2. Общие сведения об измерительных параметрических преобразователях

По характеру выходной величи­ны измерительные преобразователи делят только на два типа: параметрические, генераторные.

Измерительный преобразователь называют параметри­ческим, если он изменение контролируемой неэлектрической величины преобразует в изменение электрической величины, яв­ляющейся параметров электрических цепей, т. е. в изменение сопротивления R, индуктивности L или емкости С. Соответствен­но параметрический преобразователь называют резистивным, индуктивным или емкостным.

Резистивные преобразователи

К этой группе относятся кон­тактные, реостатные, тензометрические преобразователи, а так­же терморезисторы.

Контактный преобразователь (рис. 12.3) состоит из подвижного измерительно­го штифта 1 и контактов 2, 3, 4, один из которых (3) прикреплен к штифту и перемещается вместе с ним.

В данном случае механическое перемещение штока преобра­зуется в электрический сигнал, обусловленный замыканием или размыканием контактов. При этом выходная величина преобра­зователя — сопротивление между контактами изменяется в пре­делах от бесконечности практически до нуля. Подобные преобра­зователи применяют для контроля размеров деталей, в сортировочных автоматах. На рис. 12.3 показана схема для сортировки деталей по размерам. Если размер детали 5 наводится в пределах допустимых отклонений, то оба контакта разомкнуты, неоновые лампы не зажигаются, что означает годность детали. Когда под штифт попадает деталь, размер которой выходит за пределы допуска в ту или другую сторону (отклонение    l, чему соответствует расстояние между подвижным и неподвижными контактами, то одна из ламп загорается и сигнализиру­ет о браке детали. Рис. 12.3

Реостатный преобразователь

Реостатный преобразователь (рис. 12.4) по принципу действия подобен обычному реостату с движком, но отличается малыми размерами, тщательным и точным исполнением. Размеры его тем меньше, чем меньше мощность объекта, с которым он связан.

Ч

Рис. 12.4

увствительным органом преобразователя является тонкий провод из сплавов высокого сопротивления (манганин, константан и т. д.), равномерно намотанный на каркас из изоляционного материала (пластмасса, керамика и др.). Движок (щетку) изготовляют из фосфористой бронзы, а в ответственных случаях сплавов платины с иридием или бериллием.

Входная величина — угловое α или линейное х перемеще­ние — передается движку, с изменением положения которого изменяется выходная величина — сопротивление реостата.

Реостатные преобразователи применяют для измерения углов поворота, дистанционной передачи показаний различных прибо­ров, измерения уровня жидкости (см. рис. 12.1), перемещения деталей, усилий, давления и других величин, которые можно преобразовать в перемещение.

Тензометрические преобразователи

Тензометрические преобразователи (тензорезисторы) осно­ваны на явлении изменения сопротивления проводников и по­лупроводников при их растяжении или сжатии. Их применяют для измерения деформаций, давления, малых перемещений, виб­раций и т. п. Для изготовления чувствительных элементов тензорезисторов используют тонкую проволоку или фольгу из сплавов высокого сопротивления (константана, нихрома и др.), тензочувствительные пленки, полупроводниковые кристаллические мате­риалы.

На рис. 12.5, а — в показаны тензорезисторы из проволоки, фольги, полупровод-никовой полоски. Для измерения деформаций тензорезистор приклеивают к поверхности исследуемой детали, которая подвергается в работе действию растягивающих или сжимающих усилий. При этом вместе с изменением размера детали изменяются длина и поперечное сечение проволоки или фольги и соответственно изменяется электрическое сопротивле­ние (выходная величина) тензорезистора, который включен в из­мерительную схему.

У тензорезисторов из фольги по сравнению с проволочными лучшая восприимчивость деформаций, что обеспечивает более высокую точность измерений. Тензорезистор, изображенный на рис. 12.5, б, имеет витки 2, чувствительные к растягивающим усилиям, и витки 1, воспринимающие сжимающие усилия, он наклеивается на мембрану и служит для измерения давления.

Рис. 12.5

Терморезисторы

Терморезисторы — чувствительные элементы, электрическое сопротивление которых зависит от температуры. Их изготовляют из металлов с относительно большим температурным коэффици­ентом сопротивления α, практически постоянным в рабочем диа­пазоне температур (меди от —50 до 150 °С, платины от —200 до 600 °С), из полупроводниковых материалов: окислов марганца, меди, кобальта, титана и др.

Терморезисторы применяют для измерения температур, ско­рости газового потока, давления и глубокого вакуума и других величин, зависящих от изменения теплопроводности среды.

Индуктивные преобразователи

В основе их действия находится зависимость индуктивности электромагнитных элементов от формы, геометрических размеров, магнитного состояния их магнитной цепи, взаимного расположения и схемы включения обмоток.

В

Рис. 12.7

преобразователе по схеме рис. 12.7, а при изменении длины воздушного зазора δ между сердечником и подвижным якорем изменяется магнитное сопротивление магнитопровода, следовательно, изменяется индуктивность и индуктивное сопротивление обмотки. Поэтому ток в обмотке, включенной в электрическую цепь, зависит от величины зазора δ.

Индуктивность катушки зависит от магнитной проницаемости материалов сердечника, которая у некоторых ферромагнитных материалов меняется при упругих деформациях. На этом основано действие магнитоупругих индуктивных преобразователей, которые применяют для измерения больших усилий.

Емкостные преобразователи

В основе их действия находится зависимость электрической ем­кости конденсатора от его размеров, взаимного расположения обкладок и диэлектрической проницаемости диэлектрика. Для измерения линейных пе­ремещений, углов поворота, а также величин, действие которых можно направить на изменение расстояния между пластинами или активной площади пластин (усилие, давление, момент и т. д.), применяют емкостные преобразователи — простой и диф­ференциальный (рис. 12.8, а, б).

Рис. 12.8

Емкостный преобразователь с переменной площадью 5 плас­тины, показанный на рис. 12.8, в, представляет собой воздушный конденсатор, у которого одна часть пластин неподвижна, а другую можно поворачивать на некоторый угол α. При этом емкость изменяется пропорционально углу поворота, который изменяется под действием некоторой измеряемой величины.

Для измерения уровня жидкостей, влажности веществ, тол­щины изделий из диэлектриков и т. д. применяют емкостные преобразователи с использованием зависимости емкости от ди­электрической проницаемости. Рис. 12.8, г поясняет принцип дей­ствия уровнемера: в контролируемый сосуд опущены электроды, емкость между которыми зависит от уровня х жидкости в сосуде, так как с изменением уровня изменяется диэлектрическая проницаемость среды между электродами. На рис. 10.8, д показан: преобразователь для измерения толщины ленты из диэлектрика. С изменением толщины dx ленты 2 изменяются воздушный зазор, и емкость между пластинами конденсатора.