
- •Н.Д. Наракидзе, д.В. Шайхутдинов
- •Электрические измерения неэлектрических величин
- •Учебное пособие
- •Г. Новочеркасск
- •1.Физико-технические основы измерительног преобразования. Классификация преобразователей. Основные статические и динамические характеристики
- •1.1. Физико-технические основы построения измерительных преобразователей
- •1.2 Метод электромеханических аналогий
- •1.3 Теория измерительных преобразователей
- •1.4. Основные понятия и определения. Классификация измерительных преобразователей. Основные характеристики и параметры измерительных преобразователей
- •1.4.1. Основные понятия и определения
- •1.4.2. Классификация измерительных преобразователей
- •1.4.3. Основные характеристики и параметры ип
- •2 Резистивные измерительные преобразователи
- •2.1 Физические основы проводимости
- •2.2 Электроконтактные преобразователи и преобразователи контактного сопротивления
- •2.3 Реостатные измерительные преобразователи
- •2.4 Тензорезистивные преобразователи
- •2.5 Терморезистивные измерительные преобразователи
- •2.6. Фотоэлектрические измерительные преобразователи
- •2.7. Магнитоуправляемые преобразователи
- •3. Емкостные преобразователи
- •4. Индуктивные преобразователи
- •6. Индукционные преобразователи
- •7. Пьезоэлектрические преобразователи
- •Свойства пьезоэлектрических преобразователей.
- •8. Термоэлектрические преобразователи (термопары)
- •9. Электрохимические измерительные преобразователи
- •9.1. Основные законы электрохимии
- •9.1.1. Диссоциация
- •9.1.2. Электропроводность
- •9.1.3. Электролизом
- •9.1.4 Электродный потенциал
- •9.1.5 Граничный потенциал
- •9.1.6 Явление поляризации
- •9.1.7 Электрокинетическое явление
- •9.2 Электролитические преобразователи сопротивления
- •9.3 Гальванические преобразователи
- •9.4 Кулонометрические преобразователи
- •9.5 Полярографические преобразователи
- •9.6 Химотронные преобразователи (ионисторы)
- •9.7 Электрокинетические преобразователи
- •10. Электронные и ионные измерительные преобразователи
- •10.1. Ионные преобразователи малых концентраций газа (вакуумметры)
- •10.2. Электронные преобразователи перемещения
- •10.3. Масс-спектрометры
- •10.4. Ионизационные преобразователи
- •Список литературы
6. Индукционные преобразователи
В индукционных преобразователях для преобразования механических перемещений в электрический сигнал используется явление электромагнитной индукции – наведение ЭДС в электрическом контуре, в котором меняется магнитный поток. Индукционные преобразователи относятся к преобразователям генераторного типа. Наведение ЭДС происходит независимо от причины изменения магнитного потока: перемещается ли обмотка в постоянном магнитном поле или магнит в неподвижной обмотке.
Величина индуцированной в катушке ЭДС определяется зависимостью:
;
где
– мгновенное
значение ЭДС;
– число витков
катушки; Ф – магнитный поток.
Из приведенного соотношения видно, что индукционный преобразователь может применяться только для измерения скорости перемещения.
Рассмотрим два типа индукционных преобразователей.
Рисунок 6.1. Конструкции индукционных преобразователей: а – для измерения поступательного перемещения; б – для измерения вращательного движения
Наведение ЭДС для схемы «а» равна:
,
а для схемы «б»:
Выходной сигнал имеет два информативных параметра: наведенная ЭДС ; частота изменения выходного сигнала. Первый информативный параметр неудобен тем, что он зависит не только от скорости вращения, но и от других внешних факторов, например температуры. Второй параметр используется более часто, так как он не зависит от внешних факторов, а зависит только от скорости вращения вала.
7. Пьезоэлектрические преобразователи
Пьезоэлектрические преобразователи являются преобразователями генераторного типа, в них генерируется электрический заряд .Эти преобразователи являются устройствами чувствительными к силе, поэтому они употребляются для измерения физических величин, которые могут быть приведены к силам. Пьезоэлектричество появляется в кристалле определенной конфигурации, когда они подвергаются сжатию или растяжению, при этом кристалл поляризуется и на его поверхности образуется электрический заряд. Поляризация пропорциональна приложенному усилию и изменяет знак при изменении знака усилия. Это прямой пьезоэлектрический эффект. Он используется для измерения силы, давления, ускорения и др. Помимо прямого имеется обратный пьезоэффект, который заключается в том, что электрическая поляризация вызывает механические напряжения в кристалле, что приводит к изменению его геометрических размеров. Обратный пьезоэффект используется для ультразвуковой локации, как испонительтый элемент в устройствах автоматики, например при перемещении определенных приборов, изменения оптического фокуса телескопа. Наиболее заметен пьезоэффект в веществах с естественной анизотропией кристаллической структуры или в материалах с искусственной анизотропией. Наиболее распространенным материалом является кварц. Пластина пьезопреобразователя вырезается из кристалла кварца параллельно его осям x, y, z (рисунок 7.1.).
Рисунок 7.1. Ориентация пластины П в кристалле кварца
Под влиянием сил Fx и Fy на плоскостях перпендикулярных к оси х появляется заряд. Ось х называется электрической осью, а эффект называется продольным. Под действием силы Fz электризация не возникает. Этот эффект называется поперечным. Заряды q, возникающие под действием силы Fx, не зависят от геометрических размеров кристалла. При действии силы Fy возникает заряд на сторонах, перпендикулярных электрической оси. Заряд зависит от геометрических размеров пластин.