13.2.5 Емкостной принцип

Основан на отличии диэлектрической проницаемости сред, находящихся на разных сторонах границ, определяющих измеряемый размер. Используется для измерения уровней жидких и сыпучих веществ, граница раздела жидкость – жидкость, и для измерения толщины диэлектрических пленок и листовых материалов в процессе их непрерывного производства.

Применяется для измерения уровня, толщины, угла поворота, перемещения, давления.

13.2.6 Магнитный принцип

Принцип применяется для измерения толщины ферромагнитных объектов, немагнитных покрытий на ферромагнитном основании при одностороннем доступе к измеряемому размеру. Используется в дефектоскопии для обнаружения и локализации дефектов (трещин, раковин, осколков).

Преобраователь (рис. 13.3) содержит симметричный магнитопровод 1 с двумя воздушными зазорами 2 и 4, в которых размещены преобразователи Холла [5] ПХ1 и ПХ2. Магнитное поле в воздушных зазорах создается с помощью постоянного магнита NS или стабильным постоянным током I₀, протекающим по обмотке 3 (ω₁). При отсутствии исследуемого объекта 6 вследствие симметрии магнитопровода значения магнитной индукции В₁ и В₂ в воздушных зазорах 2 и 4 равны и ток I_ур в уравновешивающей обмотке 5 (ω₂), пропорциональный измеряемой толщине, равен нулю. При шунтировании зазора магнитопровода ферромагнитным объектом 6 магнитная индукция В₁ увеличивается, а В₂ уменьшается, в результате чего в уравновешивающей обмотке возникает ток I_ур, создающий магнитодвижущую силу, которая восстанавливает равенство значений В₁ и В₂.

Рис. 13.3. Схематическое устройство толщиномера

Применение принципа обеспечивает уменьшение погрешности линейности и зависимость показаний от магнитной проницаемости материала исследуемого объекта.

13.3 Спектрометрические принципы

Они наиболее точные. Принципы основаны на измерении параметров различных излучений в широком диапазоне длин волн (звуковые, ультразвуковые, радиоволновые, оптические, радиоизотопные) при их взаимодействии с исследуемым объектом. Здесь происходит сравнение измеряемого размера с линейными и круговыми естественными шкалами. Высокая точность спектрометрических принципов обусловлена также тем, что при их использовании воспроизводятся выходные сигналы, информативными параметрами которых являются время, частота, число длин волн…

Диапазон линейных измерений, начиная с размеров атомных решеток и заканчивая расстояниями, которые необходимо определять при исследовании дальнего космоса.

13.3.1 Локационный принцип

Принцип основан на измерении времени прохождения измеряемого расстояния излучением, скорость которого известна и остается неизменной в процессе измерений. Здесь можно использовать все виды излучения, включая радиоактивное, но особенно развиты методы и средства радио-, оптической и акустической локации.

Существуют два основных способа реализации принципа:

а) импульсный (используется излучение в виде коротких импульсов);

б) модуляционный (используется непрерывное модулированное излучение, фаза которого содержит информацию об измеряемом расстоянии).

Рис. 13.4. Структурная схема локационного светодальномера

В импульсных локаторах (рис. 13.4) излучение в виде короткого импульса от источника излучения – лазера 1 направляется на обмотку 2, расстояние до которой определяется. Отраженный от объекта импульс воспринимается чувствительным приемником – оптоэлектронным преобразователем 3. Интервал времени, в течение которого импульс проходит двойное измеряемое расстояние, определяется при помощи измерителя интервалов времени 4. При известной скорости распространения излучения измеряемое расстоянии вычисляется вычислительным устройством 5 и непосредственно отсчитывается по отсчетному устройству 6.

Фазовые локационные дальномеры отличаются от импульсных более высокой точностью, потому что там используется непрерывное излучение лазера.

Рис. 13.5. Структурная схема фазового локационного дальномера

Непрерывное излучение лазера 1 модулируется по интенсивности синусоидальным сигналом от генератора 5 (рис. 13.5). В качестве информативного параметра для определения времени прохождения излучением двойного измеряемого расстояния, используется угол фазового сдвига между напряжением на выходе приемника излучения 3 и модулирующим напряжением, измеряемый фазометром 4. Измерение угла фазового сдвига рассмотрено в [3].

Принципы акустической локации применяются для определения пространственного положения объектов, определения уровней в резервуарах, для гидролокации глубин морей и океанов, при поиске рыб, для измерения толщины объектов при одностороннем доступе к ним. Принцип импульсной акустической локации применяется для измерения размеров при одностороннем доступе к исследуемому объекту, а также в дефектоскопии. Локационный способ на основе радиоактивного излучения можно применять для бесконтактных измерений расстояний в герметических объектах при высоких температурах и давлениях, а также в запыленных и агрессивных средах.

Недостатком акустической локации является сильная зависимость скорости распространения акустических волн от вида и свойств среды распространения, ее температуры, давления и других параметров.