Misure elettriche di grandezze non elettriche

La misurazione di varie grandezze non elettriche (spostamenti, forze, temperature, ecc.) con metodi elettrici viene effettuata con l'ausilio di dispositivi e strumenti che convertono grandezze non elettriche in grandezze elettricamente dipendenti, che vengono misurate da strumenti di misura elettrici con bilance tarate in unità di grandezze non elettriche misurate.

Convertitori di grandezze non elettriche in elettriche o sensori suddivisi in parametrici basati sulla variazione di qualsiasi parametro elettrico o magnetico (resistenza, induttanza, capacità, permeabilità magnetica, ecc.) sotto l'influenza della grandezza misurata, e un generatore in cui il la quantità non elettrica misurata viene trasformata in e. eccetera. (induzione, termoelettrica, fotoelettrica, piezoelettrica e altre). I convertitori parametrici richiedono una fonte esterna di energia elettrica e le stesse unità del generatore sono fonti di alimentazione.

Lo stesso trasduttore può essere utilizzato per misurare diverse grandezze non elettriche, viceversa la misura di eventuali grandezze non elettriche può essere effettuata utilizzando diversi tipi di trasduttori.

Oltre ai convertitori e ai dispositivi di misurazione elettrici, gli impianti per la misurazione di grandezze non elettriche hanno connessioni intermedie: stabilizzatori, raddrizzatori, amplificatori, ponti di misurazione, ecc.

Per misurare gli spostamenti lineari, utilizzare trasduttori induttivi - dispositivi elettromagnetici in cui i parametri del circuito elettrico e magnetico cambiano quando si sposta il circuito magnetico ferromagnetico o l'armatura collegata alla parte mobile.

Per convertire gli spostamenti significativi in ​​​​un valore elettrico, viene utilizzato un trasduttore con un conduttore magico ferromagnetico mobile traslatorio (Fig. 1, a). Poiché la posizione del circuito magnetico determina l'induttanza del convertitore (Fig. 1, b) e, quindi, la sua impedenza, quindi con una tensione stabilizzata della sorgente di energia elettrica con una tensione alternata di frequenza costante che alimenta il circuito di un convertitore, in base alla corrente è possibile stimare il movimento della parte collegata meccanicamente al circuito magnetico... La scala dello strumento è graduata nelle apposite unità di misura, ad esempio in millimetri (mm).

Riso. 1. Convertitore induttivo con circuito magnetico ferromagnetico mobile: a - schema del dispositivo, b - grafico della dipendenza dell'induttanza del convertitore dalla posizione del suo circuito magnetico.

Per convertire piccoli spostamenti in un valore conveniente per la misurazione elettrica, vengono utilizzati trasduttori con traferro variabile sotto forma di un ferro di cavallo con una bobina e un'armatura (Fig. 2, a), che è saldamente collegato alla parte mobile. Ogni movimento dell'armatura porta a una variazione della corrente / nella bobina (Fig. 2, b), che consente di calibrare la scala del dispositivo di misurazione elettrica in unità di misura, ad esempio in micrometri (μm), a una tensione alternata costante con una frequenza stabile.

Riso. 2. Convertitore induttivo con traferro variabile: a - diagramma del dispositivo, b - grafico della dipendenza della corrente della bobina del convertitore dal traferro nel sistema magnetico.

Convertitori induttivi differenziali con due sistemi magnetici identici e un'armatura comune, posizionati simmetricamente ai due circuiti magnetici con un traferro della stessa lunghezza (Fig. 3), in cui il movimento lineare dell'armatura dalla sua posizione centrale modifica entrambi i traferri ugualmente, ma con vari segni che sconvolgono l'equilibrio del ponte CA a quattro bobine prebilanciato. Ciò consente di stimare il movimento dell'armatura in funzione della corrente della diagonale di misura del ponte, se riceve alimentazione a tensione alternata stabilizzata di frequenza costante.

Riso. 3. Schema del dispositivo del convertitore induttivo differenziale.

Utilizzare per misurare forze meccaniche, sollecitazioni e deformazioni elastiche che si verificano in parti e assiemi di varie strutture filo - trasduttori di tensione, che deformandosi, insieme alle parti in esame, cambiano la loro resistenza elettrica.Tipicamente, la resistenza di un estensimetro è di diverse centinaia di ohm, e la variazione relativa della sua resistenza è di un decimo di percento e dipende dalla deformazione, che nei limiti elastici è direttamente proporzionale alle forze applicate e alle conseguenti sollecitazioni meccaniche.

Gli estensimetri sono realizzati sotto forma di un filo a zig-zag ad alta resistenza (costantana, nicromo, manganina) con un diametro di 0,02-0,04 mm o da una lamina di rame appositamente lavorata con uno spessore di 0,1-0,15 mm, che sono sigillati con vernice bachelite tra due sottili strati di carta e sottoposta a trattamento termico (Fig. 4, a).

Riso. 4. Tenometro: a - schema del dispositivo: 1 - parte deformabile, 2 - carta sottile, 3 - filo, 4 - colla, 5 - terminali, b - circuito per collegare un ponte resistivo sbilanciato al braccio.

L'estensimetro fabbricato viene incollato su una parte deformabile ben pulita con uno strato molto sottile di colla isolante in modo che la direzione della deformazione prevista della parte coincida con la direzione dei lati lunghi delle spire di filo. Quando il corpo è deformato, l'estensimetro incollato percepisce la stessa deformazione, che cambia la sua resistenza elettrica a causa di un cambiamento nelle dimensioni del filo di rilevamento, così come la struttura del suo materiale, che influisce sulla resistenza specifica del filo.

Poiché la variazione relativa della resistenza dell'estensimetro è direttamente proporzionale alla deformazione lineare del corpo in esame e, di conseguenza, alle sollecitazioni meccaniche delle forze elastiche interne, quindi, utilizzando le letture del galvanometro sulla diagonale di misura di il ponte resistivo prebilanciato, di cui uno dei bracci è l'estensimetro, è in grado di stimare il valore delle grandezze meccaniche misurate (Fig. 4, b).

L'uso di un ponte di resistori sbilanciato richiede la stabilizzazione della tensione della fonte di alimentazione o l'uso di un rapporto magnetoelettrico come dispositivo di misurazione elettrica, sulle cui letture una variazione di tensione entro ± 20% della tensione nominale indicata sulla scala del dispositivo non ha alcun effetto significativo.

Utilizzare trasduttori termosensibili e termoelettrici per misurare la temperatura di vari mezzi... I trasduttori termosensibili includono termistori metallici e semiconduttori, la cui resistenza dipende in gran parte dalla temperatura (Fig. 5, a).

I più diffusi sono i termistori in platino per misurare temperature nell'intervallo da -260 a +1100 ° C e termistori in rame per l'intervallo di temperatura da -200 a +200 ° C, nonché termistori a semiconduttore con un coefficiente negativo di resistenza elettrica - termistori , caratterizzato da elevata sensibilità e dimensioni ridotte rispetto ai termistori metallici, per la misura di temperature da -60 a +120°C.

Per proteggere i trasduttori sensibili alla temperatura da eventuali danni, sono collocati in un tubo di acciaio a parete sottile con fondo sigillato e un dispositivo per collegare i fili ai fili di un ponte resistivo sbilanciato (Fig. 5, b), che rende possibile per stimare la temperatura misurata lungo la corrente della diagonale di misura La scala del rapporto magnetoelettrico usata come metro è graduata in gradi Celsius (°C).

Riso. 5. Termistori: a - grafici della dipendenza della variazione della resistenza relativa dei metalli dalla temperatura, b - un circuito per collegare i termistori al braccio di un ponte resistivo sbilanciato.

Trasduttori di temperatura termoelettrici - termocoppie, generazione di piccoli e., ecc. c. sotto l'influenza del riscaldamento del composto di due metalli diversi, vengono posti in un guscio protettivo di plastica, metallo o porcellana nell'area delle temperature misurate (Fig. 6, a, b).

Riso. 6. Termocoppie: a - grafici della dipendenza di d, ecc. p.per la temperatura delle termocoppie: TEP-platino-rodio-platino, TXA-chromel-alumel, THK-chromel-copel, b-schema di montaggio per la misurazione della temperatura mediante una termocoppia.

Le estremità libere della termocoppia sono collegate tramite fili omogenei ad un millivoltmetro magnetoelettrico, la cui scala è graduata in gradi Celsius. Le termocoppie più utilizzate sono: platino-rodio — platino per misurare temperature fino a 1300 ° C e per breve tempo fino a 1600 ° C, chromel-alumel per temperature corrispondenti ai regimi indicati — 1000 ° C e 1300 ° C e chromel- bastardo, progettato per la misurazione a lungo termine di temperature fino a 600 ° C ea breve termine - fino a 800 ° C.

Metodi elettrici per misurare varie quantità non elettriche Sono ampiamente utilizzati nella pratica, poiché forniscono un'elevata precisione di misurazione, differiscono in un'ampia gamma di valori misurati, consentono misurazioni e la loro registrazione a una distanza considerevole dalla posizione dell'oggetto controllato, e danno anche la possibilità di eseguire misurazioni in luoghi difficili da raggiungere.