Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998), страница 10

Противодсиствующии механический момент в приборе отсутствует. Поскольку 1 совпадает 2 по фазе с напряжением (/, то угол сдвига фаз между Г и 1 равен углу сдвига фаз между 1 и 1 . Сдвиг фаз между 11 (1 ) и 1,делается равным 2 н' и 2 60' путем включения в цепь катушки 3 индуктивного элемента 1. и г резистора А,. В этом случае можно показать, что в установившемся равновесном режиме, когда М,= М, угол поворота подвижной части прибора а равен сдвигу фаз между Г и 1 .

Прибор имеет линейную шкалу и некритичен к нестабильности найряжения на нагрузке (У ) и Недостатками такого типа приборов являются большое потребление энергии и зависимость показаний от частоты. Отечественная промышленность выпускает электрические фазометры типа Д 578, приведенная погрешность которых находится на уровне +0,5'4. Вопрос 1.2. Чем объясняется независимость показаний электродинамического фазометра от нестабильности напряжения на нагрузке. Варианты ответа 1.2.1. Использованием логометрического измерительного механизма, 1.2.2. Подбором элементов А, Я, 1..

з' Вопрос 1.3. Чем объясняется узкий диапазон электромеханическог о частотомера электромагнитной системы? Варианты ответа г.3.1. Нелинейной зависимостью 1,(1), 1 3.2. Нелинейными зависимостями 1 (1") и 1,( г'). 53 1.Я. ПОНЯТИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ Общие сведения. Выше были рассмотрены методы и средства изме- рения электрических величин. В практике при контроле различных производственных процессов часто приходится иметь дело с измерением не- элсктрических величин — механических (сила, давление, скорость и др.), тепловых (температура, теплоемкость и др.), световых (осве|ценность, световой поток и др.) и т.д. Для контроля неэлектрических величин в настоящее время широко применяются электрические методы и электроизмерительные приборы.

Они позволяют получать данные с высокой степенью точности и в широком диапазоне изменения значений величин; определять характеристики объектов, находящихся на больших расстояниях и в труднодоступных местах; изучать быстро протекающие процессы: проводить обработку ре- зультатов измерения с помощью ЭВМ и др. Для того чтобы измерить ту или иную неэлектрическую величину, ее нужно предварительно преобразовать в электрический сигнал. Такое пре- образование осуществляется с помощью первичных преобразователей (ПП) Упрощснная структурная схема устройства для измерения неэлсктри- ческой величины электрическим методом включает первичный преобразователь (ПП) электрическую измерительную цепь (ЭЦ), выходное ус- тройство (ВУ) Измеряемая неэлектрическая величина х поступает на вхоц ПП, на выходе которого появляется электрический сигналах).

Этот сигнал преобра чуется в ЭЦ в другой электрический сигнал у' и воспринимается ВУ Шкала выходного устройства и (х) отградуирована непосред- ственно в значениях неэлектрической величины х, Основные характеристики ПП, которые необходимо учитывать при их оценке и сравнении 1) постоянство во времени функции преобразования у(х) При изменении сс необходимо повторять градуировку ПП, что крайне нежелательно, 2) вид функции преобразования Наиболее желателен линейный ха- рактер зависимостиу(А), 3) погрешность и чувствитсльность. Основная погрешность ПП вЂ” это погрсшносгь при нормальных условиях эксплуатации. Дополнительная погрешность обусловлена отклонением условий эксплуатации от нор- мальных.

4) обратное воздействие ПП на объект измерения. Например, при из- мерении температуры с помощью терморезистора ток терморезистора на- гревает его и таким образом изменяет измеряемую температуру. Обрат- ныс воздсиствия учесть заранее трудно, поэтому необходимо стремиться сделать их минимальнь! ми; 5) динамические свойства преобразователя. При изменении входной величины в ПП возникает переходной процесс, проявляющийся в виде инерции, т.е. запаздывания реакции ПП на изменение входной величчны. Для уменьшения погрешности преобразования при измерении параметров быстро протекающих процессов требуется, чтобы запаздывание было минимальным.

Кроме приведенных, учитываются в некоторых случаях и другие показатели: влияние давления, влажности, вибрации, устойчивость к механическим, электрическим, термическим перегрузкам и т.д. Классификация первичных преобразователей. По роду выходной величины ПП подразделяются на генераторные и параметрические. Если неэлектрическая величина преобразуется в ЭДС или ток, то преобразователи называют генераторными. Если любая неэлектрическая величина преобразуется в один из параметров электрической цепи Л, 1., С то преобразователи называют параметричегкими. К генераторным ПП относятся термоэлектрические, индукционные, пьезоэлектрические, гальванические и ряд электрохимических.

К параметрическим ПП относятся реостатные, терморезистивные, тензорезистивные, индуктивные, емкостные и др. Следует отметить, что одну и ту же неэлектрическую величину можно измерить с помощью различных ПП. По принципу действия первичные преобразователи делятся на следующие группы: Рези стив н ые первичные преобразователи.

Эти преобразователи подразделяются на реогтатные и тензачувствительные. Работа их основана на изменении электрического сопротивления в зависимости от перемещения движка по электрическому проводнику (реостатные) или от механической деформации проводника или полупроводника (тензочувствительные). Применяются резистивные преобразователи для измерения перемещений, а также других величин, которые могут быть преобразованы в линейное или угловое перемещение (давление, усилие, вращающий момент, уровень жидкости, ускорение и т.д.).

Примеры конструктивного исполнения такого вида преобразователей приведены на рис. 1.51, где через х обозначены входные неэлектрическис, а через у — выходные электрические величины. Электромагнитные первичные преобразоват е л и. Эти преобразователи подразделяются на индуктивные, взаимо- индуктивные, магнитоупругие и индукционные Индуктивные и взаимоиндуктивные ПП представляют собой катушку индуктивности или взаимной индуктивности, параметры которой изменя- 55 ются под воздействием измеряемой величины (зазор б, рис. 1.52) в соот- ветствии с формулами (1.46) где !!, — магнитная постоянная, равная 4л 10 'Гн(М.

Магнитоупругие ПП представляют собой разновидность индуктивных преобразователей с замкнутым магнитопроводом, а индукционные ПП— катушку. в которой наводится ЭДС при ее перемещении в постоянном магнитном поле (рис.1.53). Электромагнитные ПП применяются для измерения скорости, линейного и углового перемещений и других величин, предварительно преобразованных в перемещение. ~Ф А-А -~1 А УУ А а! б) Рис 1 51 Конструктивное исполнение реостатного (а) и тензочувствительного !о) первичных преобразователей Ь у а,! б) Рис 1 52 К пояснению работы взаимоиндуктивных (а) и индуктивных (б) первичных преобразователей ~~х ь С!у) а) б) Рис 1 54 Конпрукции емкостных преобразователей Рис 1 53 К пояснению работы индукционных прсобразователей где е — диэлектрическая постоянная (8,85-10 '2 Ф!М); е — относи- Г тельйая диэлектрическая проницаемость среды между пластинами.

Функции преобразования емкостиых ИП имеют вид С=!'(5), С=!'(б ), С=!'(е,). (1.48) Электростатические преобразователи используются при измерении силы, давления, влажности сыпучих веществ, перемещения и количества вещества. Тепловые первичные преобразователи. Действие тепловых ПП основано на тепловых процессах (нагрев, охлаждение, теплообмен и др.). Они подразделяются на терлгорезигпгоры и пгермоэлектрггчегкие преобрпзователи В пгерморезигпгорах используется зависимость сопротивления проводника или полупроводника от температуры.

Так, у медного терморезистора уравнение преобразования имеет вид Я.=Я (1+аО), (1 49) где а — температурный коэффициент электрического сопротивления меди (4,25 10 з 1!'С); Π— температура; Я, — сопротивление при 0'С Для платиновых терморезисторов уравнение имеет нелинейный характер: !~о =)~о(1+АО+В О2) (1.50) "де А и  — постоянные коэффициенты.

Эти преобразователи имеют высокую стоимость, но хорошая воспро"зводимость зависимости я=! (О), химическая стойкость и пластичность делают их незаменимыми в ряде случаев. Существуют терморезисторы на основе полупроводниковых материа"ов, обладающих высокой чувствительностью, но плохой воспроизводи- Мосгью 57 Электростатические первичные преобразоват е л и. Такого типа преобразователи подразделяются на емкосткые и пьезоэлектрические. К емкостным преобразователям относятся такие, у которых емкость изменяется под действием измеряемой величины.

Работа пьезоэлектрических ПП основана на возникновении ЭДС в некоторых кристаллах под действием механических сил. Конструктивное исполнение емкостных преобразователей показано на рис.1.54. Как известно, емкость между двумя параллельными проводящими пластинами (подвижной ! и неподвижной 2) площадью 5 определяется формулой С— (1.47) Ь Терморезисторы вместе с измерительными устройствами представляют собой термометры сопротивления.