Вимірювачі лінійної швидкості.

При вимірюванні лінійної швидкості використовують гідравлічні елементи в’язкості тертя, частотні (оптичні) вимірювачі та датчики опору з диференціюючими ланками.

В гідравлічному вимірювачі в’язкого тертя (рис. 6, а) зусилля, що прикладено до циліндру, пропорціонально швидкості переміщення штоку поршня. Зусислля функціонує за допомогою пружини. Вихідна напруга знімається за допомогою провідника 1. У динамічному відношенні такий вимірювач представляє собою коливальну ланку:

де -товщина поршня, м; -площа поршня, м²; -сумарна площа кільцевої щілі між поршнем та стінками циліндру та відтворів в тілі поршня, м²; -коефіцієнт, який ураховує форму відтвору у тілі поршня.

Вимірювачі лінійної швидкості з диференціюючими ланками складаються з послідовно з’єднаних вимірювачів переміщення (звичайно датчики опору) та диференціюючого елементу. При використанні в якості останього RC- або RL-ланцюгів (рис. 6, б, в) передаточна функція вимірювача лінійної швидкості описується рівнянням:

Динамічні параметри мають такі значення:

для RC – ланцюгів

для RL-ланцюгів

де -напруга живлення, В; -довжина потенціометра, м.

Якщо в якості диференціюючого елемента використовується трансформатор (рис 6, г) передаточна функція:

В цьому рівнянні:

де -індуктивності первинної та вторинної обмоток трансформатора, Г; -коефіцієнт взаімоіндукції, Г.

Вимірювачі температури.

В системах автоматичного контроля та регулювання вимірювачі температури застосовуються для перетворення відхилу температури об’єкта від заданого значення у вихідний сигнал (напругу, опір, переміщення). При цьому використовується залежність деяких фізичних параметрів тіла від температури. Робота вимірювача температури може бути основана на слідуючих явищах: теплового розширення твердих тіл, рідини або газів (біметалеві, дилатометричні, манометричні вимірювачі); вимірювання опору провідників та напівпровідників від температури (термометри опору); термо-Е.Д.С., що виника у двух різнорідних провідниках при наявності різниці температур в точках їх з’єднання (термопари).

В динамічному відношенні вимірювачі температури представляють собою інерційні ланки другого порядку, передаточна функція яких:

де -постійна часу захисної оболонки, с; -постійна часу термометричного тіла, с; -постійна часу теплообміну, с.

Іноді вимірювачі температури в динамічному відношенні представляють собою дві послідовно з’єднані ланки – аперіодичну та запаздання. У цьому випадку їх передаточна функція :

Оскільки постійна часу захисної оболонки значно менша постійної часу термометричного тіла, то нею звичайно нехтують. В цьому випадку передаточна функція вимірювача виражається рівнянням апериодичної ланки з постійною часу: . Постійна часу промислових термопар в складової оболонці лежить у мережі від 2 до 10 хвилин, а коефіцієнт передачі від 6,4·10^-3 (платинородій-платинова термопара) від 69, 5·10^-3 мВ/К (хроліль-копелева термопара).

Для вимірювання швидко змінюючих температур застосовують спеціальні малоінерційні хромель-копелеві термопари (типу ТП для установлення у паро- та вопопровідах, та типу ТГ для установлення у газо- та повітрянопровідах). Постійна часу для термопар типу ТП складає 15-20 с, а для ТГ – від 50 до 70 с. Швидкостні термопари типу ТПС (для води та пару) та ТГС (для газу та повітря) мають періодичну функцію:

де -постійна часу холодного спая, с.

Для термопар типу ТПС ℓ, де ℓ - відстань між спаями, м. Для термопар типу ТГС с.

Біметалевий вимірювач температури представляє собою пластину або спираль, який зварений з двох металів з різними коефіцієнтами лінійного розширення. При підвищенні температури контрольованого середовища біметалева пластина згибається до сторони металу з меньшим коефіцієнтом лінійного розширення. По величині лінійного переміщення кінця біметалевої пластини або по кутовому переміщенню кінця біметалевої спіралі судять про температуру. Коефіцієнт передачі (чутливість) біметалевого вимірювачча дорівнює величині переміщення його кінця при нагріві на 1ºС. Значення коефіцієнта передачі залежить від геометричних розмерів біметалевої пластини (спиралі) та фізичних властивостей матеріалів, з яких зроблен вимірювач. Звичайно в якості пасивного слоя з малим коефіцієнтом лінійного розширення використовують інвар ЕН-36 або платиніт Н-42, а в якості матеріалів для активного слоя, який відрізняється великим коефіцієнтом лінійного розширення, використовуються хромонікелева або молібнонікелува сталь, нікель, латунь, бронза та інш. Біметалеві вимірювачі звичайно розглядаються як аперіодичні ланки.

Теж саме відноситься і до дилатометричних елементів. Такий елемент складається з трубки, яка виготовлена з металу з коефіцієнтом лінійного розширення . Усередині її знаходиться стержень, коефіцієнт лінійного розширення якого - . Цей стержень приварен до дна трубки. По переміщенню вільного кінця стержня судять про температуру середовища, у якому розташована трубка вимірювача. Взагали дилатометричний вимірювач еквівалентен коливальній ланці. Але враховуючі, що рухомі маси її незначні, постійною часу звичайно незважають і вважають вимірювач аперіодичною ланкою.

В манометричному вимірювачі підвищення температури навколишнього середовища виклика розширення рідини або газу, що знаходиться у термобалоні, що призводить до деформації мембрани . По величині переміщення його центру судять про зміни температури середовища, в якому розміщується термобалон. При знехтуванні рухомими масами манометричний вимірювач температури можна вважати аперіодичною ланкою.

Значення динамічних параметрів різних вимірювачів температури приведені у табл. 18.

Таблиця 18.

Динаметричні параметри вимірювачів температури.

Схема	Тип вимірювача	К	Т	Примітки
	Термопара:* платинородій-платина хромель-алюмель хромель копель залізо-константан мідь-константан	6,4·10-3 41·10-3 69,5·10-3 57,5·10-3 47,5·10-3		-теплоемкість термометричного тіла, Дж/К; -коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м2·град); -поверхня корпусу термопари
	Термометр опору** платиновий мідний	3,94·10-3 4,28·10-3	Для ТСП та ТСМ Т=0,05 с (у воді)	-термічний коефіцієнт опору, 1/К; -опір термометра при температурі +20ºС, Ом; -об’єм термометра, м3; -коефіцієнт теплопередачі, Дж/(м2·К·с); -поверхня зіткнення вимірювача з середовищем, м2
	Напівпровідниковий термометр опору (термистор)**	4-20 000	1-115
	Біметалевий пластинчатий			ℓ- довжина біметалевої пластини, м; -тавщина пластини, м; коефіцієнт чутливості пластини біметалу, 1/К. Для стандартних типів білеталів: ; маса пластини, кг; -поверхня пластини, що приймає участь у тепловід-дачі, м2; -коефіцієнти розширення пластин; -довжина трубки, м; - коефіцієнти лінійного розширення трубки та стержня, 1/К; -теплоємкості дилатометра та теплопровідної ре-човини, Дж/К; -їх теплові потоки, Дж/(кг·К·с)
	Біметалевий спиральний		6-7 с (у воді)
	Біметалевий з трубкою та стержнем (дилатометричний)

продовж. табл. 18.

Схема	Тип вимірювача	К	Т	Примітки
	Манометричний			-ефективна площа мембрани, м2; -початковий тиск у системі, Н/м2; -термічний коефіцієнт зміни тиску, 1/К; -об’єм термобалону; м3; -жорсткість мембрани, Н/м; -коефіцієнт об’ємного стиснення, м/Н

Примітки. * Коефіцієнт передачі термопар виражається в мВ/К.

** Коефіцієнт передачі металевих та напівпровідникових термометрів опору виражається в Ом/К.