- •1. Основные понятия и определения
- •2. Планирование и организация измерений
- •3. Методы уменьшения погрешностей измерений
- •3.1. Методы уменьшения случайных погрешностей
- •3.2. Методы уменьшения систематических погрешностей
- •3.2.1. Уменьшение постоянных систематических погрешностей
- •3.2.2. Уменьшение переменных систематических погрешностей
- •4. Электромеханические приборы прямого преобразования
- •4.1. Структурная схема и уравнение преобразования
- •4.2. Основные характеристики электромеханических приборов.
- •4.3. Магнитоэлектрические приборы
- •4.3.1. Устройство и принцип действия магнитоэлектрического им
- •4.3.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.3.3. Погрешности магнитоэлектрических приборов
- •4.4. Электромагнитные приборы
- •4.4.1. Устройство и принцип действия электромагнитного им
- •4.4.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.4.3. Погрешности электромагнитных приборов
- •4.5. Электродинамические приборы
- •4.5.1. Устройство и принцип действия электродинамического им
- •4.5.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.5.3. Погрешности электродинамических приборов
- •4.6. Ферродинамические приборы
- •4.6.1. Устройство и принцип действия ферродинамического им
- •4.6.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.6.3. Погрешности ферродинамических приборов
- •4.7. Электростатические приборы
- •4.7.1. Устройство и принцип действия электростатического им
- •4.7.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.7.3. Погрешности электростатических приборов
- •4.8. Индукционные им и приборы на их основе
- •4.8.1. Устройство, принцип действия и области применения
- •4.8.2. Погрешности индукционных приборов
- •5. Измерительные преобразователи (ип) неэлектрических величин
- •5.1. Общие сведения и характеристики ип
- •5.2. Классификация измерительных преобразователей
- •5.3.Резистивные измерительные преобразователи
- •5.3.1. Общие вопросы построения рип
- •5.3.2. Основные характеристики рип:
- •5.3.3. Реостатные преобразователи
- •5.3.4.Тензорезистивные ип
- •5.3.5. Теплорезистивные ип
- •5.3.7. Измерительные цепи резистивных ип
- •6. Термоэлектрические ип
- •6.2. Области применения и материалы термоэлектрических ип
- •6.3. Характеристики термоэлектрических преобразователей
- •6.4. Конструкции термоэлектрических ип
- •6.5. Измерительные цепи термоэлектрических ип
- •7. Емкостные ип (еип)
- •7.1. Принцип действия, конструкции, характеристики еип
- •7.2. Области применения, достоинства и недостатки еип
- •7.3. Погрешности еип
- •7.4. Измерительные цепи еип
- •8. Электромагнитные ип.
- •8.1. Индуктивные ип
- •8.1.1. Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки
- •8.1.2.Основные характеристики и области применения
- •8.1.3. Погрешности индуктивных ип
- •8.1.4.Измерительные цепи индуктивных ип
- •8.2. Трансформаторные ип
- •8.2.1. Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки
- •8.2.2. Погрешности трансформаторных ип
- •8.3. Магнитоупругие ип
- •8.3.1. Принцип действия, конструкции магнитоупругих ип
- •8.3.2. Характеристики и области применения
- •8.3.3. Погрешности магнитоупругих ип
- •8.3.4. Измерительные цепи
- •9. Пьезоэлектрические ип
- •9.1. Принцип действия и материалы пьезоэлектрических ип
- •9.2. Характеристики и применение пьезоэлектрических ип
- •9.3. Погрешности пьезоэлектрических ип
- •9.4. Измерительные цепи пьезоэлектрических ип
7.2. Области применения, достоинства и недостатки еип
В качестве входной величины могут использоваться:
1) перемещение (линейное и угловое);
2) давление;
3) температура;
4) концентрация растворов и смесей;
5) деформация.
Применение ЕИП с изменяющимся расстоянием между электродами целесообразно в том случае, когда диапазон изменения входной величины мал. Как правило, ЕИП применяются при измерении перемещений меньше 1 мм (10-6 - 10-3 м) и максимальное перемещение при этом (0,1 - 0,2).h0.
Увеличение чувствительности преобразователя достигается уменьшением расстояния между электродами, предельное значение которого определяется технологическими соображениями и приложенным напряжением. При малых hвозможен пробой.
Преобразователи с изменяющейся площадью используются для измерения относительно больших перемещений: линейных - более 1 мм и угловых до 2700. Конструкция с поворотным конденсатором применяется также в качестве выходного преобразователя для измерения электрических напряжений (емкостной вольтметр)[14].
а)
б) в)
в)
г)д)
е)
ж) з)
Рис. 7.1
ЕИП, основанные на изменении диэлектрической проницаемости, применяются для измерения уровня. На рис. 7.2 схематически изображены конструкции емкостных преобразователей для измерения уровня электропроводной (рис. 7.2 а) и неэлектропроводной (рис. 7.2 б) жидкостей.
а) б)
Рис. 7.2 Рис. 7.3
Уравнение преобразования ИП, изображенного на рис. 7.2б имеет вид
С = С0+ С1=2[ХЖ+(L - Х)Х0]/ln(D/d). (7.6)
В преобразователе уровня электропроводящей жидкости один из электродов 1 может представлять собой цилиндрический электрод, покрытый слоем электроизоляционного материала. Вместо специального электрода может быть использован кусок провода, покрытого изоляцией [10]. Вторым электродом 2 является сама проводящая жидкость. Для соединения этого электрода с измерительной цепью используется электрод 3. При выполнении электрода 1 цилиндрическим уравнение преобразования может быть представлено в виде
С = 2Ж0Х/ln(D/d),(7.7)
где D и d - внешний и внутренний диаметры покрытия электрода 1.
ЕИП применяются также для измерения толщины диэлектрической ленты (рис. 7.3). Лента 1 протягивается с ,помощью роликов 2 между обкладками конденсатора 3. Уравнение преобразования записывается как
С = Q/[(h- х)/0 +х)/Л], (7.8)
где Q - площадь обкладок;h - зазор между обкладками; Л- диэлектрическая проницаемость материала ленты.
Как отмечалось ранее, ЕИП могут использоваться при измерении давления, деформации, температуры, концентрации растворов и смесей и других величин.
При воздействии гидростатического давления на диэлектрик емкостного ИП изменяется диэлектрика преобразователя и соответственно его емкость
С = Н(1 +,РР), (7.9)
где - коэффициент, учитывающий размеры ЕИП;Р - изменение давления;Н - диэлектрическая проницаемость при атмосферном давлении; ,Р- механический (барический) коэффициент.
В качестве диэлектрика подобных ЕИП используются твердые, жидкие, газообразные диэлектрики. Для жидких: ,Р5.10-6Па-1; для газообразных,Р5.10-4Па-1; Твердые - сегнетоэлектрики (турмалин, титанат бария) используются для измерения средних и больших давлений (до тысяч атмосфер).
При изменении температуры изменяется диэлектрическая проницае-мость, что приводит к изменению емкости конденсатора
С = Н(1 +,ТТ), (7.10)
где Н - диэлектрическая проницаемость при начальной температуре;,Т- температурный коэффициент.
Для построения ЕИП, работающих в диапазоне от -100 до +100 0С, находят применение диэлектрики из титановых соединений (тиконд и др.), которые имеют,Т- (10 - 15).10-4%/0C. Значительно большей чувствительностью к температуре обладают сегнетоэлектрики. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости для сегнетоэлектриков составляет величину 8,5-30 %/ 0C.
Диэлектрическая проницаемость также зависит от концентрации и состава смесей.
К достоинствам ЕИП можно отнести:
1) принципиальное отсутствие шумов, в отличие от резистивных и индуктивных ИП;
2) отсутствие самонагрева;
3) простоту конструкции, малую массу и габариты;
4) возможность соответствующим выбором формы подвижного и неподвижного электродов получить заданную функциональную зависимость между изменением емкости и входным линейным или угловым перемещением (в преобразователях с переменной площадью перекрытия электродов);
5) малую силу притяжения электродов;
6) возможность применения как для статических, так и для динамических измерений.
Недостатками емкостных преобразователей являются:
малая емкость и высокое выходное сопротивление преобразователя;
2) зависимость результата измерения от изменения емкости кабеля.