Phép đo điện của các đại lượng phi điện

Việc đo các đại lượng phi điện khác nhau (chuyển vị, lực, nhiệt độ, v.v.) bằng phương pháp điện được thực hiện với sự trợ giúp của các thiết bị và dụng cụ chuyển đổi các đại lượng không điện thành đại lượng phụ thuộc điện, được đo bằng dụng cụ đo điện với cân được hiệu chỉnh theo đơn vị đo đại lượng phi điện.

Bộ chuyển đổi đại lượng phi điện thành điện hoặc cảm biến được chia thành tham số dựa trên sự thay đổi của bất kỳ tham số điện hoặc từ nào (điện trở, điện cảm, điện dung, độ từ thẩm, v.v.) dưới tác động của đại lượng được đo và một máy phát trong đó lượng phi điện đo được chuyển thành e. vân vân. (cảm ứng, nhiệt điện, quang điện, áp điện và các loại khác). Bộ chuyển đổi tham số yêu cầu nguồn điện bên ngoài và bản thân các đơn vị máy phát điện là nguồn điện.

Có thể sử dụng cùng một đầu dò để đo các đại lượng phi điện khác nhau, ngược lại, phép đo bất kỳ đại lượng phi điện nào có thể được thực hiện bằng các loại đầu dò khác nhau.

Ngoài bộ chuyển đổi và thiết bị đo điện, việc lắp đặt để đo các đại lượng phi điện có các kết nối trung gian - bộ ổn định, bộ chỉnh lưu, bộ khuếch đại, cầu đo, v.v.

Để đo chuyển vị tuyến tính, sử dụng đầu dò cảm ứng - thiết bị điện từ trong đó các thông số của mạch điện và từ thay đổi khi di chuyển mạch từ sắt từ hoặc phần ứng được nối với bộ phận chuyển động.

Để chuyển đổi các chuyển vị đáng kể thành một giá trị điện, một bộ chuyển đổi có dây dẫn magi chuyển động tịnh tiến có thể di chuyển được sử dụng (Hình 1, a). Do vị trí của mạch từ xác định độ tự cảm của bộ chuyển đổi (Hình 1, b) và do đó, trở kháng của nó, sau đó với điện áp ổn định của nguồn năng lượng điện với điện áp xoay chiều có tần số không đổi cung cấp cho mạch của một bộ chuyển đổi, theo dòng điện, có thể ước tính chuyển động của bộ phận được kết nối cơ học với mạch từ ... Thang đo của thiết bị được chia độ theo đơn vị đo thích hợp, ví dụ tính bằng milimét (mm).

Cơm. 1. Bộ chuyển đổi cảm ứng có mạch từ sắt từ di động: a — sơ đồ của thiết bị, b — đồ thị về sự phụ thuộc của độ tự cảm của bộ chuyển đổi vào vị trí của mạch từ của nó.

Để chuyển đổi các chuyển vị nhỏ thành giá trị thuận tiện cho phép đo điện, người ta sử dụng các bộ chuyển đổi có khe hở không khí thay đổi ở dạng móng ngựa với cuộn dây và phần ứng (Hình 2, a), được kết nối chắc chắn với bộ phận chuyển động. Mỗi chuyển động của phần ứng dẫn đến sự thay đổi dòng điện / trong cuộn dây (Hình 2, b), cho phép hiệu chỉnh thang đo của thiết bị đo điện theo đơn vị đo, ví dụ, tính bằng micromet (μm), ở hiệu điện thế xoay chiều không đổi có tần số ổn định.

Cơm. 2. Bộ chuyển đổi cảm ứng có khe hở không khí thay đổi: a — sơ đồ của thiết bị, b — biểu đồ về sự phụ thuộc của dòng điện trong cuộn dây của bộ chuyển đổi vào khe hở không khí trong hệ thống từ tính.

Bộ chuyển đổi cảm ứng vi sai có hai hệ thống từ tính giống hệt nhau và một phần ứng chung, nằm đối xứng với hai mạch từ có khe hở không khí có cùng chiều dài (Hình 3), trong đó chuyển động tuyến tính của phần ứng từ vị trí giữa của nó làm thay đổi cả hai khe hở không khí bằng nhau, nhưng với nhiều dấu hiệu khác nhau làm đảo lộn sự cân bằng của cầu AC bốn cuộn cân bằng trước. Điều này cho phép ước tính chuyển động của phần ứng theo dòng điện của đường chéo đo của cầu, nếu nó nhận được nguồn ở điện áp xoay chiều ổn định có tần số không đổi.

Cơm. 3. Sơ đồ thiết bị của bộ chuyển đổi cảm ứng vi sai.

Sử dụng để đo các lực cơ học, ứng suất và biến dạng đàn hồi xảy ra trong các bộ phận và cụm cấu trúc khác nhau của dây - bộ chuyển đổi lực căng, bị biến dạng cùng với các bộ phận được nghiên cứu, làm thay đổi điện trở của chúng.Thông thường, điện trở của máy đo biến dạng là vài trăm ôm và sự thay đổi tương đối về điện trở của nó là một phần mười phần trăm và phụ thuộc vào biến dạng, trong giới hạn đàn hồi tỷ lệ thuận với lực tác dụng và ứng suất cơ học gây ra.

Máy đo biến dạng được chế tạo ở dạng dây ngoằn ngoèo có điện trở cao (constantan, nichrom, manganin) có đường kính 0,02-0,04 mm hoặc từ lá đồng được xử lý đặc biệt có độ dày 0,1-0,15 mm, được niêm phong bằng vecni bakelite giữa hai lớp giấy mỏng và được xử lý nhiệt (Hình 4, a).

Cơm. 4. Tenometer: a — sơ đồ của thiết bị: 1 — bộ phận có thể biến dạng, 2 — giấy mỏng, 3 — dây, 4 — keo dán, 5 — đầu cực, b — mạch nối cầu điện trở không cân bằng với cánh tay.

Máy đo biến dạng đã chế tạo được dán vào một bộ phận có thể biến dạng được làm sạch kỹ bằng một lớp keo cách điện rất mỏng sao cho hướng biến dạng dự kiến ​​của bộ phận trùng với hướng của các cạnh dài của các vòng dây. Khi cơ thể bị biến dạng, máy đo biến dạng được dán sẽ nhận thấy cùng một biến dạng, làm thay đổi điện trở của nó do thay đổi kích thước của dây cảm biến, cũng như cấu trúc vật liệu của nó, ảnh hưởng đến điện trở cụ thể của dây.

Do sự thay đổi tương đối về điện trở của máy đo biến dạng tỷ lệ thuận với biến dạng tuyến tính của vật thể đang nghiên cứu và theo đó, với ứng suất cơ học của lực đàn hồi bên trong, nên sử dụng số đọc của điện kế trên đường chéo đo của cầu điện trở cân bằng trước, một trong các nhánh của nó là máy đo biến dạng, có thể ước tính giá trị của các đại lượng cơ học đo được (Hình 4, b).

Việc sử dụng cầu điện trở không cân bằng yêu cầu ổn định điện áp của nguồn điện hoặc sử dụng tỷ số điện từ làm thiết bị đo điện, trên các số đọc có điện áp thay đổi trong khoảng ± 20% điện áp danh định được chỉ định trên thang đo của thiết bị không có ảnh hưởng đáng kể.

Sử dụng đầu dò nhiệt và nhiệt điện để đo nhiệt độ của các phương tiện khác nhau... Đầu dò nhiệt bao gồm các điện trở nhiệt kim loại và chất bán dẫn, điện trở của chúng phụ thuộc phần lớn vào nhiệt độ (Hình 5, a).

Phổ biến nhất là nhiệt điện trở bạch kim để đo nhiệt độ trong khoảng từ -260 đến +1100 ° C và nhiệt điện trở đồng cho dải nhiệt độ từ -200 đến +200 ° C, cũng như nhiệt điện trở bán dẫn có hệ số điện trở âm - nhiệt điện trở , được đặc trưng bởi độ nhạy cao và kích thước nhỏ so với nhiệt điện trở kim loại, để đo nhiệt độ từ -60 đến +120 ° C.

Để bảo vệ các đầu dò nhạy cảm với nhiệt độ khỏi bị hư hại, chúng được đặt trong một ống thép thành mỏng có đáy kín và một thiết bị để kết nối dây với dây của cầu điện trở không cân bằng (Hình 5, b), điều này có thể thực hiện được để ước tính nhiệt độ đo được dọc theo dòng điện của đường chéo đo. Thang tỷ lệ điện từ được sử dụng làm đồng hồ đo được chia độ theo độ C (°C).

Cơm. 5. Điện trở nhiệt: a — đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của sự thay đổi điện trở tương đối của kim loại vào nhiệt độ, b — mạch nối điện trở nhiệt với nhánh của cầu điện trở không cân bằng.

Đầu dò nhiệt độ nhiệt điện - cặp nhiệt điện, tạo ra điện tử nhỏ, v.v. c. dưới tác động của việc nung nóng hợp chất của hai kim loại khác nhau, chúng được đặt trong một lớp vỏ bảo vệ bằng nhựa, kim loại hoặc sứ trong vùng nhiệt độ đo được (Hình 6, a, b).

Cơm. 6. Cặp nhiệt điện: a — đồ thị về sự phụ thuộc của d, v.v. p.đối với nhiệt độ của cặp nhiệt điện: TEP-platinum-rhodium-platinum, TXA-chromel-alumel, THK-chromel-copel, b-sơ đồ lắp ráp để đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện.

Các đầu tự do của cặp nhiệt điện được nối bằng dây đồng nhất với một millivoltmeter từ điện, thang đo được chia độ theo độ C. Các cặp nhiệt điện được sử dụng rộng rãi nhất là: bạch kim-rhodium - bạch kim để đo nhiệt độ lên tới 1300 ° C và trong thời gian ngắn lên tới 1600 ° C, chromel-alumel cho nhiệt độ tương ứng với các chế độ được chỉ định - 1000 ° C và 1300 ° C và chromel- khốn, được thiết kế để đo nhiệt độ dài hạn lên tới 600 ° C và ngắn hạn - lên tới 800 ° C.

Các phương pháp điện để đo các đại lượng phi điện khác nhau. Chúng được sử dụng rộng rãi trong thực tế, vì chúng mang lại độ chính xác đo cao, khác nhau ở nhiều giá trị đo, cho phép đo và đăng ký chúng ở một khoảng cách đáng kể so với vị trí của đối tượng được điều khiển, và cũng cung cấp khả năng thực hiện các phép đo ở những nơi khó tiếp cận.