Электрические измерения неэлектрических величин. Учебное пособие

Также для непрерывного измерения объемной доли кислорода вдвухкомпонентных имногокомпонентных газовых смесях техно­логических процессов химических, нефтехимических производств, металлургии и т. д. используется термомагнитный газоанализа­тор ГТМК-18, имеющий диапазон измерения чистоты кислорода 0…100% об. при основной приведенной погрешности нехуже ±6%. Газоанализатор ГТМ-5101 М-А предназначен для непрерывного автоматического измерения объемной доли кислорода в азоте вдиапазоне 0…10% об. (основная приведенная погрешность ±4%) иприменяетсяпри контроле технологических процессов напред­приятиях атомной энергетики.

устройство, вкотором электрический сигнал обеспечивается проте­канием электрохимического процесса. Внутрь корпуса датчика, где находятся индикаторный электрод-катод ианод (как правило, избла­городных металлов), заливается электролит. Анализируемая газовая проба пропускается через измерительную камеру, где установлены электрохимические датчики. Полимерная мембрана датчика отделяет электролит отанализируемой газовой смеси. Измеряемый компонент диффундирует через мембрану внутрь элемента, инициируя наэлек­тродах датчика появление электрического тока, пропорционального концентрации газа. Напряжение, снимаемое снагрузочного резистора вцепи датчика, поступает нааналого-цифровой преобразователь, ирезультат измерения индицируется нацифровом жидкокристалли­ческом индикаторе.

Содержание кислорода вводе иввоздухе можно определить прибором, включающим всебя полярографический датчик, кото­рый также относится к электрохимическим преобразователям, новотличие отописанного выше гальванического датчика требует поддержания точного значения напряжения нарабочем электроде­сенсоре спомощью внешнего источника питания. Такие приборы называются кислородомерами (оксиметрами). Примером может служить цифровой кислородомер DO-5510, имеющий диапазон измерения растворенного в воде кислорода 0…20 мг/л при раз­решении 0,1мг/л ипогрешности ±0,4мг/л иатмосферного кисло­рода— 0…100,0% при разрешении 0,1% ипогрешности ±0,7%.

В приборах для измерения геометрических величин исполь­зуются преобразователи перемещения (реостатные, индуктивные, емкостные), а также ультразвуковые преобразователи иоптиче-

Лазерный интерферометр XL80 производства компании ‘‘Renishaw’’ представляет собой гелий-неоновый лазер сэлектрон-

ной стабилизацией выходного лазерного луча, встроенной интер­поляцией исчетчиком числа интерференционных полос, образу­ющихся винтерферометре. Прибор имеет разрешение 0,001мкм (вдиапазоне до80м). Этот же прибор позволяет делать угловые измерения. Вдиапазоне перемещений вдоль оси 0…15м он имеет диапазон угловых измерений ±175мм/м при угловой погрешности ±0,6% иразрешении 0,1мкм/м.

Приведем примеры современных лазерных измерительных устройств. Дальномер INFINITER 80 DIY позволяет проводить замеры до80 м сточностью 3мм, при этом нетолько вычисляет площади иобъемы, ноипроводит косвенные замеры спомощью тригонометрических преобразований. Прибор оснащен встроен­ным пузырьковым уровнем, имеет память измеренных значений. Вся информация отображается на большом графическом дис­плее сподсветкой. Лазерный дальномер Leica DISTO A8 измеряет вдиапазоне от0,05 до200м спогрешностью ±1,5мм. Измерения этим дальномером неограничиваются отображением результатов надисплее. Встроенный порт Bluetooth вкомбинации сновым про­граммным обеспечением позволяют производить передачу данных

Измерять и передавать на расстояние углы впределах 360° можно также с помощью сельсиновых систем. Сельсин имеет ротор соднофазной обмоткой, питаемой отисточника напряже­ния, истатор смногофазной, чаще всего трехфазной, обмоткой. При подаче наротор напряжения частотой 50…400 Гц вобмотке ротора протекает синусоидальный ток возбуждения, создающий магнитный поток, который индуцирует в обмотке статора сину­соидальное напряжение. Всистеме используются два сельсина (датчик и приемник), питающиеся от одного источника напря­жения. Следовательно, вобмотках их статоров будут наводиться совпадающие пофазам напряжения, амплитуда которых зависит отсинуса угла между осями датчика иприемника. При одинако­вых углах датчика иприемника напряжения статоров равны. При повороте ротора датчика будет поворачиваться иротор приемника (под действием моментов, вызванных уравнительными токами). Погрешность передачи углового перемещения составляет прибли­зительно ±0,1°.

В настоящее время широкое применение нашли цифровые угломеры, например, ARD-102 или ARD-103, имеющие диапазон

измеряемых углов 0…185° при разрешении 0,1° сточностью ±0,5°. ARD-103, кроме того, имеет функцию уровня в пределах 0…360° сточностью ±0,2°.

Жидкостный манометр представляет собой два сообщающихся сосуда, заполненных жидкостью (вода, ртуть, вазелиновое или трансформаторное масло). Водном сосуде на поверхность жид­кости действует измеряемое давление p1. Это изменяет уровень жидкости вдругом сосуде. Разность уровней всосудах пропорци­ональна разности давлений p1 – p2. Таким образом, жидкостный манометр является дифференциальным. Однако с его помощью можно измерить иабсолютное давление (если во втором сосуде

над жидкостью создан вакуум), иизбыточное давление (если вто­рой сосуд соединен сатмосферой). Диапазон измерения составляет

В деформационных манометрах измеряемое давление воз­действует на упругий чувствительный элемент идеформирует его навеличину, пропорциональную давлению. Вкачестве чувствитель­ного элемента используются сильфон, S-образная, винтовая, спи­ральная, плоская или гофрированная мембраны, трубчатая пружина, цилиндрическая трубка или стакан. Общий диапазон измерений

составляет 10…10

Па. Наибольшее распространение получили пру­жинные манометры содновитковой трубчатой пружиной. Вних под действием давления деформируется сечение пружины ипроисходит перемещение ее свободного конца, преобразуемое передаточным механизмом вперемещение стрелки, которая показывает давление пошкале. Диапазон измерения таких манометров обычно составляет 0,1…2500МПа, погрешность— 0,16…4,0%. Внутренняя полость пру­жины заполняется минеральным или силиконовым маслом, через которое передается измеряемое давление рабочей среды, непо­средственно соприкасающейся сразделительной мембраной. Саму разделительную мембрану изготовляют изнержавеющей стали или сплавов, втом числе свысоким содержанием никеля имолибдена, атакже изтитановых сплавов. Деформация чувствительного эле­мента спомощью дифференциально-трансформаторного датчика может быть преобразована вэлектрическую величину, как, напри­мер, вдатчике разности давлений типа ДМ. Диапазон измерения таких дифференциальных манометров лежит впределах отединиц досотен кПа. Основная погрешность при этом непревышает 2%. При измерении давления вязких, полимеризующихся икристалли­зующихся сред применяют бескамерные манометры соткрытым чувствительным элементом — сильфоном либо мембраной. Для измерения небольших давлений (разрежений) иразности давлений применяют манометры счувствительными элементами ввиде силь­фонов, гофрированных мембран имембранных коробок. Взависи­мости отдиаметра, толщины исвойств материала, формы иглубины гофрировки чувствительных элементов можно измерять давление от100 до107Па иболее спогрешностью 0,5…2,5%.

Тепловые манометры используются для измерения небольших