Тема 17: Поняття про вимірювання неелектричних величин електровимірювальними пристроями

Щоб виміряти ту чи іншу неелектричну величину, її потрібно завчасно перетворити в електричний сигнал. Таке перетворення здійснюється за допомогою первинних перетворювачів. Спрощена структурна схема вимірювального пристрою має первинний перетворювач, електричне вимірювальне коло, вихідний пристрій. Вимірювальна неелектрична величина х надходить на вхід первинного перетворювача, в якому перетворюється в електричний сигнал у(х). Цей сигнал перетворюється в вимірювальному колі в другий електричний сигнал у та сприймається вихідним пристроєм. Шкала вихідного пристрою α(х) градуюється безпосередньо в значеннях неелектричної величини X.

За принципом дії первинні перетворювачі поділяються на резистивні, електромагнітні, електростатичні, теплові.

Резистивні перетворювачі підрозділяються на реостатні (рис.27) та тензочутливі. їх робота основана на вимірювальні електричного опору в залежності від переміщення повзунка 3 по електричному провіднику 2 (реостатні), намотаному на кільце 1, або від механічної деформації провідника чи напівпровідника (тензочутливі).

ЗАПАМ'ЯТАЙТЕ!

Резистивні перетворювачі використовуються для вимірювання переміщення, а також інших величин, які можуть бути перетворені в лінійні або

кутові переміщення: тиск, зусилля, обертові моменти, рівень рідини, прискорення та інше.

Рисунок 27 Рисунок 28

На рис.27 через х позначена вхідна неелектрична величина (кутові переміщення), у – вихідна електрична величина (опір).

Електромагнітні перетворювачі підрозділяються на індуктивні, магнітопружні та індукційні.

Індуктивні перетворювачі уявляють котушку індуктивності 2 з магнітопроводом 1 (рис.28), параметри якого змінюються під дією вимірювальної величини х при переміщені якоря 3 (зазор δ) в відповідності з формулою:

L = w₁² sμ₀μ_e/δ,

де s — переріз магнітопроводу; W₁ – число витків котушки; μ_e – еквівалентна магнітна проникність.

Магнітопружні перетворювачі уявляють собою різновид індуктивних перетворювачів із замкненим магнітопроводом, а індукційні – котушку, в якій наводиться е.р.с. при переміщення її в постійному магнітному полі

ЗАПАМ'ЯТАЙТЕ!

Електромагнітні перетворювачі використовують для вимірювання швидкості, лінійного та кутового переміщення та інших величин, попередньо перетворених в переміщення.

Електростатичні перетворювачі підрозділяються на ємнісні та п'єзоелектричні. У ємнісних перетворювачах змінюється ємність під дією вимірювальної величини. Робота п'єзоелектричних перетворювачів полягає в виникненні е.р.с. в деяких кристалах під дією механічних сил. Конструктивне виконання ємнісних перетворювачів зображена на (рис.29,а). Як відомо, ємність С між двома паралельними провідними пластинами (рухомої І та нерухомої 2) площею s визначається за формулою

С =ε_{0 *}ε_r *s/δ,

де δ – відстань між пластинами; ε₀– діелектрична постійна ('8,85–10^–12 Ф/м); ε_r – відносна діелектрична проникність середовища між пластинами.

ЗАПАМ'ЯТАЙТЕ!

Електростатичні перетворювачі використовуються при вимірювальні сили, тиску вологості сипучих речовин, переміщення та кількості речовини.

Дія теплових перетворювачів основана на теплових процесах: нагріванні, охолодженні, теплообміну та інше. Вони поділяються на терморезистивні та термоелектричні. В терморезисторах використовується залежність опору провідника або напівпровідника від температури. Для вимірювання їх опорів використовують частіше мостові схеми.

Рисунок 29

Дія термоелектричних перетворювачів основана на виникненні е.р.с. при

нагріванні або охолодженні спаю двох різнорідних провідників (термопари). Для вимірювання термо – е.р.с. Е використовують електровимірювальний прилад (мілівольтерметр). На (рис.29, б) показана найпростіша схема ввімкнення пристрою в коло термопари t. Точка з'єднання кінців термоелектродів І називається робочим кітчем термопари, точки 2 та 2' – вільними кінірти. При вимірюваннях необхідно температуру вільних кінців підтримувати однаковою та незмінною.

ЗАПАМ'ЯТАЙТЕ!

Теплові первинні перетворювачі використовуються, як правило, для вимірювання температури.

Є електрохімічні, іонізаційні, фотоелектричні перетворювачі та інші. Вони призначені для вимірювання складу та концентрації розчинів та газів, прозорості рідин та газових сумішей, кількості електрики, температури та геометричних параметрів.

ГОЛОВНЕ

1. Різні електричні та неелектричні величини вимірюються електромеханічними, електронними та цифровими приладами.

2. Струми, напруги, частоти, зсув фаз, потужності, енергія, параметри електричних кіл, а також магнітні величини вимірюються з різними ступінями точності.

3. Точність вимірювання визначається правильним находженням джерел похибок та їх значення.

ТЕМИ РЕФЕРАТІВ ТА ДОПОВІДЕЙ

1. Класифікація похибок (на конкретних прикладах).

2. Вимірювання і електровимірювальні прилади в твоїй професії.

3. Особливості та тенденції розвитку електронних аналогових та

дискретних вимірювальних пристроїв.

4. Електронно–променеві осцилографи.

5. Способи розширення меж вимірювання електричних величин і їх

реалізація.

6. Прилади для вимірювання параметрів магнітних матеріалів.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Що називається вимірюванням?

2. В чому полягає непрямий метод вимірювання? Наведіть приклади непрямого вимірювання.

3. Поясніть принцип дії приладу магнітоелектричної системи.

4. В якій частині шкали приладу з рівномірною шкалою відносна похибка вимірювання буде найбільшою ?

5. На вимірювальні прилади якої системи менше всього впливають зовнішні магнітні поля ?

6. Якої система прилади можна використовувати в якості ватметра?

7. Проаналізуйте часову діаграму роботи електронного частотоміра. Як впливає зміна вхідної напруги на розрядний струм?

8. Проаналізуйте часову діаграму електронного фазометра. Як визначити зсув фаз між дослідними напругами ?

9. Поясніть по структурній схемі (див. рис. 11.1) принцип роботи цифрового вимірювального приладу ?

10. Поясніть принцип роботи цифрового частотоміра за його структурною схемою (див. рис. 11.3) та покажіть форму сигналу на виході кожного блоку. Яке призначення формуючого пристрою ?

11. Яким чином по фігурі Ліссажу на екрані осцилографа знаходять

невідому частоту (див. рис. 14.1; 14.2)

12. Яким способом вимірюють опір резисторів постійному струму ?

13. 3 якою метою використовують мостовий метод для вимірювання

опорів?

14. Як вимірюють опір резистора компенсаційним методом ?

5