9 Измерение неэлектрических величин электрическими методами

Электрические физические величины обладают рядом преимуществ, обуславливающих их преимущественное использование в технических изме­рениях: простота передачи на расстояние, возможность преобразования почти всех физических величин в электрические, удобство измерения, пре­образования и регистрации. При измерении неэлектрической величины электрическим методом измерительное устройство можно представить в виде последовательного соединения измерительного преобразователя ИП (датчика) и электрического измерительного устройства.

9.1 Классификация измерительных преобразователей

По принципу действия измерительные преобразователи неэлектрических величин в электрические могyт быть следующих видов.

1.Резистивные ИП. Делятся на реостатные и тензочувствительные. Рео­статные основаны на изменении электрического сопротивления в зависи­мости от передвижения движка. Тензометрические основаны на измене­нии сопротивления проводников или полупроводников в зависимости от механической деформации.

Применяются при измерении линейных и угловых перемещений или величин, которые могут быть преобразованы в перемещение: давлений, сил, вращающих моментов, ускорений, уровня жидкости и т. п.

2. Электромагнитные ИП. К электромагнитным преобразователям отно­сят индуктивные, магнитоупругие и индукционные.

Индуктивные и взаимоиндуктивные ИП представляют собой ка­тушки индуктивности, параметры которых меняются под воздействием измеряемой величины. Магнитоупругие датчики представляют собой разновидность индуктивных с замкнутым магнитопроводом, меняющим свои параметры.

Индукционные преобразователи представляют собой катушку, в которой наводится ЭДС при ее помещении в магнитное поле.

Электромагнитные преобразователи используются для измерения скорости, углового и линейного ускорения.

3. Электростатические ИП могут быть емкостные и пьезоэлектрические. В емкостных преобразователях под действием измеряемой величины меняется электрическая емкость или тангенс угла потерь. Пьезоэлектрические преобразователи основаны на пьезоэффекте - возникновении ЭДС на гранях кристалла под воздействием механических сил.

Такие преобразователи используются для перемещения, силы, дав­ления, количества и состава вещества (влажность, толщины листа или по­крытия, наличия включений).

4. Тепловые ИП включают в себя терморезисторы и термопары. В термо­резисторах величина электрического сопротивления зависит от темпера­туры, а в термопарах от температуры зависит величина термо ЭДС.

Используются для измерения температуры, скорости и расхода жид­ких и газообразных веществ, влажности, концентрации газов.

5. Электрохимические ИП основаны на явлениях, возникающих при про­хождении электрического тока через электролит. Могут быть использова­ны для определения состава и концентрации растворов, количества элек­тричества.

6. Ионизационные ИП используют явление ионизации газа при прохож­дении через него ионизирующего излучения или люминесценции некото­рых веществ под действием ионизации. Использую для измерения плотности и состава газов, размеров изделий.

7. Фотоэлектрические ИП основаны на зависимости фототока от освеще­ния. Используются для измерения световых величин, прозрачности сред, размеров тел.

По роду выходной электрической величины измерительные преоб­разователи делятся на параметрические и генераторные. Параметрические преобразователи характеризуются изменением одного из параметров R, L, C, а генераторные - изменением генерируемой ЭДС под влиянием из­меряемой величины. К генераторным относятся преобразователи: индук­ционные, пьезоэлектрические, термоэлектрические и некоторые электро­химические. Остальные - к параметрическим.

Рассмотрим свойства некоторых наиболее применяемых измери­тельных преобразователей неэлектрических величин.