3. Методы измерений неэлектрических величин

3.1. Введение.

Большинство физических величин – неэлектрические: перемещение, скорость, ускорение, сила, температура и др. Их, вообще говоря, можно измерять и без преобразования в электрические величины: ток, напряжение, сопротивление, индуктивность, ёмкость и др. Например, температуру можно измерять ртутным термометром, где она преобразуется в высоту столбика ртути. Но измерение с предварительным преобразованием в электрические величины даёт ряд существенных преимуществ. Электрические величины по сравнению с неэлектрическими легко усиливать, передавать на расстояние, преобразовывать в цифровую форму.

В табл. 3.1 дана классификация наиболее распространённых измерительных преобразователей (ИП) неэлектрических величин в электрические.

{3К1}

Таблица 3.1

Название	Вход	Выход	Объединяющее название
Реостатный	α; l	R	Параметрические
Тензорезисторный	l	R	Параметрические
Терморезисторный	θ	R	Параметрические
Индуктивный	α; l	L	Параметрические
Емкостной	α; l	C	Параметрические
Индукционный	dα/dt; dl/dt	E	Параметрические
Пьезоэлектрический	F	Q	Генераторные
Термоэлектрический	θ	E	Генераторные

Обозначения:

α; l – угловое и линейное перемещение или изменение размера;

θ – температура;

t – время;

dα/dt; dl/dt – угловая и линейная скорость;

F – сила;

R – сопротивление;

L – индуктивность;

C – ёмкость;

E – электродвижущая сила (эдс);

Q – количество электричества (заряд).

В разделах 3.2 – 3.9 рассмотрены принципы действия и особенности основных измерительных преобразователей неэлектрических величин в электрические, а затем – методы измерений неэлектрических величин.

3.2. Реостатные измерительные преобразователи.

3.2.1. Принцип действия.

Эти ИП представляют собой реостат, движок которого перемещается по обмотке в соответствии со значением измеряемой неэлектрической величины. Это перемещение может быть угловым α или линейным l. Сопротивление R между движком и одним из концов обмотки может быть распределено линейно или по некоторому другому закону по пути движка. Соответственно реостатные преобразователи разделяются на линейные и функциональные. У линейных R пропорционально α или l:

R = Sα или R = Sl,

где S – коэффициент преобразования, а у функциональных

R = f(α) или R = f(l),

где f(٠) – функция преобразования.

На рис. 3.1 показан функциональный реостатный ИП.

Рис. 3.1. Функциональный реостатный ИП

На каркас 1 из изоляционного материала намотана проволока 2. Изоляция проволоки на верхней грани каркаса зачищена и по металлу проволоки скользит движок-щётка 3. Вторая щётка 4 скользит по токосъёмному кольцу 5. Обе щётки изолированы от приводного валика 6.

Каркас делают из текстолита или пластмассы, а также из алюминия, покрытого изоляционным лаком или оксидной плёнкой. За счёт хорошей теплопроводности алюминиевый каркас позволяет увеличить плотность тока в обмотке и тем самым повысить чувствительность ИП. Формы каркасов разнообразны: плоская или цилиндрическая пластина, кольцо, сегмент и др.

Проволока обмотки чаще всего бывает манганиновая или константановая. В случаях, когда требования к износоустойчивости контактной поверхности особенно высоки или когда контактное давление очень мало применяют сплав платины с иридием. Провод должен быть покрыт эмалью либо слоем окислов, чтобы соседние витки не замкнулись.

Щётка выполняется из двух-трёх проволочек из фосфористой бронзы, серебра или сплава платины с иридием.

В функциональных ИП нелинейность распределения сопротивления вдоль каркаса достигают разными способами, в частности изменением высоты каркаса, как показано на рис.3.1.