Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электрические измерения неэлектрических величин. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 > Следующая >>>

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I

К.К.Ким, Г.Н.Анисимов, А.А.Ткачук

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва

Ай Пи Ар Медиа

2023

УДК 621.317 ББК 30.10

К40

Авторский коллектив

кафедры электротехники итеплоэнергетики

Петербургского государственного университета

путей сообщения Императора Александра I:

Ким К.К.— д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, член-корр. АЭН РФ;

Анисимов Г.Н.— канд. техн. наук, доц. кафедры;

Ткачук А.А.— канд. техн. наук, доц. кафедры

Рецензенты:

Горский А.Н. — д-р техн. наук, проф., проф. кафедры электротехники

и теплоэнергетики Петербургского государственного университета

путей сообщения Императора Александра I;

Васильев Ю.П. — канд. техн. наук, доц., доц. кафедры электроснабжения

железных дорог Петербургского государственного университета путей

Кузнецов А.А.

теоретической электротехники Омского государственного

сообщения Императора Александра I;

— д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой

университета путей сообщения

Ким, Константин Константинович.

К40

Электрические измерения неэлектрических величин: учебное пособие/ К.К.Ким, Г.Н.Анисимов, А.А.Ткачук.— Москва: Ай Пи Ар Медиа, 2023.— 144с.

ISBN 978-5-4497-1881-5

В учебном пособии приведены сведения по классификации средств электрических измерений неэлектрических величин. Рассмотрены принципы действия, устройство, назначение иэксплуатационные свойства электроизмерительных преобразователей иприборов наих основе.

Подготовлено всоответствии стребованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования.

Предназначено для студентов электротехнических и электромеханических специальностей, изучающих дисциплину «Метрология, стандартизация исертификация». Также будет полезно работникам, занятым вэлектротехнических лабораториях, наэлектрических подстанциях, электрическом транспорте ит. п.

ISBN 978-5-4497-1881-5



ВВЕДЕНИЕ ...........................................................................................5

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ............................7

1.1. Общие положения иклассификации .......................................7

1.2. Параметрические измерительные преобразователи............12

1.2.1. Тензочувствительные преобразователи

(тензорезисторы) ............................................................12

1.2.2. Термочувствительные преобразователи ....................... 15

1.2.3. Индуктивные преобразователи ...................................... 19

1.2.4. Емкостные преобразователи .......................................... 25

1.2.5. Реостатные преобразователи ........................................ 29

1.2.6. Электролитические преобразователи ........................... 31

1.2.7. Ионизационные преобразователи ...................................33

1.2.8. Фотоэлектрические преобразователи ........................... 36

1.3. Генераторные измерительные преобразователи ..................39

1.3.1. Индукционные преобразователи ..................................... 39

1.3.2. Термоэлектрические преобразователи .......................... 42

1.3.3. Пьезоэлектрические преобразователи ........................... 46

1.3.4. Гальванические преобразователи .................................... 50

1.3.5. Фотогальванические преобразователи ..........................52

2. ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН .......................... 54

2.1. Приборы для измерения температуры ..................................54

2.1.1. Термоэлектрические термометры ................................. 54

2.1.2. Электрические термометры сопротивления ................ 59

2.1.3. Кварцевые термометры ..................................................61

2.1.4. Пирометры .....................................................................62

2.2. Приборы для измерения газового потока .............................65

2.3. Приборы для анализа состава газовых смесей ......................68

2.4. Приборы для измерения геометрических величин ..............72

2.5. Приборы для измерения давления .........................................77

2.6. Приборы для измерения уровня жидкости ...........................87

-3-

2.7. Приборы для измерения расхода жидкости .......................... 94

2.8. Приборы для измерения концентрации растворов

по водородному показателю (pH) ....................................... 105

2.9. Приборы для измерения силы ..............................................107

2.10. Приборы для измерения скорости .....................................109

2.11. Приборы для измерения ускорения ...................................111

2.12. Приборы для измерения параметров вибрации ............... 112

2.13. Приборы для измерения влажности .................................. 114

2.14. Приборы для измерения освещенности, яркости

идругих фотометрических характеристик .......................115

2.15. Приборы для измерения уровня звука ...............................120

2.16. Приборы для измерения проводимости ............................ 122

2.17. Приборы для измерения жесткости воды ..........................124

2.18. Приборы для измерения плотности жидкостей ................125

2.19. Приборы для измерения вязкости жидкостей игазов ...... 131

2.20. Приборы для определения элементного состава

вещества ...............................................................................134

ЛИТЕРАТУРА ..................................................................................141

-4-



Выполнение экспериментальных научно-исследовательских работ связано, как правило, сизмерением разнообразных физических величин разного характера, различной природы, изменяющихся поразличным законам.

Поскольку электрический ток является одним изнаиболее точных источников измерительной информации, большинство измеряемых величин вначале преобразуется вэлектрические величины, которые затем измеряются методами исредствами электрических измерений.

Классическая схема прибора, предназначенного для измерений физических величин, выглядит следующим образом: сначала преобразователь физической величины вэлектрическую, затем— средство измерения электрической величины.

Это иопределило структуру настоящего учебного пособия. Оно состоит издвух разделов: раздел 1 «Электрические преобразователи для измерения неэлектрических величин»; раздел 2 «Электроизмерительные приборы для измерения неэлектрических величин».

Принятая вучебном пособии систематизация материала наиболее удобна для самостоятельного изучения предлагаемого материала иорганично сочетается сосновной дисциплиной «Метрология, стандартизация исертификация», читаемой для электротехнических иэлектромеханических специальностей 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог» (специализации «Электрический транспорт железных дорог» и«Высокоскоростной наземный транспорт») и23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов» (специализации «Электроснабжение железных дорог» и «Телекоммуникационные системы исети железнодорожного транспорта»), атакже для направлений подготовки бакалавров 13.03.02 «Электроэнергетика иэлектротехника» и 12.03.01 «Приборостроение». Кроме того, пособие будет полезно при изучении дисциплин «Инженерная геодезия игеоинформатика» (специальность 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов итранспортных тоннелей»), «Обследование ииспытания зданий исооружений» и «Геодезия» (направление подготовки 08.03.01 «Строительство»), «Химия» (направление подготовки

20.03.01 «Техносферная безопасность»), «Метрология внеразрушающем контроле» (направление переподготовки «Неразрушающие физические методы контроля») ит. п.

-5-



Изложенный вучебном пособии материал базируется намноголетнем опыте преподавания различных технических дисциплин вПетербургском государственном университете путей сообщения.

Для более глубокого ибыстрого усвоения материала издания предпочтительно вначале ознакомиться сучебным пособием «Метрология, стандартизация, сертификация иэлектроизмерительная техника», выпущенным издательством «Питер» (авторы: К.К.Ким, Г.Н.Анисимов, В.Ю.Барбарович, Б.Я.Литвинов).

Результатом освоения материала, изложенного впособии является формирование следующих профессиональных компетенций (ПК), соответствующих видам профессиональной деятельности, накоторые ориентирована программа специалитета:

1) способность использовать нормативные документы покачеству, стандартизации, сертификации иправилам технической эксплуатации, технического обслуживания, ремонта ипроизводства систем обеспечения движения поездов, использовать технические средства для диагностики технического состояния систем, использовать элементы экономического анализа впрактической деятельности;

2) владение способами сбора, систематизации, обобщения иобработки научно-технической информации, подготовки обзоров, аннотаций, составления рефератов, отчетов ибиблиографий по объектам исследования, наличием опыта участия в научных дискуссиях ипроцедурах защиты научных работ и выступлений сдокладами и сообщениями потематике проводимых исследований, владением способами распространения ипопуляризации профессиональных знаний, проведения учебно-воспитательной работы собучающимися.

-6-

 ... 



Физические величины неэлектрического происхождения составляют подавляющее большинство из всех физических величин, подлежащих измерению. Широкое распространение измерения неэлектрических величин (температуры, угловых илинейных размеров, механических усилий инапряжений, деформаций, вибраций, химического состава ит. д.) электрическими методами обусловлено теми преимуществами, которыми они обладают посравнению сдругими методами. Ктаким преимуществам можно отнести возможность дистанционного измерения иконтроля неэлектрических величин, автоматического управления процессом измерения иавтоматического преобразования параметров сигнала ирезультатов измерений, широкий диапазон значений измеряемых величин, измерение быстро изменяющихся неэлектрических величин ит. д.

При измерении электрическими приборами измеряемая неэлектрическая величина предварительно преобразуется всоответствующую ей электрическую величину. Поэтому всостав любого электрического прибора обязательно входит измерительный преобразователь неэлектрической величины вэлектрическую.

По принципу преобразования различают прямые аналоговые, дифференциальные икомпенсационные измерительные преобразователи.

На рис. 1 показана упрощенная структурная схема электроизмерительного прибора спрямым аналоговым преобразователем.

-7-



Измеряемая неэлектрическая величина x подается навход измерительного преобразователя ИП, навыходе которого формируется промежуточная электрическая величина y, функционально однозначно связанная сизмеряемой величиной x инепосредственно воздействующая наизмерительный механизм ИМ. Шкала измерительного механизма, как правило, градуируется вединицах измерения измеряемой неэлектрической величины.

Рис. 1. Упрощенная структурная схема электроизмерительного

прибора с прямым аналоговым преобразователем

Дифференциальный измерительный преобразователь (рис. 2) позволяет уменьшить аддитивную погрешность измерения, нелинейность функции преобразования иувеличить чувствительность измерительного тракта посравнению спрямым преобразователем.

Рис. 2. Структурная схема дифференциального

измерительного преобразователя

В целом такой преобразователь представляет собой систему с несколькими этапами преобразования. Вначале неэлектрическая измеряемая величина x, состоящая изначального значения x иприращения ∆x, поступает навход дифференциального преобра-

-8-



= +∆

x x kx

= +∆

x x kx

( )

= − = +∆= ∆

yy y kx kx kkx

( )

ххх −=∆

СУ

ИП

ИМ

УОС

зователя ДП, навыходах которого значения x1 иx2 получают приращения сразными знаками относительно начального значения:

— коэффициент преобразования ДП.

где k

Далее x1 иx2 вфункциональных преобразователях ФП1 иФП2 преобразуются впромежуточные электрические величины

y kx

и ФП

(k— коэффициенты преобразования преобразователей

и ФП2) и поступают на входы вычитающего устройства ВУ.

y kx

Врезультате навыходе ВУ получается величина, пропорциональная приращению ∆x измеряемой неэлектрической величины:

12 0

Отметим, что для полной компенсации аддитивной погрешности инелинейности функции преобразования необходима абсолютная идентичность каналов преобразования.

В компенсационных преобразователях (рис. 3) всравнивающем устройстве СУ происходит сравнение однородных неэлектрических измеряемой величины x и известной величины xк, создаваемой в устройстве обратной связи УОС, до их полного уравнивания

0∆=x

Рис. 3. Структурная схема компенсационного

измерительного преобразователя

В качестве УОС используют обратный преобразователь электрической величины внеэлектрическую (например, лампу нака-

-9-



ливания или электромеханический преобразователь). Применение компенсационных преобразователей позволяет повысить быстродействие, точность измерений иуменьшить потребление энергии отобъекта измерения.

По физическому принципу действия измерительные преобразователи неэлектрических величин вэлектрические величины делятся на резистивные, тепловые, электромагнитные, электростатические, электрохимические, ионизационные ифотоэлектрические.

В резистивных преобразователях под влиянием внешних воздействий меняется электрическое сопротивление преобразователя — это может быть перемещение подвижного контакта по электрическому проводнику (реостатные преобразователи) или механическая деформация проводника или полупроводника (тензочувствительные преобразователи). Указанные резистивные преобразователи применяются для измерения перемещений, геометрических размеров ивеличин, которые могут быть преобразованы влинейное или угловое перемещение (давлений, вращающих моментов, сил, ускорений, уровней жидкостей ит. п.).

Принцип работы тепловых преобразователей основан натепловых процессах, аименно, здесь используется зависимость электрического сопротивления проводника или полупроводника оттемпературы (термочувствительные преобразователи) или появление специфической термоЭДС при нагреве или охлаждении спая двух разнородных проводников (термоэлектрические преобразователи). Тепловые преобразователи применяются для измерения температуры, скорости газового потока, степени разреженности газа, влажности, анализа состава газовых смесей.

Электромагнитные измерительные преобразователи подразделяются наиндуктивные (их разновидности— трансформаторные имагнитоупругие) и индукционные. Виндуктивных преобразова- телях под действием измеряемой величины происходит изменение собственной индуктивности преобразователя (сразомкнутым магнитопроводом) за счет изменения длины или площади воздушного зазора. В трансформаторных преобразователях происходит то же самое, нопоотношению квзаимной индуктивности. Магнитоупругие преобразователи имеют замкнутый магнитопровод, вкотором происходит изменение магнитного состояния веще-

-10-

1 / 151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]