8.1. Измерение, параметры и датчики измерений

Различают объекты измерений (исследований) и методы измерений и регистрации измеряемых величин. После сбора данных, их обработки и анализа принимают решение о точности и достаточности полученных результатов или о постановке новых экспериментов.

Объекты измерений в сварочной технике могут быть разделены на два основных класса: сварочные процессы и сварные соединения. В ряде случаев измерения и регистрацию параметров на сварном соединении производят в ходе сварочного процесса. Как правило, такие измерения связаны с исследованиями полей температур или деформаций, кинетики аллотропических или фазовых превращений в свариваемом металле и др.

Таким образом, исследование сварочных процессов и сварных соединений связано с проведением измерений. Измерением называется процесс сравнения измеряемой величины с величиной того же рода, принятой за единицу измерений. Результат измерения выражают числом, показывающим отношение измеряемой величины к единице измерения.

Параметры измерений. Измеряемые параметры можно условно разделить на электрические и неэлектрические. К числу основных электрических параметров, определяющих большинство режимов сварки, относятся ток и напряжение в цепи, которые могут быть постоянными, синусоидальными и несинусоидальными. Несинусоидальные параметры характеризуются действующими и мгновенными значениями. Число неэлектрических параметров объекта исследования велико. Наиболее важными неэлектрическими параметрами в сварочной технике являются температура, перемещение (деформация), усилие (вес), масса, площадь, объем и их производные по времени: скорость нагрева (охлаждения), скорость движения (деформации), расход и т. д. Следует различать статические и динамические значения измеряемых величин.

Параметры такого объекта измерений, как сварочный процесс, могут относиться к различным агрегатным состояниям вещества: твердому, жидкому и газообразному, а также плазмообразному.

Важным параметром сварочного процесса является производная не только по времени, но и в пространстве, т. е. градиент. Именно создание больших градиентов температуры для нагрева холодного металла до температур сварки вызывает, в свою очередь, градиенты других характеристик (механических напряжений, концентраций элементов или газов и т. д.).

Датчики измерений. Элемент измерительного устройства, преобразующий неэлектрическую величину в электрическую, называется датчиком. Он является функциональным элементом, обеспечивающим информационную связь между измеряемым объектом и измерительным устройством.

Простота, с которой могут быть усилены, зарегистрированы, измерены, преобразованы электрические сигналы, привела к тому, что в большинстве современных приборов применяются различные методы преобразования измеряемых неэлектрических величин в электрический ток или напряжение.

Различают параметрические и генераторные датчики. Если для преобразования неэлектрической величины в один из электрических параметров – сопротивление, емкость, индуктивность – требуется источник питания, то датчик является параметрическим. Если неэлектрическая величина преобразуется в ЭДС, то датчик является генераторным. Параметрические датчики по принципу действия подразделяются на датчики сопротивления (реостатные, тензосопротивления, термосопротивления), индуктивности (индуктивные, магнитоупругие, магнитные и др.) и прочие генераторные датчики. По принципу действия они подразделяются на термоэлектрические, индукционные, пьезоэлектрические, полупроводниковые, эмиссионные и другие датчики.

Одним из требований к датчикам является обеспечение линейной зависимости выходного сигнала от измеряемой величины. Нелинейность датчика может быть устранена введением дополнительного функционального преобразователя с нелинейными элементами, который частично или полностью компенсирует нелинейность характеристики датчика.