Емкостные преобразователи

Одним из наиболее распространенных классов параметрических преобразователей параметров вибрации являются емкостные измерительные преобразователи. Они состоят из подвижной и неподвижной частей, относительное перемещение которых приводит к изменению емкости преобразователя:

[пФ], 4.6

где ε– диэлектрическая проницаемость среды;

S– площадь перекрытия плоскопараллельных пластин преобразователя;

d– расстояние между пластинами.

Изменение емкости преобразователя происходит при изменении любого параметра, входящего в формулу (4.6), поэтому выделяют три основные конструкции емкостных датчиков вибрации, которые представлены в таблице 4.9.

Таблица 4.9

Тип конструкции	Схема конструкции	Закон изменения емкости
С переменным расстоянием между пластинами
С переменной площадью перекрытия пластин
С переменной диэлектрической проницаемостью среды

Одной из основных задач, решаемых при создании емкостных преобразователей, является увеличение их емкости. Поскольку в большинстве случаев увеличение площади пластин ограничено допустимыми габаритами, то эта задача обычно решается уменьшением зазора. В этом случае к качеству материалов и защищенности зазора от влаги и пыли определяются особо жесткие требования. Технические характеристики некоторых емкостных преобразователей приводятся в таблице 4.10.

Табл. 4.10

Тип	Назначение	Диапазон измеряемых перемещений, мм	Частотный диапазон, кГц
ММ0004 «Брюль и Къер»	Измерение виброперемещений	10% от расстояния до вибрирующей поверхности	0,2 – 200
51Д05	Контактный датчик смещения	0 – 10 0 – 70	0 – 100
51Д11 51Д21	Бесконтактный датчик вибрации	0,1 – 1000 мкм	0 – 1000
51Д07	Сейсмический датчик крутильных колебаний	±2 ±5	0,018 – 1,5

11. Термометры сопротивления, другие первичные преобразователи температуры. Термометры сопротивления

Кроме термопар в электрических системах измерения температуры могут использоваться параметрические датчики – термометры сопротивления(терморезисторы).

Рис. 2. 15. Медный термометр сопротивления ТСМТ 302 – 50М

Обычно терморезистор представляет собой тонкую медную или платиновую проволоку помещенную в корпус с керамическим порошкообразным заполнением, меняющую свое электрическое сопротивление при изменении температуры. На рисунке 2.15 показан вид серийно выпускаемого термометра сопротивления ТСМТ. Обычно используемые значения сопротивлений – это 10, 50 или 100 ом.

Медные терморезисторы используются в диапазоне температур от ‑50⁰С до + 180⁰С, а платиновые – в диапазоне -200 … +650⁰С.

Напряжение на резисторе пропорционально току. Величина стабилизированного тока составляет 1милиампер, так как большее значение может привести к перегреву, и, как следствие, к увеличению погрешности измерения. Это же напряжение может быть подано на вход аналого-цифрового преобразователя, для последующей цифровой регистрации и обработки.

Простейшим измерительным прибором, предназначенным для работы совместно с терморезистором, является логометр (рис. 2.16). В одно из плеч моста включается терморезистор R_Т, а для обеспечения предварительной настройки прибора в другое плечо включается подстроечный резисторR_П.

При изменении температуры происходит изменение величины сопротивления R_Ти перераспределение токов I₁иI₂в плечах логометра. Так как данные токи протекают через взаимно пересекающиеся рамки, помещенные в поле постоянного магнита, то изменяются и соответствующие поворачивающие

моменты М₁иМ₂. В результате происходит поворот рамок и связанной с ними стрелки прибора до положения, в котором наступает равновесие моментовМ₁иМ₂.

Альтернативой применению логометров является использование вольтметров для измерения напряжения, падающего на терморезисторе при питании его от источника стабилизированного постоянного тока.

Рис. 2. 16. Устройство логометра

Другие первичные преобразователи температуры

В последние годы появилась «пленочные» термопары– разновидность термопар, выполненных по технологии многослойного напыления различных металлов (например, никель – золото) на изолирующих подложках. При этом спай термопары заменяется двухслойным напылением соответствующих металлов. Для обеспечения малой инерционности пленочного термопарного преобразователя необходимо использовать тонкие изолирующие подложки (5 – 20 мкм). Это не всегда возможно по условиям применения ПП, например, при измерении температуры в среде под давлением, или в жидкости, движущейся с высокими скоростями.

В настоящее время использование современных кремниевых технологий, технологий напыления и пленочных термопар позволяют создавать уникальные измерительные приборы, например, измеритель мощности переменного тока (от постоянного тока герца до сотен мегагерц). Основой такого прибора является тонкая многослойная подложка (толщиной 2 мкм) на основе кремния и его соединений. Основное свойство этой подложки – нулевой температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР). На такой подложке размещается тонкопленочный нагреватель - резистор, и батарея (до 50 штук) пленочных термопар. Такие приборы разработаны только в Германии и России.

Для точных измерений температуры вместо термометров сопротивления в настоящее время используются термисторы,в которых применяются полупроводники в качестве температурозависимого материала, имеющего большой коэффициент изменения электрического сопротивления от температуры (в среднем, 450 – 500 ом/К). Термисторы имеют нелинейную зависимость сопротивления от температуры, поэтому они применяются в сочетании с АЦП и РС. Их удобно использовать для автоматизированной системы измерения температуры

Для измерения температуры в последнее время стали все более широко использоваться волоконно-оптические преобразователи температуры, основанные на разных оптических явлениях. Все такие датчики можно разделить на амплитудные, в которых используется зависимость интенсивности оптического излучения от температуры, и фазовые, в которых от температуры зависят фазовые соотношения оптического излучения. Наиболее перспективными являются фазовые преобразователи температуры, основанные на явлениях дифракции и интерференции. Так, комплексное использование свойств материалов, волоконно-оптических технологий, и технологий фотолитографии привело к созданию Брэгговских решеток (обьемных фазовых голографических решеток), встроенных в оптическое волокно. Такие встроенные Брэгговские решетки можно использовать как высокоточные температурные датчики (они будут описаны в части 6).

Для бесконтактного измерения температуры используются обычно пирометры итепловизоры.