Резистивные измерительные преобразователи

                   г)                                   д)                         е)

Рис.14.2. Резистивные ИП перемещения и деформации в электрическое сопротивление.

а), б) – реостатные (перемещение движка потенциометра приводит к изменению сопротивления между выводами 1 и 3 (или 2 и 3),

в)- ИП контактного сопротивления (сжатие ИП в вертикальном направлении приводит к уменьшению сопротивления ИП между электродами 5 и 6 за счет уплотнения упругой проводящей массы 2) ,

г),д),е)- тензорезистивные ИП (пластинка с наклеенными проволочными резисторами прикрепляется на деформируемый конструктивный элемент клеем, деформация резисторов приводит к изменению их сопротивлений; определенная ориентация резистора позволяет преобразовывать отдельную составляющую механического напряжения в сопротивление отдельного ИП.)

         Здесь используется зависимость электрического сопротивления ИП:

,

ρ- удельное сопротивление проводника (проводящего вещества), l- длина проводника (расстояние между электродами), S- площадь поперечного сечения проводника (площадь электродов).

Емкостные измерительные преобразователи

 

         а)                                                     б)                                            в)

Рис.14.3. Емкостные  ИП перемещения в электрическую емкость конденсатора, х- направление перемещения электродов (а, б)  или изолятора (в)

Здесь используется зависимость электрической емкости ИП:

,

ε- абсолютная диэлектрическая проницаемость вещества между электродами, l- расстояние между электродами, S- площадь электродов.

1. Индуктивные, трансформаторные и индукционнные измерительные первичные преобразователи. Примеры устройств, передаточные функции.

Электромагнитные измерительные преобразователи

 

 Рис.14.4. Электромагнитные  ИП (1-подвижное ферромагнитное ярмо, 2- ферромагнитный сердечник, 3- подвижная ферромагнитная пластинка, w₁ и w₂ -  катушки, стрелки – направления перемещений).

а) - ИП перемещения (варианты указаны стрелками) в индуктивность одной катушки w₁ или во взаимную индуктивность между катушками  w_{1 и} w₂ .

б) - ИП силы (давления P) в индуктивность одной катушки w₁ или во взаимную индуктивность между катушками  w_{1 и} w₂ ( вследствие изменения магнитной проницаемости сердечника.

в) - ИП вибраций, скорости перемещения катушки в воздушном зазоре ферромагнитного сердечника или давления в магнитное сопротивление сердечника или в э.д.с.

В вариантах а) и б) используются зависимости индуктивности катушки W₁ или взаимной индуктивности катушек W₁ и W₂ от магнитных свойств магнитопровода (магнитного сопротивления магнитопровода R_M).

С уменьшением  R_M индуктивность и взаимная индуктивность увеличиваются.

В варианте а) сопротивление магнитопровода R_M уменьшается, если при движении подвижных частей магнитопровода длина воздушного зазора по магнитным силовым линиям уменьшается (варианты: деталь 1 приближается к сердечнику 2, деталь 1 совмещена при повороте с плоскостью сердечника 2, деталь 3 вдвинута в зазор между 1 и 2).

В варианте б) сжатие сердечника внешней силой приводит к изменению магнитной проницаемости и, как следствие, к изменению магнитного сопротивления магнитопровода.

В варианте в) используется явление электромагнитной индукции. Сердечник 2 имеет вставку с постоянным магнитом, который создает в воздушном зазоре неоднородное магнитное поле. В этом зазоре в поперечном направлении перемещается плоская катушка. Магнитный поток этой катушки изменяется и индуктируется ЭДС e(t): 

,

здесь w – количество витков катушки, B – вектор магнитной индукции, S – площадка витка. Из уравнения следует, что амплитуда ЭДС пропорциональна скорости изменения индукции. 

 Пьезоэлектрические измерительные преобразователи

 

Рис.14.5. Пьезоэлектрические преобразователи давления, силы, деформации в напряжение (прямой пьезоэффект).

а) - кристалл сегнетоэлектрика (кварца, турмалина) и пластинка, которая вырезается из кристалла для ИП, на пластину наносятся напылением электроды.

б), в), д) – пакет из пьезопластин, создается напряжение между электродами,  зависящее от степени сжатия в вертикальном направлении или изгиба, соединение нескольких пластин усиливает чувствительность,

г) – ИП для преобразования сдвига в электрическое напряжение

 Термоэлектрические измерительные преобразователи

  

     Рис.14.6. Термоэлектрические преобразователи на термопаре.  

 Термопара – соединение металлических проводников с разной работой выхода электронов. На рис. 14.6 –  металлы разных типов А и B. На участках  «АБ» и «ДГ» – любые проводники.

Основной параметр термопары - чувствительность К (мкВ/˚С). Ниже в таблице приведены приближенные значения параметров термопар.

№	Тип термопары	К (мкВ/˚С)	Интервал температур (˚С)
1	медь-константан	40	до 600˚С
2	железо-константан	40	до 600˚С
3	хромель-алюмель	28	до 600˚С
4	Платинородий (13%  родия)-платина	10	до 1600˚С
5	Платинородий (10%  родия)-платина	8	до 1600˚С
6	Платинородий (30%  родия)- платинородий (6%  родия)	6.7	до 1600˚С

 Термоэдс   в контуре E=K*(Tи-To), поэтому To необходимо стабилизировать.

Используются для измерения

-температуры,

-теплового потока,

-скорости потока жидкости или газа,

-расхода,

-других параметров, связанных с температурой.

 Для измерения температуры используются так же терморезисторы.