Измерение неэлектрических величин

1. Измерение t⁰ и давления.

2. Приборы для измерения концентрации газов (экологический контроль).

Объект измерения

Преобра-зователь

ИМ

УО (УО)

V ar (I, U, T)

Произвольная физическая величина, в том числе и t⁰, преобразована в уровень тока U или временный интервал T. Основную составляющую в приборах, измеряющих t⁰, составляет преобразователь. Имеются преобразователи t⁰ в уровень тока; t⁰ → U; t⁰ → свет поток, который преобразуется далее в уровень тока. Первый преобразователь, наиболее удобный для измерения температуры, должен иметь линейную характеристику преобразования.

реал.

I (U) ид.

t^o C

t₀ t_max

На практике эта характеристика далеко не линейна. Поэтому часто в структуру измерителя входит функциональный преобразователь, выпрямляющий характеристику. Но любой блок, включенный в последовательную цепь, увеличивает погрешность системы, поэтому стремятся конструировать такие преобразователи, характеристика которых близка к линейной. Каждый преобразователь имеет свой «паспорт» — кривую преобразования. Большое значение для работы имеет интервал рабочих t⁰. Для одних преобразователей он несколько десятков градусов (3-и дес.), для других — несколько сот. В технике чаще всего используют температуры, близкие к нулю и плюсовые. Поэтому большинство преобразователей t⁰ имеет рабочий диапазон, близкий к 0^о С. Наиболее применяемыми являются следующие.

VD

п/п диф.

При прохождении тока через переход его величина зависит от собственного сопротивления перехода. Если фиксировать напряжение источника, то сопротивление перехода становится функцией температуры. Для того, чтобы изменить некую температуру вводят ограничения.

U_мах ≤ 0,75:0,8

R_огр

+ VD U_изм

- U_ист

R_огр — регулирующий величину тока через диод рабочую точку. Его наличие обязательно. Кроме того, часто резистор подстроечный. Интервал t⁰ с таким измерителем порядка – 10 ^о С… + 4^о С. Обычно используются кремниевые диоды (КД502, 520, 522). Поскольку уровень сигнала на диоде /// его увеличивают с помощью усилителя с большим R_LX (операционный усилитель). Если t⁰ диапазон необходим более широкий, применяют полупроводниковые транзисторы, часто включенные последовательно. Схема включения примерно такая же и уровень тока через транзистор измеряется с помощью цифрового (V). В частности такие преобразователи используются в комбинированных приборах типа В7-27. Диапазон t⁰ шире - 40 ^о… + 70 ^о С. Но за счет имеющейся нелинейности характеристики, погрешность не меньше 2-5 %. Полупроводниковые преобразователи просты, надежны, но не обеспечивают высокой точности, поэтому для точных измерений применяют «термометры сопротивлений» — резисторы, величина сопротивления которых зависит от t⁰. Проволочные резисторы представляют из себя узел, в котором длинная свернутая проволока помещена в защитный кожух, обычно медный.

Наиболее часто используют преобразователь типа ТСМ (термометр сопротивления медный) — медная проволока d = 0,1 – (0,005 : 0,12), свернутая в спираль. В зависимости от требуемой точности, размеры таких преобразователей от 50 мм до 600 мм. Чем больше сопротивление медного проводника (т.е. чем длиннее проволока), тем чувствительнее преобразователь (формула). У мелкогабаритных приборов величина приращения 0,004 (Си).

Б олее линейная характеристика у преобразователей ТСП — платиновых. Используют в точных измерителях. Одной из основных характеристик такого преобразователя является инерционность. С целью уменьшения ///, кожух выполняют из тонкой медной трубки, чтобы быстро прогревалась проволока (т.е. сам преобразователь). Принято такие преобразователи включать в мостовую схему:

R

R₁ R₂

U _пит Rt^o R₃

Резистор R устанавливает величину питающего напряжения моста и определяет чувствительность его.

Резистор R₂ — установка на ноль — установка начальной t⁰. С помощью R₂ при начальной t^о мост приводится в равновесие. Изменением величины Rt^о приводят к разбалансу моста в его диагонали. В диагонали моста течет ток, который фиксируется прибором. Существуют терморегуляторы — композиционные, сопротивление которых изменяется от t^о. Для измерения t^о их не применяют, т.к. характеристика не линейна. Высокая температура (сотни и тысячи ^о С) измеряют с помощью термоЭДС.