9.2 Пьезоэлектрлік қысым өлшегіш түрлендіргіштер

1-     мембрана, 2-     кварц пластинасы, 3-     электрондық күшейткіш       (Rкір= Ом)

Өлшенетін қысым СЭ (мембрана) деформациясы арқылы күшке түрленеді. СЭ деформациясы пьезооэлектрлік элемент көмегімен өлшенетін ақпарат сигналына түрленеді. Пьезоэлектрлік түрлендіргіш элементінің жұмыс істеу принципі кристаллдарда байқалатын пьезоэффектке негізделген: кварц, турмалин, барий және басқалары. Пьезоэлектрлік қысым түрлендіргіш сұлбасы 9.2 суретте көрсетілген.

 9.2 Сурет - Пьезоэлектрлік  қысым өлшегіш түрлендіргіш

«Мембрана–кварц пластина» жүйесінің тербеліс жиілігі ондаған килогерцке тең болғандықтан осы типтегі өлшеугіш түрлендіргіштің динамикалық сипаттамасы да жоғары болады. Сондықтан оларды процестері тез өтетін жүйелердегі қысымды өлшеуде кең қолданады.

 

9.3 Дифференциалды-трансформаторлы қысым өлшегіш түрлендіргіш

 

 Дифференциалды-трансформаторлы қысым өлшегіш түрлендіргіш тура түрлендіру әдісіне негізделген. Сезгіш элементтің орын ауысуын өлшенетін сигналға түрлендіру үшін  келесі түрлендіргіштер қолданылады: индуктивті; дифференциалды-трансформаторлы; сыйымдылықтық; тензорезисторлық және басқа да түрлендіргіш элементтер қолданылады.

 

9.3 Сурет - Дифференциалды-трансформаторлы қысым өлшегіш түрлендіргіш

 Суреттегі белгілеулер: 1 – деформациялық сезгіш элемент, 2 – деформациялық-трансформаторлы түрлендіргіш элемент, 3 – тартқыш, 4,5 – екінші реттік орама секциясы, 6 – қозғалтқыш өзекше (сердечник), 7 - бірінші реттік орама.

Екінші реттік орама  шығысына (R1, R2) бөлгіш жалғанған, бұл түрлендіргішті қажет диапазон реттеу үшін керек.

Бірінші реттік ораммен I₁ тоғы өткенде магниттік ағын пайда болады, ол магнит ағыны екінші реттік ораманың екі секциясы да арақала өтіп онда ЭҚК е1 және е2 тудырады. ЭҚК мәндері М1 және М2 индуктивтілікпен өзара байланыста: е1= 2 *f*I1*M1,   е2= 2 *f*I1*M2,  мұнда f  - I1 тоғының жиілігі.

Секцияның  4 және  5 орамаларын қарсы қосқанда

                 Е = е1 - е2 = 2 *f*I1*(M1-M2) = 2 *f*I1*M,

 Унифицирленген ДТ- түрлендіргіш  үшін

 

                                   ,                                         (9.4)

 

мұнда δ – СЭ-тің деформациясы (орын ауысуы),  δ мах=1,6; 2,5; 4 мм,

                                              δ = к*Р,                                                     (9.5)        

мұнда к –  түрлендіргіш коэффициенті

ДТ – түрлендіргіштің дәлдік класы 1,0 – 1,5 .

Қысымды өлшеуге арналған жалпы әдістемелік нұсқаулар

Жоғарыда қарастырылған артық, абсолютті және вакуумдық қысым және қысымдар айырмасын өлшеуге арналған ӨҚ технологиялық процестерді автоматтандыру кезінде, ғылыми зерттеулер жүргізгенде кең қолданылады.

Қысым және қысымдар айырмасын өлшеу дәлдігі таңдалған өлшеу әдісіне, өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамасына, өлшеу жағдайына  және басқа да себептерге тәуелді.

Әдісті және ӨҚ-ын қойылған шарттарға, талап етілетін дәлдікке және өлшеу жағдайына  байланысты таңдау керек.

ӨҚ таңдау кезінде оның қалыпты жағдайға тән дәлдігін емес, аспаптың қолдану ортасында қамтамасыз ете алатын дәлдігін алған жөн.

ӨҚ таңдаумен қатар өлшенетін қысым диапазонын және  аспаптың шкаласын таңдау керек. Шкаланы таңдау кезінде қысым аспаптарының, дифманометрлердің және екіншілік аспаптардың жіберетін рұқсат етілген қателіктері өлшеу диапазонынан алынған келтірілген қателік (℅) түрінде көрсетіледі. Сондықтан аспап шкаласының бірінші жартысының өлшеу қателігі  екінші жартысына қарағанда көп болады.   

Біріншілік аспапты таңдау кезінде бірінші реттік құрылғының шығыс сигналы энергиясының түрін мен екінші реттік өлшеу құрылғысының кіріс сигналымен сәйкестендіруге қажетті қосымша түрлендіргішті қажет ететін аспаптарды алмаған жөн. Өлшеу сұлбасында қосымша түрлендіргішті пайдалану өлшеу қателігін арттыра түседі. АБЖ жасау кезінде шығыс сигналы унифицирленген тұрақты тоқ болатын бірінші реттік аспап қолданған жөн.

Сыртқы жағдайлар өлшеу дәлдігіне қатты әсер етеді, сондықтан аспапты орналастыру орнын таңдау кезінде оны да ескеру керек.

Аспаптарды орналастыру орны қызмет көрсетуге және олардың жұмысын бақылауға ыңғайлы болуы тиіс. Қысымды алу орны мен аспапты байланыстырушы жолдың ұзындығы минимал болуы керек. Байланыстырушы жолдардың ең үлкен ұзындығы 50м аспауы керек. Сонымен қатар, байланыстырушы жол ұзындығы артқан сайын берілген аспап үшін өткізу жиіліктері азаяды. Қысымы өлшеніп жатқан ортаның ыстық температурасының әсерінен сақтандыру үшін арнайы қосымша құрылғылар орнату керек.

2. КТТ-ні логометрге қосудың үшсымды сұлбасы (симметриялы әркелкі көпірдің сұлбасы).

Логометрлер

Логометр (грек тілінен «логос» - қарым-қатынас) деп аталатын магнитэлектрлік жүйенің аспаптары іс жүзінде КТТ-мен бірге температураны өлшеуге және жазуға, технологиялық бақылауда кең қолданылады. КТТ-мен бірге магнитэлектрлік жүйе логометрінің сұлбасы 6.3 суретте келтірілген.

Логометрдің өлшеу механизмі екі рамкадан тұрады, олар NS тұрақты магнит пен 4 өзекше полюстерінің арасындағы ауа саңылауына орналастырылған. Құрылымы бойынша саңылау бірқалыпсыз болып құрастырылған, х-х осі бойынша ол максимал болып табылады және вертикаль бойынша азая бастайды.

 

 

1,2 – изоляцияланған мыс сымдардан жасалған рам-ка (r₁, r₂);

3 – аспап көрсеткіші;

1,2,3 – ортақ оське орнатылған;

4 – жұмсақ болаттан  жасалған цилиндр өзекше;

R_1,R₂ – қосымша манганин резисторлар;

Rt – термометр кедергісі.

 

 

 6.3 Сурет – Магнитэлектрлік жүйе логометрінің сұлбасы

Магниттік моменттері М₁ = с∙I₁∙В₁;  М₂ = с∙I₂∙В₂ , мұнда коэффициент с=const, рамкалар өлшеміне байланысты ; В1, В2 – магниттік индукция.

М₁ моментін теңестіру М₂ моментінің көмегімен жүреді.

.

Яғни жылжымалы жүйенің бұрылу бұрышы  (немесе логометр көрсеткіштері) екі ток қатынасымен анықталады.

мұнда

логометр R_t-ні өлшейді, яғни температураны.

Қоршаған орта температурасының әсерін төмендету үшін R_1, R₂ манганин резисторлары тізбектей жалғанады, олардың кедергісі r₁, r₂ рамкаларының кедергісіне қарағанда жоғары. Бірақ бұл логометр сезігіштігін төмендетеді, себебі r₁, r₂ арқылы өтетін тоқ азаяды. Аспаптың сезігіштігін арттыру және температуралық коэффициентін азайту үшін симметриялы теңестірілмеген көпір сұлбасы қолданылады, оның өлшеу диагоналіне логометр рамкасы қосылады (А қосымшасы, А.3 сурет). Дәл осы сұлбаға үш сымды жалғау сұлбасы бойынша КТТ қосылуы мүмкін.

КТТ-пен бірге жұмыс істейтін нормаландыратын түрлендіргіш сұлбасы А қосымшасында келтірілген (А.4 сурет).

 

22-билет

1. КТТ-мен бірге жұмыс істейтін нормалаушы түрлендіргіштер.

КТТ көмегімен температураны өлшеу – ол температура өзгергенде металлдар мен жартылай өткізгіштердің өзінің электрлік кедергісін өзгерту қасиетіне негізделген: егер градуирлеу сипаттамасы (түрлендіру функциясы)   белгілі болса R_t=f(t), онда R_t-ні өлшеу арқылы КТТ салынған ортаның температурасын анықтауға болады.

КТТ -260 +1100 ^оС шектеріндегі температураны сенімді өлшейді.

Металл КТТ-тер: стандартталған КТТ жасау үшін платина (КТП) және мыс (КТМ) қолданады.

Платина – КТТ үшін ең күшті материал: α = 3,94∙10^-3 (^оС^-1); ρ = 0,1∙10^-6 Ом∙м; өлшеу диапазоны Δt^о = -260 +1100^оС. Pt жасалған КТТ – ең дәл бірінші реттік түрлендіргіштер болып табылады, сым диаметрі 0,05 0,5мм. Олар жұмысшы, үлгілік, эталондық термометрлер ретінде қолданылады.

Мыс – таза түрде оңай алынады, арзан металл, R_t=f(t) тәуелділігі сызықты, α = 4,26∙10^-3 (^оС^-1); өлшеу диапазоны Δt^о = -50 +200 ^оС. t >200^оС болғанда мыс тотығады, сондықтан қолданылмайды.

Никель және темір:  өлшеу ауқымы Δt^о = -50 +250 ^оС; α жоғары, бірақ бұл КТТ кең қолданылмайды, себебі градуирлеу сипаттамасы сызықсыз, ал ең бастысы – тұрақсыз және қайталанылмайды, сондықтан никельден және темірден жасалған КТТ стандартталмаған.

Жартылай өткізгішті КТТ: өлшеу ауқымы Δt^о=-100 +300^оС. Қолданылатын жартылай өткізгіштер:  магний, кобальт, марганец, титан, мыс оксидтері, германий кристалдары.

Жартылай өткізгішті КТТ температураны өлшеуде сирек қолданылады. Олар температура жайлы сигнал беру үшін қолданылады, өйткені өздеріне тән релелік эффект береді, яғни белгілі бір температураға жеткенде кедергі секірмелі өзгере бастайды. Олар әртүрлі автоматты газталдауыш аспаптарда сезімтал элементтер ретінде қолданылады. Жартылай өткізгіштен жасалатын сезгіш элементтер цилиндр, шайба, кішкентай моншақ түрінде жасалынады.