44. Принцип действия индукционного вибрационного, биметаллического и теплового измерительных приборов.

Индукционный измерительный механизм состоит из неподвиж- ной катушки с током и подвижного плоского проводника, отклонение которого обусловливается индуцируемыми в нем токами. Существует два типа конструкций:

1. индукционный измерительный механизм с вращающимся полем, состоящий из катушки в виде замкнутого контура. Внутри нее находит- ся барабан, в котором наводятся вихревые токи;

2. индукционный механизм с бегущим полем (индукционный счетчик), состоящий из диска, вращающегося между полюсами ка- тушек.

Токи возбуждения создают вращающееся, или бегущее, поле, кото- рое приводит в движение подвижную часть. Сравнительно большой вращающий момент позволяет использовать индукционные механиз- мы в самопишущих приборах.

В основе вибрационных измерителных механизмов, служащих для измерения частот, лежит колебательный элемент, колебания которого с частотой резонанса обеспечиваются электромагнитным способом.

Биметаллический измерительный механизм основан на исполь- зовании биметаллической спирали, которая нагревается протекающим по ней током и, соответственно, деформируется, чем и обеспечивает показания. Биметаллическую спираль образуют две полоски из метал- лов с различными коэффициентами линейного расширения, соединен- ные вместе своими плоскостями и скрученные в спираль.

Тепловой измерительный механизм функционирует на основе пря- мого или косвенного нагревания током проводника, удлинение которо- го обеспечивает показания: нагреваемая током нить удлиняется, удли- нение через пружину и проволочный мостик передается на ось указателя, вызывая его отклонение.

45. Измерение температуры терморезисторами и термопарами.

Термопары – это датчики температуры, относящиеся к генераторному типу, выходной величиной которых является ЭДС, функционально связанная с температурой.

Принцип работы термопар основан на эффекте термо-ЭДС (эффект Зеебека) двух разнородных проводников (обычно металлов или сплавов).

Термопара представляет собой 2 проводника (2 проволоки из различных металлов или сплавов) имеющие один или два контакта (спая). При разности температур между двумя контактами двух проводников в данной цепи возникает ЭДС, пропорциональная разности температур и основным источником которой является температурная зависимость контактной разности потенциалов двух материалов.

В небольшом интервале температур величину термо-ЭДС можно считать пропорциональной разности температур и некоторому коэффициенту α (альфа), называемому коэффициентом термо-ЭДС:

Е = α·∆Т

Где ∆Т – разность температур между горячим и холодным контактами термопары. Однако в достаточно широком температурном диапазоне линейная зависимость ЭДС термопары от разности температур между спаями нарушается.

Для измерения термо-ЭДС измерительный прибор – вольтметр может включаться в цепь термопары двумя способами( см. рис. 1 – горячий спай,нагреваемый спай, 2 – холодный спай,ненагреваемый).

При этом точки 1 называют рабочими концами термопар, а точки 2 – свободными концами. Наиболее часто применяемые на практике термопары: хромель-алюмель, хромель-копель, Cu-константан, Fe-константан. Преимущество термопар перед другими приборами позволяющими определять температуру (например, терморезистор) в том, что они позволяют измерять температуру практически в точке, а диапазон измеряемых температур от -220°C до + 2500°C.

Если температуры спаев различаются, и температура одного из спаев известна (например, измерена с помощью термометра или терморезистора), то температуру второго спая (т.е. измеряемую температуру) можно найти из уравнения (1). Для того, чтобы упростить процесс измерения температуры с помощью термопары, температуру холодного спая можно застабилизировать например, опустив холодный спай в ванночку со льдом.

Алгоритм измерения температуры:Измерение температуры холодного спая; преобразование этой температуры в эквивалентное напряжение на выводах холодного спая термопары, используя градуировочную таблицу термопары или линеаризующее уравнение; добавление этого напряжения к измеренному напряжению на выводах термопары; преобразование полученного напряжения в температуру используя градуировочную таблицу термопары или линеаризующее уравнение.Сварка проводов, изготовленных из разных металлов, выполняется таким образом, чтобы получилось небольшое по размеру соединение - спай. Провода можно просто скрутить, однако такое соединение ненадежно и имеет большой уровень шумов. Особенностью термопар по сравнению с другими типами термодатчиков является то, что температурный коэффициент зависит только от материала, из которого изготовлена термопара и не зависит от ее конструкции (термопары выполняются в форме щупа, прокладки, бронированного зонда, и т.п.). Это делает термопары взаимозаменяемыми без дополнительной подстройки. При высоких температурах сопротивление материала изоляции термопары уменьшается и токи утечки через изоляцию могут вносить погрешность в результат измерения. Погрешность термопары возрастает также при попадании жидкости внутрь термопары, вследствие чего возникает гальванический эффект.

Терморезисторы – преобразователи, принцип действия которого основан на зависимости электрического сопротивления проводника от температуры. Терморезисторы чаще всего представляют собой проволоку из определенного материала, навитую на изолирующую подложку. В качестве материалов для производства терморезисторов используют металлы(наприм.платину, медь, никель). Температурные зависимости сопротивления терморезисторов в широком диапазоне температур нелинейный и для различных материалов подчиняется уравнениями: R_T = R₀(1+ αT); R_T = R₀(1+АТ+ВТ²); R_T = R₀(1+АТ+ВТ² + +СТ³), где R₀ – сопротивление при температуре, принятой за нуль; α, А, В и С – температурные коэф.сопротивления. Наиболее часто используют первую формулу- линейное уравнение (для небольших температурных диапазонов), а температурный коэф.сопротивления α имеет порядок 10‾² - 10‾³ град‾¹. Для высокочувствительных терморезисторов, работающих в узких интервалах температур, используют полупроводниковые материалы с отрицательным температурным коэф.сопротивления. Такие терморезисторы имеют малые размеры и нелинейную зависимость сопротивления от температуры: R_T = R₀ exp(A(1/T-1/T₀)). Терморезисторы используют, как правило, в мостовых схемах, где регистрирующий прибор отградуирован в единицах температуры с разрешением 0,001°С.