книга в верде после распозна (1024283), страница 34
Текст из файла (страница 34)
ные преобразователи. Они состоят из катушек, расположенных на разомкнутых П- или Ш-образных ферромагнитных сердечниках. Полюса сердечника прижимаются к покрытию, толщина которого измеряется. Изменение толщины приводит к изменению магнитного сопротивления преобразователя и его индуктивности или взаимошщуктивности. Прибор типа МТ-ЗОН, реализующий этот принцип измерения, имеет диапазон измерения толщины покрытия О— 1000 мкм, его основная погрешность не превышает ±5%.
Аналогичным методом можно измерять и толщину стального листа. При этом полюса сердечников должны накладываться на лист по возможности без зазоров. Для уменьшения погрешности применяют дифференциальные схемы, как показано на рис. 4.64. Полюса одного трансформаторного преобразователя прижимают к стальному листу, толщина которого б измеряется, полюса другого — к образцовому, имеющему номинальную толщину б0. При таком включении измеряется отклонение толщины листа от номинального размера.
Для измерения толщины диэлектрической ленты может быть использован емкостный датчик, схематически показанный на рис. 4.65. Он представляет собой плоский конденсатор, между неподвижными обкладками 1 которого с помощью роликов 2 протягивается диэлектрическая, например резиновая, лента 3. Преобразователь эквивалентен двум последовательно включенным конденсаторам. У одного из них Сд, пространство между обкладками заполнено диэлектриком с диэлектрической проницаемостью еге0, расстояние между ними равно толщине ленты бд. Другой конденсатор Св — воздушный, и рас-
Рис. 4.64
0
Рис. 4 65
стояние между его обкладками равно 5 — 5Д; 5 — расстояние между обкладками преобразователя. Емкость преобразователя
С = W(CB + Сд) = er e0Q/ [fie, -5д(е, -1)1, (4.165)
где Q — площадь обкладок.
Входной величиной преобразователя служит произведение Sfl(er — — 1). Из этого следует, что прибор может быть проградуирован в единицах толщины только тогда, когда диэлектрическая проницаемость материала постоянна. Диэлектрическая проницаемость может изменяться, например, при изменении влажности гигроскопических материалов, поскольку диэлектрическая проницаемость воды eH2Q =81 значительно больше,чем у обычных диэлектриков.
Погрешность возникает также вследствие увеличения дизлектри ческих потерь с увеличением влажности.
Для измерения толщины листового материала могут использоваться ионизационные датчики. При этом источник излучения и ионизационный преобразователь ставят по разные стороны листа. С изменением толщины меняется интенсивность прошедшего через него излучения и показания прибора.
При прохождении 7-излучения или (5 -частиц через вещество толщиной х интенсивность уменьшается по экспоненциальному закону
/ = J0e -Vх, (4.166)
где /0 — интенсивность ,при отсутствии вещества, ослабляющего излучение; ц — линейный коэффициент ослабления.
Экспериментально установлено, что линейный коэффициент ослабления пропорционален плотности вещества р:
Р = РМР, (4-167)
где р.м — коэффициент ослабления по массе. 206
Используя (4.167), получим
/ = J0e ЦмРХ- (4.168)
Ослабление излучения определяется плотностью вещества и не зависит от рода вещества и его состояния. Из (4.168) следует, что входной величиной ионизационных толщиномеров является произведение рх. Градуировка прибора, предназначенного для измерения толщины одного материала, может быть пересчитана для измерения толщины другого.
Массовый коэффициент ослабления дм зависит от вида излучения и его энергии. Высокой проницаемостью обладает у -излучение, применяемое для измерения толщины листов тяжелых металлов и листов большой толщины. Проникающая способность 0-частиц меньше. Они используются для измерения тонких листов легких металлов, например алюминия, а также таких материалов, как бумага, текстиль, кожа. Приборы, использующие 0-частицы, могут применяться для измерения толщины в пределах рх = 1,3 г/см2, толщина алюминия при этом 4,5 мм.
Измерение уровня жидкости. Измерение уровня жидкости в резервуаре обычно требуется для определения ее количества. Приборы для его измерения можно разделить на две группы: уровнемеры с поплавком постоянного погружения и уровнемеры, основанные на использовании физических свойств жидкости. Показания приборов первой группы мало зависят от вида и свойств жидкости.
Датчики уровнемеров первой группы имеют поплавок, плавающий на поверхности жидкости, и преобразователь его вертикального перемещения в электрическую величину. На рис. 4.66 показана упрощенная схема уровнемера с реостатным преобразователем. Изменение уровня жидкости с помощью поплавка 1 и рычага 2 преобразуется в изменение положения движка реостатного преобразователя 3. Это изменяет токи Ii и 12 в обмотках логометрического измерительного механизма 4. Последний градуируется в единицах уровня или количества жидкости. Если поплавок имеет постоянное сечение Q, то сила, выталкивающая его из жидкости,
Рис. 4.66
0
Рис. 4.67
JXQ,
(4.169)
где у — плотность жидкости; х — глубина погружения поплавка.
Сила F уравновешивается весом G подвижной части датчика, приведенным к поплавку. Глубина погружения при этом
х = G/yQ.
(4.170)
Изменение плотности жидкости изменяет глубину погружения и создает абсолютную погрешность измерения уровня
Ах = (dx/dy)Ay = -(G/Qy2)Ay.
(4.171)
Эта погрешность систематическая и может быть скорректирована введением поправки. Погрешность может быть уменьшена путем уменьшения веса поплавка G и увеличения его сечения Q.
Вторая группа уровнемеров более разнообразна по принципу действия. Широко применяются приборы с поплавком переменного погружения (буйковые уровнемеры)- Входной величиной такого уровнемера является изменение веса жидкости, вытесненной поплавком (выталкивающая сила). Приборы ГСП этого типа описаны в § 4.2.14.
Так же широко используются емкостные уровнемеры. Преобразователем в таком уровнемере служат два параллельных электрода, погруженных в резервуар, в котором измеряют уровень жидкости. На рис. 4.67,я показана схема уровнемера с цилиндрическими электродами. Емкость преобразователя эквивалентна параллельному соединению двух цилиндрических конденсаторов, один из которых заполнен жидкостью с относительной диэлектрической проницаемостью ег и имеет высоту h, другой имеет высоту Н — h и свободен от жидкости. Емкость преобразователя
С = C0(erh + Н - й) = С0[Н + h (е, - 1)],
(4.172)
0
где С0 — емкость единицы длины преобразователя без жидкости; Я — высота электродов; h — высота уровня жидкости в преобразователе. Входной величиной емкостного уровнемера является произведение h (ег — 1).
Емкостный уровнемер типа РУС предназначен для измерения уровня диэлектрических и электропроводных жидкостей. Его датчик преобразует измеряемый уровень жидкости в унифицированный выходной сигнал постоянного тока. Для работы с электропроводными жидкостями используютйя электроды, выполненные в виде проводов с фторопластовой изоляцией, для измерения уровня неэлектропроводных — неизолированные электроды, выполненные в виде коаксиальных труб, гибких тросиков, стальных лент. Диапазоны измерения лежат в пределах от 0—0,4 до 0—20 м. Классы точности — 0,5; 1,0; 1,5; 2,5.
Для измерения уровня агрессивных жидкостей, а также если жидкость находится при высокой температуре или давлении, могут использоваться радиоактивные уровнемеры. В качестве примера на рис. 4.67,6 приведена схема уровнемера ИУ-3. Уровнемер имеет источник у -излучения в виде проволоки 2, содержащей радиоактивный изотоп кобальт-60, и ионизационный преобразователь 1 (счетчик Гейгера-Мюллера), расположенные по разные стороны резервуара. Работа прибора основана на изменении поглощения 7-излучения при изменении уровня жидкости. С повышением уровня, когда жидкость входит в пространство между источником 2 и счетчиком 1, излучение, попадающее на счетчик, уменьшается. Для. расширения диапазона измерения могут быть использованы несколько счетчиков, расположенных на высоте резервуара. Входной величиной данного уровнемера является произведение плотности жидкости на длину пути частицы от источника до преобразователя.
Уровнемеры второй группы могут применяться для измерения уровня самых разнообразных жидкостей. Однако при изменении жидкости уровнемер должен быть переградуирован, поскольку градуировка зависит от ее свойств.
Измерение силы. Для непосредственного измерения сипы могут применяться магнитоупругие и пьезоэлектрические датчики. Принцип действия и свойства этих датчиков рассмотрены выше. В качестве датчиков силы эти преобразователи имеют ряд особенностей, ограничивающих их применение.
В магнитоупругих датчиках имеет место преобразование силы в механическое напряжение и механического напряжения в изменение магнитной проницаемости. Для большего изменения последней нужно создать в магнитопроводе значительные механические напряжения по всему сечению магнитопровода. Это возможно при измерении больших величин, сил. Диапазон измерения магнитоупругих динамометров обычно составляет 10s — 106 Н и более, хотя имеются приборы и с меньшим диапазоном измерения (4- 102 Н). Другой особенностью является невысокая точность этих приборов.
Применение пьезоэлектрических динамометров ограничивается измерением динамических сил. Постоянные и медленно изменяющиеся силы этими приборами измеряться не могут. Недостатком пьезоэлектрических динамометров является трудность их градуировки в статических условиях.
Н иболын е применение нашли динамометры с промежуточным преобразованием силы в перемещение. В качестве такого преобразователя служит пружина. Ее деформация х пропорциональна приложенной силе F:
х = F/C, (4.173)
где С — жесткость пружины.
Перемещение преобразуется в электрическую величину с помощью реостатного, индуктивного или другого преобразователя перемещения. В качестве примера на рис. 4.68 представлен дифференциально-трансформаторный датчик динамометра. Он имеет кольцевую динамометрическую пружину 1, к которой посредством шарнирных соединений 2, 3 прикладывается растягивающая сила. Внутри пружины на нижней ее части смонтированы два магнитопровода 4, 5 дифференциально-трансформаторного преобразователя; якорь преобразователя 6 соединен с верхней частью пружины. При действии растягивающей силы якорь перемещается между полюсами магнитопроводов. Его перемещение преобразуется в электрическое напряжение.
В измерительной практике находят применение также динамометры с промежуточным преобразованием силы в деформацию материала. Сила воздействует на упругий элемент, создает в нем механические напряжения и деформирует его. Преобразование деформации материала в электрическую величину производится тензорезистором. В последнее время в датчиках силы для весоизмерительной техники широко используются параллелограммные упругие элементы (рис. 4.69). При действии силы F в ослабленных сечениях А—А и В—В появляются упругие деформации: в сечении А—А — деформация растяжения, в сечении /?—Z?4 — сжатия. Деформация упругого элемента с помощью тензорезисторов преобразуется в электрический сигнал. Тензорезисторы R\ — R4 включаются в мостовую цепь. Применение четырех наклеенных на один упругий чувствительный элемент тензорезисторов увеличивает чувствительность моста и уменьшает температурную погрешность прибора. Достоинством параллелограммного упругого элемента является его хорошая защищенность от поперечных сил, внецент-ренного приложения силы, изгибающих и вращающих моментов.
Силоизмерительные тензорезисторные датчики ГСП должны удовлетворять требованиям ГОСТ 15077-78.
На использовании тензорезисторов основан принцип действия устройства типа 1ЭДВУ9, которое предназначено для автоматического
0