Раздел 3 Измерение электрических и магнитных величин

Вопрос: Частотомеры

Ответ:

Частотомер – прибор для измерения частоты периодических процессов (колебаний). Частоту механических колебаний обычно измеряют с помощью вибрационных механических частотомеров и электрических частотомеров, используемых совместно с преобразователями механических колебаний в электрические. Простейший вибрационный механический частотомер, действие которого основано на резонансе, представляет собой ряд упругих пластин, укрепленных одним концом на общем основании. Пластины подбирают по длине и массе так, чтобы частоты их собственных колебаний составили некую дискретную шкалу, по которой и определяют значение измеряемой частоты. Механические колебания, воздействующие на основание частотомера, вызывают вибрацию упругих пластин, при этом наибольшая амплитуда колебаний наблюдается у той пластины, у которой частота собственных колебаний равна (или близка по значению) измеряемой частоте.

Классификация

По методу измерения - приборы непосредственной оценки (напр. аналоговые) и приборы сравнения (напр. резонансные, гетеродинные, электронно-счетные).

По физическому смыслу измеряемой величины — для измерения частоты синусоидальных колебаний (аналоговые), измерения частот гармонических составляющих (гетеродинные, резонансные, вибрационные) и измерения частоты дискретных событий (электронно-счетные, конденсаторные).

По исполнению (конструкции) — щитовые, переносные и стационарные.

По области применения частотомеры включаются в два больших класса средств измерений — электроизмерительные приборы и радиоизмерительные приборы. Следует заметить, что граница между этими группами приборов весьма прозрачна.

В группу электроизмерительных приборов входят аналоговые стрелочные частотомеры различных систем, вибрационные, а также отчасти конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.

В группу радиоизмерительных приборов входят резонансные, гетеродинные, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.

Вибрационные и аналоговые частотомеры используются в качестве контролеров сети электропитания. Гетеродинные частотомеры применяются для создания и отслеживания настройки, эксплуатации, для контролирования над приемопередающими устройствами, для измерения несущей частоты модулированных сигналов. Электронно-счетные частотомеры используются для обслуживания, регулировки, диагностики радиоэлектронных устройств разнообразного направления, также применяются для произведения контроля рабочих состояний радиосистем, технологических процессов. Резонансные частотомеры служат для настройки, обслуживания, а также для произведения контроля над действием приемопередающих приспособлений и определения несущей частоты модулированных сигналов.

Раздел 4 Измерение неэлектрических величин

Вопрос: Генераторные преобразователи

Ответ:

Генераторные преобразователи - это преобразователи, в которых вследствие механических воздействий возбуждается разность потенциалов. Это в основном пьезоэлектрический и индукционный датчики.

В генераторных преобразователях выходной величиной является ЭДС или заряд, функционально связанные с измеряемой неэлектрической величиной. Виды генераторных преобразователей: термоэлектрические (термопары), индукционные, пьезоэлектрические, гальванические преобразователи.

Гальванические преобразователи применяются в основном для анализа состава водных растворов. Принцип действия их основан на зависимости ЭДС гальванической цепи от концентрации ионов в электролите. Для анализа водных растворов используют зависимость активности водородных ионов от концентрации раствора.

Гальванические преобразователи применяются для измерения концентрации различных растворов по концентрации водородных ионов. Это дает возможность контролировать технологические процессы в пищевом, бумажном, текстильном, резиновом производствах, в ряде производств химической промышленности и др.

Недостатки: Наиболее значительной погрешностью рН-метров является температурная погрешность, так как при измерении температуры изменяется ЭДС измерительных полуэлементов и сопротивление преобразователя (особенно со стеклянным электродом).Для уменьшения температурной погрешности в измерительную цепь вводят элементы температурной компенсации, например в виде включения термочувствительного сопротивления, помещаемого в раствор.

Кроме того, у гальванических преобразователей может быть погрешность от наличия диффузионных потенциалов, возникающих на границе жидкостных контактов растворов, входящих в электрическую цепь преобразователя. В целях уменьшения этой погрешности, как было указано выше, для соединения испытуемого раствора с каломельным полуэлементом применяется электролитический ключ с полупроницаемыми пробками, заполненный насыщенным раствором КС1.

Индукционные преобразователи (как и пьезоэлектрические) относятся к датчикам генераторного типа. Принцип действия индукционных преобразователей основан на явлении электромагнитной индукции, т.е. на возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в электрической катушке при изменении магнитного поля.

К достоинствам индукционных преобразователей можно отнести простоту конструкции и надежность в эксплуатации. Основной их недостаток связан с принципом действия, практически ограничивающим нижний диапазон измеряемых частот пределом 8 – 10 Гц. Кроме того, индукционные преобразователи имеют значительно большую массу, чем пьезоэлектрические, что снижает максимальное значение измеряемых частот до 500 – 1500 Гц.

Недостаток: ограниченный частотный диапазон измеряемых величин.

В основе пьезоэлектрических преобразователях посредством механики накапливаются электрические заряды. В результате выделяют следующую взаимосвязь: Q = d· P. В этом случае d является пьезомодулем, а P – усилием. Как правило, материалом выступает кварц, турмалин, смеси отжига, барий, свинец. Чтобы спроектировать пьезоэлектрический преобразователь, необходимо использовать схемы нагрузки: сжатие, изгиб, сдвиг, растяжение.

Пьезоэлектрический преобразователь имеет следующие достоинства: простота конструкционной сборки; габариты; надежность; преобразование напряжения механики в электрический заряд; переменные величины, которые можно быстро измерить

Недостатки: сопротивление на выходе – максимальное; измерительные схемы и кабели должны быть созданы на основе жестких требований и рекомендаций.

В основе прямого термоэлектрического преобразования тепловой энергии солнечного излучения в электричество лежит эффект Зеебека. Если спаять концами два проводника разного химического состава и поместить спаи в среды с разными температурами, то между ними воз­никает термо - ЭДС (электродвижущая сила).

Главные преимущества: - широкий диапазон рабочих температур, это самый высокотемпературный из контактных датчиков. - спай термопары может быть непосредственно заземлен или приведен в прямой контакт с измеряемым объектом. - простота изготовления, надежность и прочность конструкции.

Недостатком является необходимость контроля температуры холодных спаев.

Задача

Дано:

Прибор – Ваттметр

Число делений шкалы – 150

Верхний предел – 150В 5А

Показания прибора дел. – 60

Найти:

Цена деления

Значение измеряемой величины

Решение:

P=U*I=150*5=750Вт

Цена деления=750Вт/150дел.=5Вт

Значение измеряемой величины=60дел.*5Вт=300Вт

Литература:

1. Панфилов, В.А. Электрические измерения: Учебник для студ. сред. проф. образования / В.А. Панфилов. - М.: ИЦ Академия, 2013.

2. Завистовский, В.Э. Допуски, посадки и технические измерения: Учебное пособие / В.Э. Завистовский, С.Э. Завистовский. - Мн.: РИПО, 2012.

3. Зайцев, С.А. Допуски и технические измерения: Учебник для нач. проф. образования / С.А. Зайцев, А.Д. Куранов, А.Н. Толстов. - М.: ИЦ Академия, 2012.

4. Клименков, С.С. Нормирование точности и технические измерения в машиностроении: Учебник / С.С. Клименков. - М.: НИЦ ИНФРА-М, Нов. знание, 2013.

5. Хромоин, П.К. Электротехнические измерения: Учебное пособие / П.К. Хромоин. - М.: Форум, 2013.