Понятия об измерении неэлектрических величин электроизмерительными приборами

Чтобы измерить ту или иную неэлектрическую величину, ее нужно предварительно преобразовать в электрический сигнал. Такое преобразование осуществляется с помощью первичных преобразователей. Упрощенная структурная схема измерительного устройства включает первичный преобразователь, электрическую измерительную цепь, выходное устройство. Измеряемая неэлектрическая величина х поступает на вход первичного преобразователя, в котором преобразуется в электрический сигнал у(х). Этот сигнал преобразуется в измерительной цепи в другой электрический сигнал у и воспринимается выходным устройством. Шкала выходного устройства α(х) градуируется непосредственно в значениях неэлектрической величины х.

► По принципу действия первичные преобразователи делятся на резистивные, электромагнитные, электростатические, тепловые.

Резистивные преобразователи подразделяют на реостатные (рис. 128) и тензочувствительные. Их работа основана на изменении электрического сопротивления в зависимости от перемещения движка 3 по электрическому проводнику 2 (реостатные), намотанному на кольцо 1, или от механической деформации проводника или полупроводника (тензочувствительные).

ЗАПОМНИТЕ

Резистивные преобразователи применяют для измерения перемещений, а также других величин, которые могут быть преобразованы в линейное или угловое перемещения: давление, усилие, вращающие моменты, уровень жидкостей, ускорения и др.

На рис. 128 через х обозначена входная неэлектрическая величина (угловое перемещение), у — выходная электрическая величина (сопротивление).

Электромагнитные преобразователи подразделяются на индуктивные, магнитоупругие и индукционные.

Индуктивные преобразователи представляют собой катушку индуктивности 2 с магнитопроводом 1 (рис. 129), параметры которой изменяются под воздействием измеряемой величины х при перемещении якоря 3 (зазор δ) в соответствии с формулой

где s — сечение магнитопровода; w₁—число витков катушки; μ_э, — эквивалентная магнитная проницаемость.

Магнитоупругие преобразователи представляют собой разновидность индуктивных преобразователей с замкнутым магнитопроводом, а индукционные — катушку, в которой наводится эдс при ее перемещении в постоянном магнитном поле.

ЗАПОМНИТЕ

Электромагнитные преобразователи применяют для измерения скорости, линейного и углового перемещения и других величин, предварительно преобразованных в перемещение.

Электростатические преобразователи подразделяются на емкостные и пьезоэлектрические. У емкостных преобразователей изменяется емкость под действием измеряемой величины. Работа пьезоэлектрических преобразователей основана на возникновении эдс в некоторых кристаллах под действием механических сил. Конструктивное исполнение емкостных преобразователей показано на рис. 130, а. Как известно, емкость С между двумя параллельными проводящими пластинами (подвижной 1 и неподвижной 2) площадью s определяется формулой

где δ — расстояние между пластинами; ε₀ — диэлектрическая постоянная (8,85∙10^-12 Ф/м); ε_r — относительная диэлектрическая проницаемость среды между пластинами.

ЗАПОМНИТЕ

Электростатические преобразователи используются при измерении силы, давления, влажности сыпучих веществ, перемещения и количества вещества.

Действие тепловых преобразователей основано на тепловых процессах: нагрев, охлаждение, теплообмен и др. Они подразделяются на терморезистивные и термоэлектрические. В терморезисторах используются зависимость сопротивления проводника или полупроводника от температуры. Для измерения их сопротивления применяют обычно мостовые схемы (см. § 59).

Действие термоэлектрических преобразователей основано на возникновении эдс при нагреве или охлаждении спая двух разнородных проводников (термопары). Для измерения термо-эдс E применяют электроизмерительный прибор (милливольтметр). На рис. 130,б показана простейшая схема включения прибора в цепь термопары t. Точка соединения концов термоэлектродов 1 называется рабочим концом термопары, точки 2 и 2'— свободными концами. При измерениях необходимо температуру свободных концов поддерживать одинаковой и неизменной.

ЗАПОМНИТЕ

Тепловые первичные преобразователи применяют в основном для измерения температуры.

Существуют электрохимические, ионизационные, фотоэлектрические преобразователи и др. Они служат для измерения состава и концентрации растворов и газов, прозрачности жидкостных и газовых смесей, количества электричества, температуры и геометрических параметров.

САМОЕ ВАЖНОЕ

1. Различные электрические и неэлектрические величины измеряют электромеханическими, электронными и цифровыми приборами.

2. Токи, напряжения, частоты, сдвиг фаз, мощности, энергию, параметры электрических цепей, а также магнитные величины измеряют с различной степенью точности.

3. Точность измерения определяется правильным нахождением источников погрешностей и их значений.

Темы докладов и рефератов

1. Классификация погрешностей (на конкретных примерах).

2. Измерения и электроизмерительные приборы в твоей профессии.

3. Особенности и тенденции развития электронных аналоговых и дискретных измерительных приборов.

4. Электронно-лучевые осцилографы.

5. Способы расширения пределов измерения электрических величин и их реализация.

6. Приборы для измерения параметров магнитных материалов.

Вопросы

1. Что называется измерением?

2. В чем заключается косвенный метод измерения? Приведите примеры косвенных измерений.

3. Объясните принцип действия прибора магнитоэлектрической системы.

4. В какой части шкалы прибора с равномерной шкалой относительная погрешность измерения будет наибольшей?

5. Какой системы измерительные приборы меньше всего подвержены воздействию внешних магнитных полей?

6. Какой системы приборы могут быть использованы в качестве ваттметров?

7. Проанализируйте временную диаграмму работы электронного частотомера. Как влияет изменение входного напряжения на разрядный ток?

8. Проанализируйте временную диаграмму электронного фазометра. Как определить сдвиг фаз между исследуемыми напряжениями?

9. Объясните по структурной схеме (см. рис. 115) принцип работы цифрового измерительного прибора.

10. Объясните принцип работы цифрового частотомера по его структурной схеме (см. рис. 116) и покажите форму сигнала на выходе каждого блока. Каково назначение формирующего устройства? 11. Каким образом по фигуре Лиссажу на экране осциллографа определить неизвестную частоту (см. рис. 122)?

12. Какими способами измеряют сопротивление резисторов постоянному току?

13. С какой целью применяют мостовой метод для измерения сопротивлений?

14. Как измерить сопротивление резистора компенсационным методом?