Вимірювальні перетворювачі. Класифікація вимірювальних перетворювачів.
Вимірювальний перетворювач — засіб вимірювальної техніки, призначений для формування сигналу вимірюваної інформації у формі, зручній для передачі, подальшого перетворення, обробки та збереження.
За типом перетворення: параметричні, до яких відносять резистивні, індуктивні, трансформаторні і ємнісні перетворювачі. Їх широко використовують для перетворення неелектричних величин (переміщення, зусилля, тиску, температури та ін.) у електричні величини (напругу, струм, частоту та ін.); генераторні перетворювачі перетворюють вхідні величини в електрорушійну силу. Вони не потребують енергії додаткових джерел живлення, оскільки використовують енергію вхідного сигналу. Найбільшого поширення набули індукційні, термоелектричні, п’єзоелектричні, фотоелектричні перетворювачі;
За характером дії: розривної дії, або дискретні та плавної дії. За ступенем перетворення: прості та диференціальні. В залежності від принципу перетворення: терморезистивні, фоторезистивні, тензорезистивні.
Резистивні вимірювальні перетворювачі. Їх класифікація.
Такі вимірювальні перетворювачі відносяться до перетворювачів
параметричного типу. Резистивні перетворювічі в залежності від принципу
перетворення, що лежить в їх основі поділяються на:
- тензорезистивні;
- терморезистивні;
- фоторезистивні.
Вони базуються відповідно на тензорезистивному, терморезистивному, фоторезистивному ефектах (явищах). В основі резистивних перетворювачів лежить залежність зміни активного опору чутливого елементу від його параметра.
Відомо, що активний опір провідника Rвизначається так:
R = ρ1/S
де р - питомий опір матеріалу; l - довжина провідника; S- площа його поперечного перерізу. Таким чином, змінюючи параметри, можна отримувати залежності опору від певного параметра і на цьому принципі будувати вимірювальні перетворювачі.
Тензорезистивні вимірювальні перетворювачі.
Тензорезистивні вимірювальні перетворювачі відносяться до перетворювачів параметричного типу. Тензорезистивний ефект полягає у залежності активного опору чутливого елементу від деформації і характеризується коефіцієнтом тензочутливості
К
=
,
де
εR- відносна зміна електричного опору,εR=
—, εl ~ відносна зміна довжини елемента
εl =
.
У твердих провідниках видовження супроводжується зміною поперечних розмірів. У рамках пружної деформації
ці
величини пов'язані коефіцієнтом Пуассона
μ=
,, де εr- відносна зміна
радіусу
поперечного перерізу круглого тіла,
εl =
.Величину εs для
круглого
провідника можна записати εs=
= 2εrабо εs= -2 μεe
Тоді значення К можна подати: К = (1 + 2μ) + (Δρ/ρ)/(Δl/l)
Деформація рідких провідників (ртуть, електроліти) також не супроводжується зміною об'єму матеріалу тобто (V= const). Для нихR =ρl/S = ρl2 / V. Тоді εR=2εlа коефіцієнт тензочутливості для рідкихпровідників дорівнює 2.
На відміну від провідників у напівпровідниках тензорезистивний ефект повязаний переважно із зміною р і дорівнює К = εR/εl . Значення тензочутливості в напівпровідниках значно більші ніж у провідниках, проте їм властива велика температурна нестабільність (залежність параметрів від температури навколишнього середовища).
Використовуються такі вимірювальні перетворювачі для вимірювання невеликих переміщень, деформації, а також інших механічних величин функціонально пов'язаних з деформаціями.