Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
25
Добавлен:
03.06.2015
Размер:
569.34 Кб
Скачать

ЛЕКЦИЯ 8 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

3.Емкостные преобразователи

Воснову работы емкостного преобразователя положено изменение его емкости при

воздействии на него измеряемой величины (рис.1).

Рис. 1. Емкостные преобразователи с изменяемой

площадью: а — плоский; б — цилиндрический; в

— вращающийся

Емкость плоского конденсатора определяется соотношением (пФ)

(1)

где

— действующая площадь обкладок, составляющих конденсатор,

;

);

— относительная диэлектрическая проницаемость,

(воздуха

 

 

 

— толщина диэлектрика (или зазора), см.

В зависимости оттого, на какой параметр воздействует измеряемая величина, емкостный преобразователь может работать с использованием изменения действующей площади расстояния между пластинами или диэлектрической проницаемости .

4. Пьезоэлектрические преобразователи

Работа пьезоэлектрических преобразователей основана на использовании пьезоэлектрического эффекта, представляющего собой способность некоторых материалов образовывать на гранях поверхности при механическом нагружении электрические заряды (так называемый прямой пьезоэффект), а при приложении электрического поля механически деформироваться (обратный пьезоэффект)

(2)

Рис. 2. Ориентация выреза кварцевой пластины

Важнейшими природными материалами, обладающими пьезоэлектрическими свойствами, являются кварц и турмалин. Из названных материалов предпочтение отдается кварцу, имеющему удовлетворительные пьезоэлектрические свойства, очень высокое сопротивление, относительно малую температурную зависимость пьезо- и изоляционных постоянных, высокую механическую прочность и большой модуль

Для получения наибольшего пьезомодуля кварцевая шайба, пластинка или диск вырезаются из монокристалла таким образом, чтобы наибольшая плоскость была перпендикулярна кристаллографической оси (рис. 2). Поэтому ось называют электрической (или пьезоэлектрической) осью. Обычно у вырезанной прямоугольной пластинки ребро а параллельно оси , ребро — оптической оси , а ребро — третьей координатной оси , называемой также механической осью.

(3)

При нагружении пластины силой в направлении оси на ее гранях образуется заряд, который зависит только от приложенной силы и не зависит от геометрических размеров пластины (продольный пьезоэффект).

5. Электромагнитные преобразователи

Существуют четыре типа преобразователей: индуктивные, трансформаторные, магнито-упругие и индукционные. Для всех этих преобразователей характерно использование зависимости характеристик магнитной цепи (магнитного сопротивления , магнитной проницаемости , магнитного потока и др.) от величины механического воздействия на элементы этой цепи.

Индуктивный преобразователь представляет собой дроссель с изменяющимся воздушным зазором или изменяющейся площадью поперечного сечения. В качестве выходного параметра в нем выступает изменение индуктивности (или кажущегося сопротивления ) обмотки, надетой на сердечник, при изменении величины зазора или площади В случае небольшого зазора индуктивность дросселя с переменным зазором без

учета реактивного сопротивления, обусловленного потерями на вихревые токи и

гистерезис равна:

(4)

 

где w — число витков обмотки;

R — соответственно магнитные сопротивления сердечника и зазора; l — средняя длина магнитной силовой линии в ярме и якоре;

S — площади сечений сердечника и воздушного зазора;

μ — магнитные проницаемости материала сердечника и воздушного

зазора; Когда магнитноеδ — величинасопротивлениезазора. зазора значительно больше магнитного

сопротивления магнитопровода, т. е. или , уравнение (4) принимает вид:

(5)

Зависимость индуктивности катушки от зазора существенно нелинейна; удовлетворительная линейность наблюдается лишь при условии, пока и .

(6)

где

R — активная составляющая сопротивления;

 

ω — круговая частота переменного тока.

Соответственно величина тока в обмотке

(7)

Индуктивные преобразователи с переменным зазором имеют высокую чувствительность и реагируют на изменение зазора порядка 0,1— 0,5 мкм. На основании (5) чувствительность преобразователя

(8)

Диапазон измерений перемещений индуктивными преобразователями с переменным зазором составляет 0,1—1 мм. При большем зазоре зависимость становится весьма нелинейной. Поэтому при измерении перемещений до 5 — 8 мм используют преобразователи с переменной площадью, имеющие большую линейность.

Соседние файлы в папке Математическая обработка результатов эксперимента