyeshëm të rezistencës me kalimin e kohës.
Për matjet në intervalin e temperaturës afër zeros absolute, përdoren termometra gjysmëpërçues të germaniumit.
Matja e rezistencës elektrike të termometrave kryhet duke përdorur ura ose kompensues AC dhe DC. Një tipar i matjeve termometrike është kufizimi i rrymës matëse për të përjashtuar ngrohjen e trupit të punës të termometrit. Për termometrat e rezistencës së telit, rekomandohet të zgjidhni një rrymë matëse të tillë që fuqia e shpërndarë nga termometri të mos kalojë 20 ... 50 mW. Shpërndarja e lejuar e fuqisë në termistorë është shumë më e ulët dhe rekomandohet të përcaktohet eksperimentalisht për secilin termistor.
Transduktorë të ndjeshëm ndaj tendosjes (sforcim matës).
Në praktikën e projektimit, shpesh është e nevojshme të maten sforcimet dhe sforcimet mekanike në elementët strukturorë. Konvertuesit më të zakonshëm të këtyre sasive në një sinjal elektrik janë matësit e tendosjes. Funksionimi i matësve të tendosjes bazohet në vetinë e metaleve dhe gjysmëpërçuesve për të ndryshuar rezistencën e tyre elektrike nën veprimin e forcave të aplikuara ndaj tyre. Matësi më i thjeshtë i tendosjes mund të jetë një copë teli, e ngjitur fort në sipërfaqen e pjesës së deformuar. Shtrirja ose tkurrja e një pjese shkakton një zgjerim ose tkurrje proporcionale të telit, si rezultat i të cilit ndryshon rezistenca e tij elektrike. Brenda kufijve të deformimeve elastike, ndryshimi relativ në rezistencën e telit shoqërohet me zgjatjen relative të tij nga raporti:
ΔR / R = K T Δl / l,
ku l, R- gjatësia fillestare dhe rezistenca e telit; Δl, ΔR- rritje e gjatësisë dhe rezistencës; K T- koeficienti i ndjeshmërisë së tensionit.
Vlera e koeficientit të sforcimit varet nga vetitë e materialit nga i cili është bërë matësi i deformimit, si dhe nga mënyra e lidhjes së matës sforcimi me produktin. Për tela metalikë të metaleve të ndryshme K T = 1... 3,5.
Dalloni midis matësve të tendosjes me tela dhe gjysmëpërçues. Për prodhimin e matësve të tendosjes së telit, përdoren materiale që kanë një koeficient mjaftueshëm të lartë të matjes së tensionit dhe një koeficient të ulët të temperaturës së rezistencës. Materiali më i zakonshëm për prodhimin e matësve të tendosjes së telit është teli konstantan me një diametër prej 20 ... 30 mikron.
Strukturisht, matësit e tendosjes së telit janë një grilë e përbërë nga disa sythe teli të ngjitura në një nënshtresë të hollë letre (ose tjetër) (Figura 6.5). Në varësi të materialit të nënshtresës, matësit e tendosjes mund të funksionojnë në temperatura nga -40 në + 400 ° C.
Figura 6.5 - Matësi i tendosjes
Ekzistojnë modele të matësve të tendosjes të bashkangjitur në sipërfaqen e pjesëve me çimento, të afta të funksionojnë në temperatura deri në 800 ° C.
Karakteristikat kryesore të matësve të tendosjes janë rezistenca nominale R, bazë l dhe koeficientin e gage K T Industria prodhon një gamë të gjerë matës deformimi me një madhësi bazë nga 5 në 30 mm, rezistenca nominale nga 50 në 2000 Ohm, me një faktor matës deformimi prej 2 ± 0,2.
Një zhvillim i mëtejshëm i matësve të tendosjes së telit janë matësit e sforcimit të fletës dhe filmit, elementi i ndjeshëm i të cilave është një rrjetë me shirita folie ose filmi më i hollë metalik i aplikuar në nënshtresa me bazë llak.
Matësit e tendosjes bëhen në bazë të materialeve gjysmëpërçuese. Efekti i sforcimit është më i theksuar në germanium, silikon dhe të tjerë.Dallimi kryesor midis matësve të sforcimit gjysmëpërçues dhe matësve të sforcimit të telit është një ndryshim i madh (deri në 50%) në rezistencën gjatë deformimit për shkak të vlerës së madhe të koeficientit të sforcimit.
Konvertuesit induktiv.
Transduktorët induktivë përdoren për të matur zhvendosjet, dimensionet, devijimet në formën dhe vendndodhjen e sipërfaqeve. Konvertuesi përbëhet nga një induktor fiks me një bërthamë magnetike dhe një armaturë, e cila është gjithashtu pjesë e qarkut magnetik, duke lëvizur në lidhje me induktorin. Për të marrë induktivitetin më të lartë të mundshëm, bërthama magnetike e spirales dhe armatura janë bërë nga materiale feromagnetike. Kur armatura lëviz (e lidhur, për shembull, me sondën e pajisjes matëse), induktiviteti i spirales ndryshon dhe, për rrjedhojë, ndryshon rryma që rrjedh në mbështjellje. Figura 6.6 tregon diagramet e konvertuesve induktivë me një boshllëk ajri të ndryshueshëm. δ (Figura 6.6 a) përdoret për të matur zhvendosjen brenda 0,01 ... 10 mm; me sipërfaqe të ndryshueshme të hendekut të ajrit S 0(Figura 6.6 b), përdoret në rangun prej 5 ... 20 mm.
Figura 6.6 - Transduktorët me zhvendosje induktive
6.2. Përforcues operacional
Përforcues operacional(OA) është një përforcues diferencial DC me një fitim shumë të lartë. Për një përforcues të tensionit, funksioni i transferimit (përfitimi) përcaktohet nga shprehja
Për të thjeshtuar llogaritjet e projektimit, supozohet se një përforcues ideal i funksionimit ka karakteristikat e mëposhtme:
1 Fitimi i qarkut të hapur është pafundësi.
2 Impedanca e hyrjes R dështë e barabartë me pafundësinë.
3 Impedanca e daljes R o = 0.
4 Gjerësia e brezit është e pafundme.
5 V o= 0 për V 1 = V 2(pa tension të kompensuar zero). Karakteristika e fundit është shumë e rëndësishme. Sepse V1-V2 = Vo / A atëherë nëse Vo ka një vlerë të fundme, dhe koeficienti A është pafundësisht i madh (vlera tipike 100000) do të kemi
V 1 - V 2= 0 dhe V 1 = V 2.
Meqenëse impedanca e hyrjes për sinjalin diferencial është ( V 1 - V 2) është gjithashtu shumë i madh, atëherë rryma kalon R d Këto dy supozime thjeshtojnë shumë projektimin e qarqeve në një amplifikator op.
Rregulla 1. Kur op-amp operon në rajonin linear, të njëjtat tensione veprojnë në dy hyrjet e tij.
Rregulla 2. Rrymat e hyrjes për të dy hyrjet e op-amp janë zero.
Konsideroni blloqet bazë të qarkut në një op-amp. Në shumicën e këtyre qarqeve, op-amp përdoret në një konfigurim me qark të mbyllur.
6.2.1. Përforcues me fitim të unitetit (përsëritës i tensionit)
Nëse vendosni një përforcues jo invertues Ri e barabartë me pafundësinë, a Rf baraz me zero, atëherë vijmë te skema e paraqitur në figurën 6.7.
Figura 6.7 - Ndjekësi i tensionit
Sipas rregullit 1, voltazhi i hyrjes vepron gjithashtu në hyrjen invertuese të op-amp. V i, i cili transferohet drejtpërdrejt në daljen e qarkut. Prandaj, V o = V i, dhe tensioni i daljes pason (përsërit) tensionin e hyrjes. Me shumë konvertues analog në dixhital, impedanca e hyrjes varet nga vlera e të njëjtit sinjal hyrës. Një përcjellës i tensionit siguron që rezistenca e hyrjes të jetë konstante.
6.2.2. Shtuesit
Një përforcues invertues mund të shtojë tensione të shumta hyrëse. Çdo hyrje e grumbulluesit lidhet me hyrjen përmbysëse të op-amp përmes një rezistence peshimi. Hyrja përmbysëse quhet nyje përmbledhëse sepse këtu përmblidhen të gjitha rrymat hyrëse dhe kthyese. Diagrami bazë skematik i amplifikatorit përmbledhës është paraqitur në figurën 6.8.
Ashtu si në një përforcues konvencional përmbysës, voltazhi në hyrjen përmbysëse duhet të jetë zero, prandaj rryma që rrjedh në op-amp është gjithashtu zero. Në këtë mënyrë,
Figura 6.8 - Diagrami skematik bazë i një amplifikuesi përmbledhës
Meqenëse tensioni zero vepron në hyrjen përmbysëse, atëherë pas zëvendësimeve të duhura, marrim:
Rezistencë R f përcakton fitimin e përgjithshëm të qarkut. Rezistencat R 1 , R 2 ,...R n vendosni vlerat e faktorëve të peshimit dhe rezistencat hyrëse të kanaleve përkatëse.
6.2.3. Integruesit
Një integrues është një qark elektronik që prodhon një sinjal dalës proporcional me integralin (me kalimin e kohës) të sinjalit hyrës.
Figura 6.9 - Diagrami skematik i një integruesi analog
Figura 6.9 tregon një diagram skematik të një integruesi të thjeshtë analog. Një dalje e integratorit është e lidhur me nyjen përmbledhëse dhe tjetra është e lidhur me daljen e integratorit. Prandaj, voltazhi në të gjithë kondensatorin është gjithashtu tensioni i daljes. Sinjali i daljes së integruesit nuk mund të përshkruhet me një marrëdhënie të thjeshtë algjebrike, pasi në një tension fiks në hyrje, tensioni i daljes ndryshon me një shpejtësi të përcaktuar nga parametrat V i, R dhe ME... Kështu, për të gjetur tensionin e daljes, duhet të dini kohëzgjatjen e sinjalit të hyrjes. Tensioni në kondensatorin e shkarkuar fillimisht:
ku i f- përmes një kondensatori dhe t i- koha e integrimit. Për një pozitiv V i ne kemi i f = V i / R... Për aq sa i f = i i atëherë, duke marrë parasysh përmbysjen e sinjalit, marrim:
Nga kjo lidhje del se V o përcaktohet nga integrali (me shenjën e kundërt) të tensionit të hyrjes në intervalin nga 0 në t i shumëzuar me faktorin e shkallës 1 / RС... Tensioni V ic A është tensioni në të gjithë kondensatorin në momentin fillestar të kohës ( t = 0).
6.2.4. diferencuesit
Diferencuesi prodhon një sinjal dalës proporcional me shpejtësinë e ndryshimit me kalimin e kohës të sinjalit hyrës. Figura 6.10 tregon një diagram skematik të një diferencuesi të thjeshtë.
Figura 6.10 - Diagrami skematik i diferencuesit
Rryma përmes kondensatorit është:
Nëse derivati dV i / dt pozitive, aktuale i i rrjedh në një drejtim të tillë që të krijohet një tension negativ në dalje V o... Në këtë mënyrë,
Kjo metodë e diferencimit të sinjalit duket e thjeshtë, por në zbatimin e saj praktik ka probleme me sigurimin e stabilitetit të qarkut në frekuenca të larta. Jo çdo përforcues operativ është i përshtatshëm për t'u përdorur në një diferencues. Kriteri i përzgjedhjes është performanca e op-amp: ju duhet të zgjidhni një op-amp me një shkallë të lartë të goditjes maksimale dhe një produkt me gjerësi bande të lartë fitimi. Op-amps me shpejtësi të lartë në transistorët me efekt në terren funksionojnë mirë në diferencues.
6.2.5. Krahasuesit
Një krahasues është një qark elektronik që krahason dy tensione hyrëse dhe prodhon një dalje bazuar në gjendjen e hyrjeve. Diagrami bazë skematik i krahasuesit është paraqitur në figurën 6.11.
Figura 6.11 - Diagrami skematik i krahasuesit
Siç mund ta shihni, këtu op-amp funksionon me një lak të hapur reagimi. Një tension referencë aplikohet në njërën nga hyrjet e tij, dhe një tension i panjohur (i krahasuar) aplikohet në tjetrin. Dalja e krahasuesit tregon nëse hyrja e panjohur është mbi ose nën tensionin e referencës. Në qarkun në figurën 6.11, tensioni i referencës V r futet në hyrjen jo-invertuese dhe një sinjal i panjohur futet në hyrjen invertuese V i.
Në V i > V r tensioni vendoset në daljen e krahasuesit V 0=-V r(tensioni negativ i ngopjes). Përndryshe, ne marrim V 0 = +V r... Ju mund të ndërroni pozicionet e hyrjeve - kjo do të çojë në një përmbysje të sinjalit të daljes.
6.3. Ndërrimi i sinjalit të matjes
Në teknologjinë e informacionit dhe matjes, kur zbatohen konvertimet matëse analoge, shpesh është e nevojshme të kryhen lidhje elektrike midis dy ose më shumë pikave të qarkut matës në mënyrë që të shkaktohet procesi i nevojshëm kalimtar, të shpërndahet energjia e ruajtur nga elementi reaktiv (p.sh. , shkarkimi i një kondensatori), lidhni furnizimin me energji të qarkut matës, ndizni kujtesën e qelizave analoge, merrni një mostër të një procesi të vazhdueshëm gjatë marrjes së mostrave, etj. Për më tepër, shumë instrumente matëse kryejnë konvertime matëse në mënyrë sekuenciale mbi një numër të madh të sasive elektrike të shpërndara në hapësirë. Për të zbatuar sa më sipër, përdoren çelsat matëse dhe çelësat matës.
Ndërprerës matës quhet një pajisje që konverton sinjalet analoge të ndara në hapësirë në sinjale të ndara në kohë dhe anasjelltas.
Çelësat matëse për sinjalet analoge karakterizohen nga parametrat e mëposhtëm:
- diapazoni dinamik i vlerave të ndërruara; gabimi i koeficientit të transmetimit;
Shpejtësia (frekuenca e ndërrimit dhe ose koha e nevojshme për të kryer një operacion ndërrimi); numri i sinjaleve të ndërruara;
Numri maksimal i ndërrimeve (për çelsat me çelësa matës kontakti) .
Në varësi të llojit të çelësave matës të përdorur në çelës, kontakt dhe pa kontaktçelsat. Çelësi matës është një pajisje me dy terminale me një jolinearitet të theksuar të karakteristikës së tensionit aktual. Kalimi i një çelësi nga një gjendje (e mbyllur) në një tjetër (e hapur) kryhet duke përdorur një element kontrolli.
6.4. Konvertimi analog në dixhital
Konvertimi nga analog në dixhital është një pjesë integrale e procedurës së matjes. Në pajisjet treguese, ky operacion korrespondon me leximin e rezultatit numerik nga eksperimentuesi. Në instrumentet matëse dixhitale dhe të procesorit, konvertimi analog në dixhital kryhet automatikisht dhe rezultati ose shkon drejtpërdrejt në ekran, ose futet në procesor për kryerjen e konvertimeve të mëvonshme matëse në formë numerike.
Metodat e konvertimit analog në dixhital në matje zhvillohen thellësisht dhe tërësisht dhe reduktohen në paraqitjen e vlerave të menjëhershme të veprimit të hyrjes në pika fikse në kohë nga kombinimi i kodit përkatës (numri). Baza fizike e konvertimit analog në dixhital është porta dhe krahasimi me nivelet fikse të referencës. Më të përhapurit janë ADC-të e kodimit bit-pas-bit, numërimi sekuencial, balancimi i gjurmimit dhe disa të tjera. Çështjet e metodologjisë së konvertimit analog në dixhital që lidhen me tendencat në zhvillimin e ADC dhe matjeve dixhitale në vitet e ardhshme përfshijnë, në veçanti:
Eliminimi i paqartësisë së leximit në ADC-të e krahasimit me shpejtësi të lartë, të cilat po përhapen më shumë me zhvillimin e teknologjisë integrale;
Arritja e tolerancës ndaj gabimeve dhe përmirësimi i karakteristikave metrologjike të ADC bazuar në sistemin e numrave të tepërt Fibonacci;
Aplikim për konvertimin analog në dixhital të metodës së testimit statistikor.
6.4.1 Konvertuesit dixhital, analog dhe analog në dixhital
Konvertuesit dixhital në analog (DAC) dhe analog në dixhital (ADC) janë një pjesë integrale e sistemeve të kontrollit automatik dhe rregullimit. Për më tepër, meqenëse shumica dërrmuese e sasive fizike të matura janë analoge, dhe përpunimi, treguesi dhe regjistrimi i tyre, si rregull, kryhen me metoda dixhitale, DAC dhe ADC përdoren gjerësisht në instrumentet matëse automatike. Pra, DAC dhe ADC janë pjesë e instrumenteve matëse dixhitale (voltmetrat, oshiloskopët, analizuesit e spektrit, korrelatorët, etj.), furnizimet me energji të programueshme, ekranet në tubat e rrezeve katodike, plotterët, sistemet e radarit, instalimet për elementët e monitorimit dhe mikroqarqet, janë komponentë të rëndësishëm. konvertues dhe gjeneratorë të ndryshëm, pajisje hyrëse-dalëse për informacionin kompjuterik. Perspektiva të gjera për përdorimin e DAC dhe ADC po hapen në telemetri dhe televizion. Prodhimi serik i DAC-ve dhe ADC-ve me përmasa të vogla dhe relativisht të lira do të mundësojë përdorimin edhe më të gjerë të metodave diskrete të konvertimit të vazhdueshëm në shkencë dhe teknologji.
ekziston tre varietetet e ekzekutimit teknologjik konstruktiv të DAC dhe ADC: modulare, hibrid dhe integrale.
Në të njëjtën kohë, pjesa e prodhimit të qarqeve të integruara (PS) DAC dhe ADC në vëllimin e përgjithshëm të prodhimit të tyre po rritet vazhdimisht, gjë që lehtësohet kryesisht nga përdorimi i gjerë i mikroprocesorëve dhe metodave të përpunimit të të dhënave dixhitale.
DAC- një pajisje që krijon një sinjal analog (tension ose rrymë) në dalje, proporcional me sinjalin dixhital të hyrjes. Në këtë rast, vlera e sinjalit të daljes varet nga vlera e tensionit të referencës U në i cili përcakton shkallën e plotë të sinjalit të daljes. Nëse përdorni ndonjë sinjal analog si tension referencë, atëherë sinjali i daljes DAC do të jetë proporcional me produktin e sinjaleve dixhitale dhe analoge të hyrjes. Në një ADC, kodi i daljes dixhitale përcaktohet nga raporti i sinjalit të hyrjes analoge të konvertuar me sinjalin e referencës në shkallë të plotë. Kjo marrëdhënie përmbushet gjithashtu nëse sinjali i referencës ndryshon sipas ndonjë ligji. Një ADC mund të konsiderohet si një matës raporti ose ndarës i tensionit me një dalje dixhitale.
6.4.2. Parimet e funksionimit, elementet bazë dhe bllok diagramet e ADC
Aktualisht, një numër i madh i llojeve ADC janë zhvilluar për të përmbushur një sërë kërkesash. Në disa raste, kërkesa mbizotëruese është saktësia e lartë, në të tjera - shpejtësia e konvertimit.
Sipas parimit të funksionimit, të gjitha llojet ekzistuese të ADC-ve mund të ndahen në dy grupe:
ü ADC me krahasimin e sinjalit të konvertuar në hyrje me nivele diskrete të tensionit;
ü ADC të tipit integrues.
Në një ADC që krahason sinjalin e hyrjes që konvertohet me nivele diskrete të tensionit, përdoret një proces konvertimi, thelbi i të cilit është gjenerimi i një tensioni me nivele ekuivalente me kodet dixhitale përkatëse dhe krahasimi i këtyre niveleve të tensionit me tensionin e hyrjes për të përcaktuar ekuivalenti dixhital i sinjalit hyrës. Në këtë rast, nivelet e tensionit mund të formohen njëkohësisht, në mënyrë sekuenciale ose në mënyrë të kombinuar.
Një ADC me dhëmbë sharrë hap pas hapi është një nga konvertuesit më të thjeshtë (Figura 6.12).
Figura 6.12 - Bllok diagrami i ADC-së së numërimit sekuencial
CC - skema e krahasimit; Сч - numërues impulsi; RP - regjistri i memories; DAC është një konvertues dixhital në analog.
Në sinjalin "Start", numëruesi vendoset në një gjendje zero, pas së cilës, ndërsa pulson ora me një frekuencë prej f T tensioni i daljes së DAC rritet në mënyrë lineare. Me arritjen e tensionit U jashtë vlerave U Qarku i krahasimit të hyrjeve ndalon numërimin e impulseve në numërues ME h, dhe kodi nga daljet e këtij të fundit futet në regjistrin e memories. Gjerësia e bitit dhe rezolucioni i këtyre ADC-ve përcaktohet nga thellësia e bitit dhe rezolucioni i DAC të përdorur në të. Koha e konvertimit varet nga niveli i tensionit të konvertuar në hyrje. Për një tension të hyrjes që korrespondon me vlerën e shkallës së plotë, ME h duhet të plotësohet dhe në të njëjtën kohë duhet të formojë një kod në shkallë të plotë në hyrjen DAC. Kjo kërkon një kohë konvertimi 11-bit DAC në (2 n-1) herë periudha e orës. Për konvertim të shpejtë nga analog në dixhital, përdorimi i këtyre ADC-ve është jopraktik.
Në ADC përcjellëse (Figura 6.13), përmbledhja ME h zëvendësohet nga një numërues i kthyeshëm RS h për të gjurmuar ndryshimin e tensionit të hyrjes. Sinjali i daljes KN përcakton drejtimin e numërimit në varësi të faktit nëse voltazhi i hyrjes ADC tejkalon ose jo tensionin e daljes DAC.
Figura 6.13 - Bllok diagrami i tipit gjurmues ADC
Para fillimit të matjeve RS h është vendosur në gjendjen që korrespondon me mesin e shkallës (01 ... 1). Cikli i parë i konvertimit të ADC-së gjurmuese është analog me ciklin e konvertimit në një sekuencë ADC. Në të ardhmen, ciklet e konvertimit zvogëlohen ndjeshëm, pasi ky ADC arrin të gjurmojë devijime të vogla të sinjalit të hyrjes për disa periudha të orës, duke rritur ose ulur numrin e pulseve të regjistruara në RS h, në varësi të shenjës së mospërputhjes midis vlerës aktuale të tensionit të konvertuar U Tensioni i hyrjes dhe i daljes së DAC.
ADC-të e përafrimit të njëpasnjëshëm (balancimi në bit) kanë gjetur përdorimin më të përhapur për shkak të zbatimit të tyre mjaft të thjeshtë duke siguruar njëkohësisht rezolucion të lartë, saktësi dhe shpejtësi, kanë një shpejtësi pak më të ulët, por rezolucion dukshëm më të lartë në krahasim me ADC-të që zbatojnë metodën e konvertimit paralel. (Figura 6.14).
Për të rritur shpejtësinë e funksionimit, një shpërndarës i pulseve RI dhe një regjistër i njëpasnjëshëm përafrimi përdoren si një pajisje kontrolli. Krahasimi i tensionit të hyrjes me referencën (tensioni kthyes DAC) kryhet duke filluar nga vlera që korrespondon me bitin më të rëndësishëm të kodit binar të gjeneruar.
Kur ADC fillon me ndihmën e RI, RPP vendoset në gjendjen e tij fillestare: 1000 ... 0. Në këtë rast, në daljen DAC formohet një tension që korrespondon me gjysmën e diapazonit të konvertimit, i cili sigurohet duke ndezur bitin e tij më të rëndësishëm.
Figura 6.14 - Blloku i balancimit të ADC-së në bit
SS - qark krahasimi: T - flip-flop, RPP - regjistri i përafrimit të njëpasnjëshëm; RI - shpërndarës i impulseve.
Nëse sinjali i hyrjes është më i vogël se sinjali nga DAC, kodi 0100 ... 0 gjenerohet në hyrjet dixhitale të DAC në ciklin tjetër me ndihmën e RPP në hyrjet dixhitale të DAC, që korrespondon me përfshirja e bitit të dytë më domethënës. Si rezultat, dalja DAC është përgjysmuar.
Nëse sinjali i hyrjes tejkalon sinjalin nga DAC, në ciklin tjetër, kodi 0110 ... 0 gjenerohet në hyrjet dixhitale të DAC dhe ndizet një bit i tretë shtesë. Në këtë rast, tensioni i daljes së DAC, i cili është rritur me një herë e gjysmë, krahasohet përsëri me tensionin e hyrjes, etj. Procedura e përshkruar përsëritet n herë (ku nËshtë numri i biteve ADC).
Si rezultat, në daljen DAC do të gjenerohet një tension që ndryshon nga tensioni i hyrjes jo më shumë se një bit më pak i rëndësishëm i DAC. Rezultati i konvertimit merret nga prodhimi i RPP.
Avantazhi i kësaj skeme është mundësia e ndërtimit të konvertuesve shumë-bit (deri në 12 bit dhe më shumë) me shpejtësi relativisht të lartë (me një kohë konvertimi të rendit disa qindra nanosekonda).
Në leximin e drejtpërdrejtë ADC (lloji paralel) (Figura 6.15), sinjali i hyrjes aplikohet njëkohësisht në hyrjet e të gjithë SC, numri T e cila përcaktohet nga kapaciteti ADC dhe është e barabartë me m = 2n-1, ku n- numri i biteve ADC. Në çdo SC, sinjali krahasohet me një tension referencë që korrespondon me peshën e një kategorie të caktuar dhe merret nga nyjet e ndarësit të rezistencës të mundësuar nga ION.
Sinjalet dalëse të KH përpunohen nga një dekoder logjik, i cili gjeneron një kod paralel, i cili është një ekuivalent dixhital i tensionit të hyrjes. ADC të tilla kanë shpejtësinë më të lartë. Disavantazhi i ADC-ve të tilla është se me një rritje të thellësisë së bitit, numri i elementeve të kërkuar praktikisht dyfishohet, gjë që e bën të vështirë ndërtimin e ADC-ve me shumë bit të këtij lloji. Saktësia e konvertimit kufizohet nga saktësia dhe qëndrueshmëria e CV-së dhe ndarësit të rezistencës. Për të rritur kapacitetin e bitit me shpejtësi të lartë, zbatohen ADC-të me dy faza, ndërsa pjesët më pak të rëndësishme të kodit të daljes hiqen nga daljet e fazës së dytë DS, dhe bitet më të rëndësishme hiqen nga daljet e DS të fazën e parë.
Figura 6.15 - Blloku i një ADC paralele
ADC me modulim të gjerësisë së pulsit(integrim me një cikël)
ADC karakterizohet nga fakti se niveli i sinjalit të hyrjes analoge U hyrja shndërrohet në një impuls, kohëzgjatja e të cilit t imp është një funksion i vlerës së sinjalit të hyrjes dhe dixhitalizohet duke numëruar numrin e periudhave të frekuencës referente që përshtaten midis fillimit dhe fundit të pulsit. Tensioni i daljes së integratorit nën veprimin e lidhjes me hyrjen e tij U në ndryshon nga niveli zero me një normë:
Në momentin kur tensioni i daljes së integratorit bëhet i barabartë me hyrjen U në, aktivizohet KN, si rezultat i së cilës përfundon formimi i kohëzgjatjes së pulsit, gjatë së cilës numri i periudhave të frekuencës referuese llogaritet në numëruesit ADC.
Kohëzgjatja e pulsit përcaktohet nga koha gjatë së cilës tensioni U në ndryshime nga niveli zero në U në:
Avantazhi i këtij konverteri qëndron në thjeshtësinë e tij, ndërsa disavantazhet janë shpejtësia relativisht e ulët dhe saktësia e ulët.
Figura 6.15 - Diagrami bllok i një ADC integruese me një cikël
Pyetje për të kontrolluar asimilimin e njohurive:
1 Cilat parime fizike përdoren në konvertuesit parësorë?
2 Si klasifikohet IP sipas llojit të vlerës së matur?
3 Kriteret kryesore për përputhjen e konvertuesve primar me objektin e matjes.
4 Struktura IP, parimet e funksionimit, funksioni i transformimit dhe veçoritë e aplikimit.
5 Shpjegoni blloqet bazë të qarkut në amplifikatorët operacional (përforcues invertues dhe joinvertues, përsëritës të tensionit, etj.).
6 Cilat janë karakteristikat metrologjike të kalkulatorëve analogë (mbledhësit, integruesit, diferencuesit)?
7 Çelësat matëse, karakteristikat e tyre, qarqet ekuivalente, emërtimet në diagramet e qarkut.
8 Zbatimi i konvertimit analog në dixhital në ADC të numërimit sekuencial.
9 Parimet e funksionimit. Elementet bazë, bllok diagramet dhe karakteristikat e ADC dhe DAC.
Tema 18
Transduktorë matës (sensorë)
Asnjë sistem kontrolli nuk mund të funksionojë pa informacion për gjendjen e objektit të kontrollit dhe përgjigjen e tij ndaj veprimit të kontrollit. Një element i sistemeve që ofron një informacion të tillë është dhënës-sensor matës .
Numri i llojeve të sensorëve tejkalon ndjeshëm numrin e sasive të matura, pasi e njëjta sasi fizike mund të matet me metoda të ndryshme dhe sensorë të modeleve të ndryshme.
Shumica e sensorëve karakterizohen nga matja elektrike e jo vetëm sasive elektrike dhe magnetike, por edhe të tjera fizike. Kjo qasje është për shkak të avantazheve të matjeve elektrike, duke pasur parasysh faktin se sinjalet elektrike mund të transmetohen lehtësisht dhe shpejt në distanca të gjata, sasitë elektrike konvertohen lehtësisht, shpejt dhe saktë në një kod dixhital dhe sigurojnë saktësi dhe ndjeshmëri të lartë.
Si veçori klasifikuese të sensorëve mund të merren shumë karakteristika: forma e funksionit të konvertimit; lloji i sasisë hyrëse dhe dalëse; parimi i funksionimit; performancë konstruktive.
Sipas llojit të energjisë së përdorur, sensorët mund të ndahen në elektrikë, mekanikë, pneumatikë dhe hidraulikë. Në varësi të llojit të sinjalit dalës: analog, diskret, rele, me sinjal dalës natyral ose të unifikuar.
Nga natyra e shndërrimit të vlerës së hyrjes në dalje: parametrike, gjenerator, frekuencë, fazë.
Sipas llojit të sasisë fizike të matur: zhvendosjet lineare dhe këndore, presioni, temperatura, përqendrimi i substancave, etj.
Parimi i funksionimit të konvertuesve parametrikë është shndërrimi i sasive të hyrjes jo elektrike në parametra të qarqeve elektrike: rezistenca R, induktiviteti L, kapaciteti ME, induktiviteti i ndërsjellë M... Për të fuqizuar këta konvertues kërkohen furnizime të jashtme me energji elektrike. Këta sensorë përfshijnë: konvertuesit rezistent, induktiv, transformator, kapacitiv.
Konvertuesit e gjeneratorëve konvertojnë sasitë e hyrjes në EMF. Ata nuk kërkojnë energji nga burime shtesë të energjisë.
Këta janë konvertues induksioni, termoelektrik, piezoelektrik, fotoelektrik.
Konvertuesit e fazës dhe frekuencës mund të jenë parametrikë dhe gjeneratorë.
Reostat - i bërë në formën e një reostati, kontakti i lëvizshëm i të cilit lëviz nën ndikimin e vlerës së matur në hyrje. Më shpesh, një sensor reostat përfshihet në sistemin matës sipas një qarku potenciometri, ata nganjëherë quhen sensorë potenciometrikë.
Vlera e daljes së sensorit është rezistenca elektrike e lidhur funksionalisht me pozicionin e kontaktit në lëvizje. Sensorë të tillë përdoren për të kthyer zhvendosjet këndore ose jolineare në një ndryshim përkatës në rezistencë, rrymë, tension.
Ato mund të përdoren gjithashtu për të matur presionin, rrjedhën, nivelin. Ato përdoren gjithashtu shpesh si konvertues të ndërmjetëm të sasive jo elektrike në ato elektrike.
Në pajisjet e automatizimit, përdoren gjerësisht konvertuesit e reostatit me tela, të cilët dallohen nga saktësia dhe qëndrueshmëria e lartë e funksionit të konvertimit dhe kanë një koeficient të ulët të temperaturës së rezistencës (TCR).
Disavantazhet përfshijnë rezolucion të ulët, rezistencë relativisht të ulët (deri në dhjetëra kOhm), përdorim të kufizuar në rrymë alternative për shkak të induktivitetit të mbetur dhe kapacitetit të mbështjelljes.
Dredha-dredha kryhet me një kthesë teli të izoluar në kthesë ose me një hap të caktuar. Constantan, manganin përdoren si tel.
Ky lloj sensori nuk reagon ndaj shenjës së sinjalit të hyrjes; ai funksionon si në rrymë direkte ashtu edhe në atë alternative.
Matës të tendosjes... Puna e tyre bazohet në efektin e sforcimit, i cili konsiston në ndryshimin e rezistencës aktive të materialeve përçuese dhe gjysmëpërçuese gjatë deformimit të tyre mekanik.
Karakteristikë e efektit të sforcimit të materialit është koeficienti i sforcimit TE t, i përcaktuar si raporti i ndryshimit të rezistencës ndaj ndryshimit në gjatësinë e përcjellësit
Konstantani - TE t = 2
Nikrom - TE t = 2.2
krom - TE t = 2,5
Matësit e tendosjes përdoren për të matur presionin e lëngjeve dhe gazeve, gjatë matjes së deformimeve elastike të materialeve: presionet e përkuljes, përdredhja.
Si material tensionues mund të përdoren metale me TCR të ulët: manganinë, konstantan, nikrom, merkur, lidhje me temperaturë të lartë, materiale gjysmëpërçuese: germanium, silikon. Më të përhapurit janë matësit e sforcimit të metalit. Ato ndahen në tel dhe fletë, kjo e fundit është më e përsosur.
Konvertuesit e qymyrit. Parimi i tyre i funksionimit bazohet në një ndryshim në rezistencën e kontaktit midis grimcave të qymyrit me një ndryshim në presion. Ato përdoren për të matur përpjekjet, presionet, zhvendosjet e vogla. Dalloni midis shtyllave të qymyrit dhe tenzoliteve.
E para është një grup prej 10-15 rondele tokësore të bëra nga karboni i elektrodës.
Karakteristika e transduktorit të karbonit është jolineare, ka një ndjeshmëri të ndryshueshme. E paqëndrueshme në funksionim, karakteristikat varen nga temperatura dhe lagështia e mjedisit, cilësia e përgatitjes së sipërfaqes.
Këto të fundit janë të vogla në madhësi dhe peshë. Ato përdoren për të matur ndryshimet e shpejta dhe streset e goditjes në pjesë të vogla lëvizëse, ndërkohë që funksionojnë si në tension ashtu edhe në shtypje. Koeficienti i ndjeshmërisë së transduktorëve tensolit është më i madh se ai i matësve të tendosjes dhe është TE= 15 ¸ 20.
Është bërë në formën e shiritave të përbërë nga një përzierje e grafitit, karbonit të zi, llakut bakelit dhe përbërësve të tjerë. Këto shirita janë ngjitur në provë.
Konvertuesit rezistues, megjithë disavantazhet e tyre të qenësishme, ende përdoren gjerësisht.
Konvertuesit kapacitiv... Parimi i funksionimit bazohet në ndryshimin e kapacitetit të kondensatorit nën ndikimin e vlerës së transformuar në hyrje
ku e është konstanta dielektrike relative e dielektrikut; e 0 - konstanta dielektrike e vakumit; S- zona e pllakës; d është trashësia e dielektrikut ose distanca midis pllakave.
Sensorët kapacitiv përdoren për të matur zhvendosjet këndore dhe lineare, dimensionet lineare, nivelin, forcat, përqendrimin e lagështisë, etj.
Në sensorët kapacitiv plan-paralel, rrafshi i mbivendosjes ndryshon S(zona e mbivendosjes së ndryshueshme) karakteristika statike është lineare.
Në konvertuesit kapacitiv me boshllëk të ndryshueshëm ajri, karakteristika është jolineare.
Transformatorët dhe ndryshimet në përçueshmërinë dielektrike të mediumit midis elektrodave përdoren gjerësisht për matjen e nivelit të substancave të lëngshme dhe të mëdha, për analizimin e përbërjes dhe përqendrimit të substancave në industrinë kimike, të rafinimit të naftës, për numërimin e produkteve dhe alarmet e hajdutëve. Ata kanë një karakteristikë statike lineare.
Kapaciteti i transduktorëve matës, në varësi të karakteristikave të projektimit, varion nga të dhjetat në disa mijëra pikofarad, gjë që çon në nevojën për të përdorur rritjet e frekuencës Hz për të fuqizuar sensorët e tensionit.
Ky është një disavantazh i rëndësishëm i konvertuesve të tillë.
Vetitë dielektrike të një mediumi ndonjëherë ndryshohen nga temperatura ose stresi mekanik. Këto efekte përdoren gjithashtu për të krijuar transduktorë të përshtatshëm.
Ndryshimi i përshkueshmërisë nën ndikimin e temperaturës përshkruhet me shprehjen
,
ku e t është konstanta dielektrike e materialit në një temperaturë T; e 0 - konstante dielektrike në temperaturë T 0; a - koeficienti i temperaturës; ...
Varësia e e-së nga forca e aplikuar në të ka një formë të ngjashme R
,
ku është ndjeshmëria e materialit ndaj ndryshimit relativ të konstantës dielektrike
.
Sa më i vogël të jetë hendeku d midis elektrodave, aq më i madh është kapaciteti fillestar i dhënësve. Megjithatë, reduktimi i boshllëkut është i kufizuar nga forca dielektrike e mediumit ndërelektrod dhe prania e forcës tërheqëse elektrostatike të pllakave.
Gabimet e konvertuesve kondensativ përcaktohen kryesisht nga ndikimi i temperaturës dhe lagështisë në dimensionet gjeometrike dhe konstanten dielektrike të mediumit. Ato janë praktikisht elemente joinerciale.
TE meritat përfshijnë: thjeshtësinë e dizajnit, madhësinë dhe peshën e vogël, ndjeshmërinë e lartë, rezolucion të lartë në një nivel të ulët të sinjalit hyrës, mungesën e kontakteve të lëvizshme grumbulluese të rrymës, shpejtësinë e lartë, aftësinë për të marrë ligjin e nevojshëm të transformimit duke zgjedhur parametrat e duhur të projektimit, jo ndikimi i qarkut të hyrjes në qarkun matës.
Reaktanca e ngarkesës zgjidhet e barabartë në vlerë dhe e kundërt në shenjë me rezistencën e brendshme të sensorit.
