6.4. Конструкции термоэлектрических ип

Конструктивное оформление термопар должно соответствовать условиям их эксплуатации. Термоэлектроды в рабочем спае соединяют электродуговой сваркой, пайкой или только скруткой.

На рис. 6.5 приведены варианты конструкций рабочей части термопар платино-платинородий (рис. 6.5 а) и хромель-алюмель (рис. 6.5 б).

1- рабочий спай; 2 - фарфоровый на- 1 - рабочий спай;

конечник; 3 - керамические бусы; 2 - корпус;

4 - защитная труба 3 - изолятор

а) б)

Рис. 6.5

По назначению и условиям эксплуатации термопары можно подразделить на ряд групп: погружаемые и поверхностные; без арматуры и с арматурой; герметичные и негерметичные и др.

6.5. Измерительные цепи термоэлектрических ип

Для измерения термоЭДС могут использоваться обычные милливольтметры, потенциометры постоянного токас ручным и автоматическим уравновешиванием. В лабораторной практике используются потенциометры с ручным уравновешиванием, а в производственной - автоматические потенциометры[9]. На рис. 6.6 приведена упрощенная схема термоэлектрического термометра с автоматическим потенциометром.

Рис. 6.6

Термопара включается таким образом, что ее ЭДС Е_Тнаправлена встречно компенсирующему напряжению Е_К, создаваемому с помощью мостовой цепи. Разность Е_Т- Е_Кусиливается и подается на реверсивный двигатель РД. Вал двигателя перемещает движок реохордаR_Pдо тех пор, пока разность Е_Т- Е_Кне станет равной нулю. С движком реохорда связана стрелка прибора, перемещающаяся по шкале. Современные автоматические потенциометры имеют приведенную погрешность (0,25-1,0) %.

7. Емкостные ип (еип)

7.1. Принцип действия, конструкции, характеристики еип

Емкостные ИП относятся к группе электростатических преобразователей, у которых входная измеряемая величина связана с изменением емкости системы или с величиной электрического заряда.

Действие емкостных преобразователей основано на преобразовании входной величины в изменение емкости конденсатора, которая является функцией расстояния h между электродами, площади электродов Q и диэлектрической проницаемости диэлектрика между электродами C = F(h, Q,). Емкостные ИП могут быть использованы для измерения любых физических величин, которые функционально связаны с h, Q и(перемещений, силы, геометрических размеров - толщины, уровня и др.).

Самое большое применение получили преобразователи перемещения.

ЕИП в общем случае состоит из диэлектрика, электродов, между которыми располагается диэлектрический материал, выводов и различных конструктивных элементов. Диэлектрик может находиться в жидком, твердом и газообразном состоянии. Электроды могут выполняться в виде плоскопараллельных пластин, коаксиальных цилиндров и других конструкций и форм. Конструктивные элементы - различные электроизоляционные материалы и элементы защиты конденсатора от внешних факторов.

Наиболее часто используются две конструкции емкостных ИП. Первая представляет собой конденсатор с плоскими параллельными пластинами(7.1 а, рис. 7.1 б), емкость которого, если пренебречь краевыми эффектами

С = ₀Q/ h. (7.1)

Вторая - цилиндрический конденсатор (рис. 7.1 г), емкость которого находится как

С = 2 ₀х/ln(D/d). (7.2)

В основу принципа действия могут быть положены:

1) изменение расстояния между обкладками;

2) изменение площади перекрытия обкладок;

3) изменение диэлектрика или части его.

Уравнение преобразования ЕИП перемещения, основанного на изменении расстояния между электродами, имеет нелинейную (гиперболическую) функцию преобразования (рис. 7.1а)

С (х) = ₀Q/ (h₀+ х). (7.3)

Преобразователь с изменяющейся площадью пластин может быть выполнен в виде плоского конденсатора (рис. 7.1 б), уравнение преобразования которого С (х) = bx₀/h. Реально линейная зависимость искажается из-за краевого эффекта.

Обычно этот тип преобразователя реализуется или в виде конденсатора с цилиндрическими электродами (рис. 7.1 в), или в виде поворотного конденсатора (рис. 7.1 г) для измерения угловых перемещений.

Уравнение преобразования ЕИП линейных перемещений цилиндрического типа приведено выше (см. 7.2).

Функция преобразования ЕИП угловых перемещений (рис. 7.1 г) имеет линейную зависимость от :

С () = С₀+k₀/h, (7.4)

где k- коэффициент, определяемый размерами электродов.

На рис. 7.1 д представлен вид характеристики преобразования ЕИП с переменной площадью перекрытия пластин.

ЕИП с изменением положения диэлектрика (рис. 7.1 е) имеет функцию преобразования

С(х) = С₀[1 + (_r- 1) х/a], (7.5)

где С₀= С(0) = +₀b/h.

Этот преобразователь имеет линейную функцию преобразования. Чаще всего он выполняется с цилиндрическими электродами и используется для измерения уровня неэлектропроводной жидкости в резервуаре [14].

Емкостные ИП могут выполняться по дифференциальной схеме. Примеры выполнения дифференциальных ЕИП показаны на рис. 7.1 ж, з.