9 Электрлі емес шамаларды өлшеу. Электрлі емес шамалардың датчиктері. Параметрлік, генераторлы түрлендіргіштер.

Электрлі емес шамаларды ғылғми зерттеулерде өлшеуге тура келеді. Мысалы, жаңа физикалық құбылыстарды, космосты, мұхиттарды, жер түпкірін, жаңа материалдардың және заттардың қасиеті мен құрамын анықтағанда, технологиялық өндірістік процесстерді басқару мен бақылауда сапалы өнімдерді шығаруда бақылау және т.б.болады.

Электрлі емес шамаларды өлшеуде көбінесе ауыл шаруашылығына, медицинаға, ортаны қорғау қызметіне сүйенеді.

Әр түрлі электрлі өлшеу қондырғылары өндірістерден шығаратын және электрлі емес шамалардың өлшемі тізімде көрсетілген.

Сондықтан мұнда өлшеулердің кейбір шамалары көбінесе жиі кездесетін өндірістер мен ғылыми зерттеулерде қарастырылады. Мысалы, температураны өлшеу қажетті болғанда, газ бен сұйық заттардың концентрациясын анықтауда, ал газ бен сұйықтардың қысымдары химиялық өндірістерде, газ бен мұнай кәсіпорындарда, металлургияда, жылу энергетикасында, тамақ кәсіпорындарында, ауыл шаруашылығында, медицинада және т.б. кездеседі.

Қысымның, өлшемнің орын ауыстыруын өлшеу машина жасау зауыттарында, прибор жасау зауыттарында және көбінесе автоматтандырылған өндірістерде, кәсіпорын жұмыстарында жүзеге асады. Сондықтан, сұйық пен газ тәрізді ортаның температурасын, қысымын, өлшемін, арақашықтығын, концентрациясын өлшеуді қарастырамыз.

Температураны өлшеу. Қазіргі уақытта температураны өлшеу диапазоны өте үлкен. Практикада көбінесе жиі стационарлы немесе жай өзгеру температураларын өлшеу талап етіледі(жылдамдығы 1 минутына мөлшермен 1⁰С ).Сонымен бірге температураны өлшеуде қажеттілікке сай секундына жуздеген градусқа өзгеретіндер кездеседі.Мысалы, газ ауалы авиацианық двигателінің трактіндегі температура.

Шамамен нақты өлшеу температураның эталонымен анықталады.

Бірлік шығарудың аздаған қателігі S-ті өлшеуде температураның –200⁰С-ден +1000⁰С-қа дейінгі диапазонында орташа квадраттық ауытқумен сипатталады. 0,0005⁰С-тан көтерілмейтінін ескерілмеген жүйелік қателігі 0,0002⁰С-тан артпаған. Температураның бірлігі көрсетілген аймақта шегі S=0.02⁰С және b=0.0005⁰С мәндерімен белгіленеді.

Температураны өлшеу әдістері әртүрлі. Олар бір-бірінен өлшеу диапазондарымен ерекшелінеді. Соңғы белгілері бойынша температураны өлшеу контактті және контактті емес деп бөлінеді.

Контактті емес өлшемдерге арналған құралдар температура 2500⁰С-тан асқанда өлшеу объектісі бар түрлендіргіш контактісі қиындағанда немесе мүмкін емес болғанда( қозғалатын немесе жойылған объект, агрессивті орта және т.б.) немесе термотүрлендіргіштің орналастыруға байланысты объектінің температуралық өрісін өзгерту мүмкін емес болғанда қолданылады.

Кесте 9.1 - жуық мәндерінің температураны өлшеу диапазоны және қол жеткізген өлшеу дәлдігі мен көбінесе температураны өлшеудегі кеңінен таралған приборлар

Температураны өлшеу құралдары	Өлшеу диапазоны	Шыққан қателігі
Контактілі Термометрлер кедергілері Терморезисторлармен: Асыл металдардан Асыл емес металдардан Жартылай өткізгіш материалдардан Термометрлер кедергілері терморезисторлармен Кварцттік термометрлер Термоэлектрлі термометрлер терможұптарымен: Асыл металдардан Асыл емес металдардан Асыл емес қиын балқитын металдардан Контактты емес пирометрлі сәулелену: Радиациялық Оптикалық (жарықтылық) Түсті	-260 +1300 -200 +200 -270 +300 -60 +100 -50 +100 20-1800 -200+1300 0-2500 20-4000 700-10000 900-3000	0,002 0,5 1,0 1,0 0,05 0,1 1,0 1,0 1,0 0,5 1,0

Температураны өлшеуде оның мәніне байланысты әртүрлі приборлар дәлдікті және өлшеудің шартын қолдануды қажет етуі мүмкін. 9.1- кестеде жуық мәндерінің температураны өлшеу диапазоны және қол жеткізген өлшеу дәлдігі мен көбінесе температураны өлшеудегі кеңінен таралған приборлар келтірілген

Үгілмелі материалдардың және сұйықтардың деңгейін өлшеу шамамен 100 мм –ден 100 м-ге дейінгі үлкен орын ауыстыру түрлендірулері бар түрлендірулерді теңестіретін кәдімгі ұқсас құралдарды шығарады (реостат, сыйымдылық) қателігі % болатын үлкен диапазондағы өлшеу деңгейінің келтірілген өзгерісін сыйымдылық тепе-теңдігі қамтамасыз етеді. Қопарылыс тудыратын сұйықтық жоғары қысымда орналасқан кездегі сұйықтардың деңгейін өлшеу үшін қолданылады. Өте жоғары дәлдік алыс қашықтықта өлшейтін сандық лазерлер кеңінен қолданылады. Қателігі мм болатын сериалы шығаратын лазерді дальномерлер күніне кез-келген уақытта ара-қашықтығы 20-30 км аралықтарды өлшеу үшін қолданылады. Лазерлі дальномерлер тағы да әуе кеңістігін зерттеу үшін қолданылады («Луноход-1» лазерлі дальномерлермен ара-қашықтықы өлшеу қамтамасыз етілді). Жүздеген, мыңдаған ара-қашықтықтарды өлшеуде радиодальномерлер қолданылады. Геометриялық өлшемін және ара-қашықтығын өлшеу өндірістік жұмыстарда жүргізіледі. Бұл функциялар жұмыста (реостатты, индуктивті) ауыстыру кәдімгі ұқсас түрлендірулермен орындалады, сол сияқты сандық функциялар да орындалады. Қозғалыстағы элементтердің ара-қашықтығын өлшеу жұмысында, алыстан (10 мм-ге дейін), жақыннан (10 м-ге дейін) және өте жақын (мм шамасымен) талап еткен араластыру және қызмет ету зонасында жұмысты автоматты түрде қолданылады.

Кесте 9.2 - Сызықтық өлшемдер

Сызықтық өлшемдер мен ара-қашықтықты өлшеу құралдары	Өлшенетін өлшемдер мен ара-қашықтықтар, мм	Қателігі, %
Аналогты Реостатты Сыйымдылықты Индуктивті Сандық Лазерлі санауыш	10-1 – 102 10-3—103 10-4 – 10 10-4 – 102 10—107 10-2-103	0,5 0,5 0,0025 0,005 0,005

Қоспалардың концентрациясын өлшеу. Лабораторияда немесе практикада көбінесе сұйық қоспалардың концентрацияларын өлшеуді талап етеді. Сұйық қоспалардың компоненттерінде органикалық емес (металдар, тұздар, қышқылдар, негіздер т.б.) және органикалық(мұнай өнімдері, микроорганизмдер т.б ) болады.

Мұндай компоненттердің концентрациясын өлшеу диапазоны әртүрлі., мысалы, табиғи суда тұздың концентрациясы 0,01-ден 100мг/л-ге дейін өзгереді, ал мұнай өнімдерінде концентрация 5-10 мг/л-ден аспауы керек, сонымен қатар сутегіні иондармен қышқыл немесе негіз түзетін сұйық қоспаларының қоспасы 10 -ден 1г-ион/л-ге дейін өзгереді т.б.

Мысалы мұндай компоненттердің концентрациясын өлшеу диапазоны әртүрлі., табиғи суда тұздың концентрациясы 0,01-ден 100мг/л-ге дейін Қоапалардың концентрациясын өлшеу кезінде, аспаптардың келтірілген өлшеу қателігі -ті құрайды.

Жылу энергетикасында, тамақ өнеркәсібінде судың тығыздығын және оның құрамындағы тұздың, Ca,Na және Mg-дің концентрациясын өлшеу міндетті түрде бақылауға алынады. Қателігі болатын электрлі түрлендіретін кондуктометр (солемерлер) судағы тұздың концентрациясын анықтау үшін қолданылады. Сонымен қатар кондуктометрлер судың қықылдығының концентрациясын өлшеуге қолданылады. Қателігі болатын ГСП электрлі сигналға негізделген автоматты кондуктометрлер сұйық орталардың концентрациясын автоматты түрде өлшейді.

Қазіргі заманда ғылым мен техника аймағында магнит өрісінің параметрлерін өлшеу міндетті. Мысалы, жердің және планеталар мен космос кеңістігінің магнит өрісін анықтағанда, геологиялық барлаудағы табиғи байлықты, криогенді элетроэнергетикада, медицинадағы биологиялық объектілердің магнит өрісін анықтауда, үзілмелі тізбектегі жоғары токтарды өлшеуде, аспап құру, машина құру электрондық және радиотехникалық өнеркәсіптерде т.б қолданылады. Өлшеу шарттарында әрбір осы аймағынан өздерінің белгілі бір диапазонында дәл өлшеу және жиілік диапазонын өлшеуді талап етеді. Мысалы, магнит индукциясын 10 тен 10 Тл диапазонында өлшеу керек, ал жиілік диапзонындағы тербеліс 0-ден ондаған мегагерц негізінде болуы керек. Өлшеу кезіндегі қателік шегі 0,001% құрауы керек.

9.3 - кестеде қазіргі теслометрлердің жиілікті өлшеу диапазондарының шегі келтірілген.9.4- кестеде магнитті өлшеу аспаптары мен өндірістің сериялы шығарылуы келтірілген.

Кесте 9.3 - Казіргі теслометрлердің жиілікті өлшеу диапазондарының шегі

Тесламетр	Өлшеу диапазоны	Жиілік диапзоны, Гц
Индукциялы Магниттімеханикалы Гальвономагнитті Ферромодуляциялы Квантті Жоғары өткізгішті	10-11–10-4 10-5 – 102 10-10 – 10-4 10-12 – 10-6 10-14 – 10-4	1-30-106; 0-10; 0-105 ; 0-103 ; 0 — 2 -103 -103

Кесте 9.4 - Магнитті өлшеу аспаптары мен өндірістің сериялы шығарылуы

Магнитті өлшеу аспабы	Жоғары шекті диапазондар	Негізгі келтірілген қателіктер, %
Магнитті электрлі веберметр Фотогальвонометрлі веберметр Электронды веберметр Сандық веберметр Холл түрлендіруші тесламетр Ферромодуляциялы тесламетр Ядерлі-резонансты тесламетр	500—1011 мкВб 2—500 мкВб 25—25-102 мкВб 10-2— 10 мкВб 10-3 —2 Тл 5-10-7 — 5-10-3 Тл 2,5-10-2-2,5 Тл	1,5; 2,5; 4 1,5; 2,5; 4 1; 2,5 0,5 1,5; 2,5 1,0; 1,5; 2,5; 5 0,01; 0,03

Индукциондық инпульс әдісі тұрақты магнит өрісіндегі параметрлерді өлшеу үшін кеңінен қолданылады. Бұл тәсілмен өлшеу жүйесі 9.1- суретінде келтірілген, мұндағы U_К -өлшеу катушкасы; БГ- баллистикалық гальвонометрлер; М-үлгілі катушканың қатысты индуктивтілігі.

Электрлі емес шамалардың датчиктері. Электрлі өлшеуде электрлі емес шамаларды өлшеу үшін арнайы датчиктер қолданылады. Олардың жасау принциптері түрлі физикалық құбылыстарға негізделген. Негізгі квалификациялы сипаттамасы болып негізделген физикалық принцип датчиктерді өлшеу және құру болып табылады

Сурет 9.2 - Индукциондық инпульс әдісі тұрақты магнит өрісіндегі схема

Резисторлы датчиктер – омдық кедергілердің өлшенетін шамаларын өрнектейді. Мұндай датчиктер көбінесе ығысуларды өлшеу мен сұйықтардың деңгейін өлшеуде қолданылады. Бірінші этабында өлшенген шамалардың ауыспалы резистор движогының ығысуына айналады.Резисторлы датчиктің жалпылама түрі 9.2- суретте көрсетілген.

Бұдан . Егер x-ті бұрыштық немесе сызықтық ығысуын білдірсе, онда ол болады

Сурет 9.2 - Резисторлы датчиктің жалпылама түрі

Резисторлы түрлендіргіштер негізінен мына жүйелерде қолданылады, яғни күші . Ығысу шамасы. Қоректің жиілігі 5Гц. Датчик өлшемдері: биіктігі<5 мм, ауданы 10см² дейін.

(9.3-сурет) - үлкен күштерді (F=10⁵…10⁶ H) өлшеу үшін қолданылады. Датчик келесі ретпен құрастырылған: беріктілігі зор диэлектрик материалға бір-біріне параллель екі катушка орнатылған. Егер бірінші катушкаға айналмалы кернеу жіберсе, онда екінші катушкада нөлге тең ЭҚК индуктеледі. Датчикке күш әсер еткен жағдайда материал деформацияланып, соның нәтижесінде катушкалардың кеңістікте орналасуы өзгереді де, екінші катушкада нөлден өзгеше ЭҚК пайда болады. Датчик құрылысы суретте көрсетілген.

Бұл датчиктердің жұмыс істеу принципі магнит ағындарының өзара әсерлесуіне негізделген. Орын ауыстырудың мөлшері мен деформация жайлы индуктор катушкасындағы токтың өзгеруінен пайымдауға болады.