Elektrische Messungen nichtelektrischer Größen
Die Messung verschiedener nichtelektrischer Größen (Wege, Kräfte, Temperaturen usw.) mit elektrischen Methoden erfolgt mit Hilfe von Geräten und Instrumenten, die nichtelektrische Größen in elektrisch abhängige Größen umwandeln, die mit elektrischen Messgeräten gemessen werden Waagen, die in Einheiten gemessener nichtelektrischer Größen kalibriert sind.
Konverter nichtelektrischer Größen in elektrische oder in parametrische Sensoren unterteilte Sensoren, die auf der Änderung eines elektrischen oder magnetischen Parameters (Widerstand, Induktivität, Kapazität, magnetische Permeabilität usw.) unter dem Einfluss der gemessenen Größe basieren, und einen Generator, in dem die Die gemessene nichtelektrische Größe wird in z. B. umgewandelt. usw. (Induktion, thermoelektrisch, fotoelektrisch, piezoelektrisch und andere). Parametrische Wandler benötigen eine externe Stromquelle und Generatoreinheiten selbst sind Stromquellen.
Derselbe Wandler kann zur Messung verschiedener nichtelektrischer Größen verwendet werden. Umgekehrt kann die Messung beliebiger nichtelektrischer Größen mithilfe unterschiedlicher Wandlertypen erfolgen.
Anlagen zur Messung nichtelektrischer Größen verfügen neben Umrichtern und elektrischen Messgeräten über Zwischenverbindungen – Stabilisatoren, Gleichrichter, Verstärker, Messbrücken usw.
Zur Messung linearer Verschiebungen werden induktive Wandler verwendet – elektromagnetische Geräte, bei denen sich die Parameter des elektrischen und magnetischen Kreises ändern, wenn der ferromagnetische Magnetkreis oder der mit dem beweglichen Teil verbundene Anker bewegt wird.
Um signifikante Verschiebungen in einen elektrischen Wert umzuwandeln, wird ein Wandler mit einem beweglichen ferromagnetischen, translatorisch bewegten Magnetleiter verwendet (Abb. 1, a). Da die Position des Magnetkreises die Induktivität des Wandlers bestimmt (Abb. 1, b) und damit seine Impedanz, dann speist bei einer stabilisierten Spannung der elektrischen Energiequelle eine Wechselspannung konstanter Frequenz den Stromkreis von a Konverter, anhand des Stroms wird die Bewegung des mechanisch mit dem Magnetkreis verbundenen Teils geschätzt ... Die Skala des Instruments ist in den entsprechenden Maßeinheiten unterteilt, beispielsweise in Millimetern (mm).
Reis. 1. Induktiver Wandler mit beweglichem ferromagnetischem Magnetkreis: a – Diagramm des Geräts, b – Diagramm der Abhängigkeit der Induktivität des Wandlers von der Position seines Magnetkreises.
Um kleine Verschiebungen in einen für die elektrische Messung geeigneten Wert umzuwandeln, werden Wandler mit variablem Luftspalt in Form eines Hufeisens mit Spule und Anker (Abb. 2, a) verwendet, der fest mit dem beweglichen Teil verbunden ist. Jede Bewegung des Ankers führt zu einer Änderung des Stroms / in der Spule (Abb. 2, b), wodurch die Skala des elektrischen Messgeräts in Maßeinheiten, beispielsweise in Mikrometern (μm), kalibriert werden kann. bei konstanter Wechselspannung mit stabiler Frequenz.
Reis. 2. Induktiver Wandler mit variablem Luftspalt: a – Diagramm des Geräts, b – Diagramm der Abhängigkeit des Stroms der Spule des Wandlers vom Luftspalt im Magnetsystem.
Differenzinduktive Wandler mit zwei identischen Magnetsystemen und einem gemeinsamen Anker, symmetrisch zu den beiden Magnetkreisen angeordnet und mit einem Luftspalt gleicher Länge (Abb. 3), bei dem die lineare Bewegung des Ankers aus seiner Mittelstellung beide Luftspalte verändert gleichermaßen, aber mit verschiedenen Anzeichen, die das Gleichgewicht der vorabgeglichenen Vierspulen-Wechselstrombrücke stören. Dadurch ist es möglich, die Bewegung des Ankers anhand des Stroms der Messdiagonale der Brücke abzuschätzen, wenn dieser mit einer stabilisierten Wechselspannung konstanter Frequenz versorgt wird.
Reis. 3. Schema des Geräts des Differential-Induktivwandlers.
Zur Messung mechanischer Kräfte, Spannungen und elastischer Verformungen, die in Teilen und Baugruppen verschiedener Strukturen auftreten, werden Draht-Spannungswandler verwendet, die bei Verformung zusammen mit den untersuchten Teilen ihren elektrischen Widerstand ändern.Typischerweise beträgt der Widerstand eines Dehnungsmessstreifens mehrere hundert Ohm, und die relative Änderung seines Widerstands beträgt ein Zehntel Prozent und hängt von der Verformung ab, die in den elastischen Grenzen direkt proportional zu den ausgeübten Kräften und den daraus resultierenden mechanischen Spannungen ist.
Die Dehnungsmessstreifen bestehen aus einem hochohmigen Zickzackdraht (Konstantan, Nichrom, Manganin) mit einem Durchmesser von 0,02–0,04 mm oder aus einer speziell verarbeiteten Kupferfolie mit einer Dicke von 0,1–0,15 mm, die mit versiegelt werden Bakelitlack zwischen zwei dünnen Papierschichten und einer Wärmebehandlung unterzogen (Abb. 4, a).
Reis. 4. Tenometer: a – Diagramm des Geräts: 1 – verformbarer Teil, 2 – dünnes Papier, 3 – Draht, 4 – Kleber, 5 – Anschlüsse, b – Schaltung zum Anschluss einer unsymmetrischen Widerstandsbrücke an den Arm.
Der gefertigte Dehnungsmessstreifen wird mit einer sehr dünnen Schicht Isolierkleber auf ein gut gereinigtes verformbares Teil geklebt, sodass die Richtung der erwarteten Verformung des Teils mit der Richtung der Längsseiten der Drahtschlaufen übereinstimmt. Wenn sich der Körper verformt, nimmt der geklebte Dehnungsmessstreifen die gleiche Verformung wahr, wodurch sich sein elektrischer Widerstand aufgrund einer Änderung der Abmessungen des Sensordrahts sowie der Struktur seines Materials ändert, was sich auf den spezifischen Widerstand des Drahts auswirkt.
Da die relative Widerstandsänderung des Dehnungsmessstreifens direkt proportional zur linearen Verformung des untersuchten Körpers und dementsprechend zu den mechanischen Spannungen der inneren elastischen Kräfte ist, werden dann die Messwerte des Galvanometers auf der Messdiagonale verwendet Die vorabgeglichene Widerstandsbrücke, deren einer Arm der Dehnungsmessstreifen ist, kann den Wert der gemessenen mechanischen Größen abschätzen (Abb. 4, b).
Die Verwendung einer unsymmetrischen Widerstandsbrücke erfordert eine Stabilisierung der Spannung der Stromquelle oder die Verwendung eines magnetoelektrischen Verhältnisses als elektrisches Messgerät, bei dessen Messwerten eine Spannungsänderung innerhalb von ± 20 % der auf der Skala angezeigten Nennspannung vorliegt des Geräts hat keine nennenswerten Auswirkungen.
Verwenden Sie thermoempfindliche und thermoelektrische Wandler, um die Temperatur verschiedener Medien zu messen... Zu den thermoempfindlichen Wandlern gehören Metall- und Halbleiterthermistoren, deren Widerstand weitgehend von der Temperatur abhängt (Abb. 5, a).
Am weitesten verbreitet sind Platin-Thermistoren zur Messung von Temperaturen im Bereich von -260 bis +1100 °C und Kupfer-Thermistoren für den Temperaturbereich von -200 bis +200 °C sowie Halbleiter-Thermistoren mit negativem elektrischen Widerstandskoeffizienten – Thermistoren , gekennzeichnet durch hohe Empfindlichkeit und geringe Größe im Vergleich zu Metallthermistoren, zur Messung von Temperaturen von -60 bis +120 °C.
Um die temperaturempfindlichen Wandler vor Beschädigungen zu schützen, werden sie in einem dünnwandigen Stahlrohr mit versiegeltem Boden und einer Vorrichtung zum Verbinden von Drähten mit den Drähten einer unsymmetrischen Widerstandsbrücke (Abb. 5, b) untergebracht, was dies ermöglicht um die gemessene Temperatur entlang des Stroms der Messdiagonalen abzuschätzen. Die Skala des als Messgerät verwendeten magnetoelektrischen Verhältnisses ist in Grad Celsius (°C) eingeteilt.
Reis. 5. Thermistoren: a – Diagramme der Abhängigkeit der Änderung des relativen Widerstands von Metallen von der Temperatur, b – eine Schaltung zum Anschluss von Thermistoren an den Zweig einer unsymmetrischen Widerstandsbrücke.
Thermoelektrische Temperaturwandler – Thermoelemente, Erzeugung kleiner E. usw. c. Unter dem Einfluss der Erwärmung der Verbindung zweier verschiedener Metalle werden sie im Bereich der gemessenen Temperaturen in eine schützende Kunststoff-, Metall- oder Porzellanhülle gelegt (Abb. 6, a, b).
Reis. 6. Thermoelemente: a – Diagramme der Abhängigkeit von d usw. S. für die Temperatur von Thermoelementen: TEP-Platin-Rhodium-Platin, TXA-Chromel-Alumel, THK-Chromel-Copel, B-Montagediagramm zur Temperaturmessung mit einem Thermoelement.
Die freien Enden des Thermoelements sind über homogene Drähte mit einem magnetoelektrischen Millivoltmeter verbunden, dessen Skala in Grad Celsius eingeteilt ist. Die am häufigsten verwendeten Thermoelemente sind: Platin-Rhodium – Platin zur Messung von Temperaturen bis 1300 °C und kurzzeitig bis 1600 °C, Chromel-Alumel für Temperaturen entsprechend den angegebenen Regimen – 1000 °C und 1300 °C und chromel- Bastard, konzipiert für die Langzeitmessung von Temperaturen bis 600 °C und kurzfristig - bis 800 °C.
Elektrische Methoden zur Messung verschiedener nichtelektrischer Größen. Sie werden in der Praxis häufig verwendet, da sie eine hohe Messgenauigkeit bieten, sich in einem weiten Bereich von Messwerten unterscheiden, Messungen und deren Registrierung in beträchtlicher Entfernung vom Standort des kontrollierten Objekts ermöglichen, und bieten auch die Möglichkeit, Messungen an schwer zugänglichen Stellen durchzuführen.