Измерение неэлектрических величин электрическими методами

Поговорим о некоторых способах преобразования неэлектрических величин в электрические, с целью понять общий принцип измерений неэлектрических величин электрическими методами.

Нередко такими методами производят замеры температуры, частоту вращения, давления, расход газов и жидкостей и др. Предназначенные приборы для измерения этих величин обладают преобразователем – это датчик, а их шкала отградуирована непосредственно в единицах измеряемых величин. Датчик же это элемент представляющий собой, преобразующий какую-либо физическую величину в сигнал, подходящий для замеров, передачи, регистрации, и конечно для воздействия им на управляемые процессы. Более широко используют датчики, действие которых сформировано на изменении электрического сопротивления, индуктивности, емкости – параметрические датчики, или на возникновении ЭДС вследствие теплового, механического, акустического, магнитного или оптического воздействия – генераторные датчики.

Параметрические датчики включают в цепь, содержащую источник тока и чувствительный измерительный прибор, который проводит регистрацию изменение силы тока, вызванное изменением сопротивления датчика. Реостатные датчики же собой представляют специальные резисторы, изменяющие под влиянием механических воздействий на них сопротивление цепи, в которую они включены.

Во время механического воздействия, например, на подвижный контакт реостата, сопротивление цепи и сила тока в ней изменяются, и прибор в результате сигнализирует о степени неэлектрического воздействия.

Проволочные датчики тензометры изменяют электрическое сопротивление вследствие деформации. Изготавливают тензометры из нихрома, константана или железохромалюминиевого сплава. Из этих материалов проволоку диаметром 0, 02 – 0, 04 мм закрепляют с помощью специального клея между двумя листами тонкой бумаги. Концы проволок тензометра крепко соединяют с медными проводниками, при помощи которых тензометр подключают в электрическую цепь. Воспринимая механическую нагрузку, тензометр деформируется, вследствие чего электрическое сопротивление проволоки изменяется.

Индуктивные датчики в момент растяжения, сжатия, охлаждения или нагревания их сердечника изменяют свое индуктивное сопротивление. Индуктивные датчики подключают в цепь переменного тока. В процессе изменения индуктивного сопротивления датчика подобающим образом меняется и сила тока в цепи. То есть на момент действия определённой силы на подвижную часть сердечника сокращается зазор между ней и неподвижной частью сердечника, от этого меняется его индуктивность, а значит и значение индуктивного сопротивления. В конечном итоге в зависимости от этой силы изменяется сила тока в обмотке индуктивного датчика. Этим же образом, при помощи индуктивного датчика по изменению силы тока можно определять значение той силы, которая воздействует на подвижную часть сердечника.

При механическом воздействии на ёмкостный датчик, он изменяет значение емкостного сопротивления, вследствие чего соответственно изменяется сила тока в цепи, в которую он включен. То есть на момент действия на обкладку конденсатора опять таки определённой силы, происходит изменение расстояние между его обкладками, а стало быть, и емкость конденсатора. Изменение ёмкости конденсатора инициирует подобающее изменение ёмкостного сопротивления, а в результате – изменение силы тока в цепи ёмкостного датчика. Этим же образом, по изменению силы тока в цепи, в которую подключён ёмкостный датчик, можно определять значении силы, воздействовавшей на него.

Термопара, микромашина постоянного тока относятся к генераторным датчикам. На момент изменения скорости вращения вала якоря машины постоянного тока изменяется значение ЭДС индукции. Фотоэлектрический датчик действует на свет, падающий на фотоэлемент. От этого возникает электрический ток, регистрируемый чувствительным прибором.

Широко применяют также пьезоэлектрические и другие генераторные датчики. Генераторные датчики включают в цепь без самостоятельного источника питания, так как они сами вырабатывают электрическую энергию. Работникам электротехнических профессий часто выдается пользоваться тахометром – специализированным прибором, предназначенным для замера частоты вращения.

Поговорим о действие магнитоиндукционного тахометра, а также рассмотрим его устройство. Ось тахометра связана с постоянным магнитом. Если же ось тахометра присоединить к валу машины, например, электродвигателя, то в момент вращения вала магнитное поле постоянного магнита станет пересекать алюминиевый колпачок. В итоге в колпачке возникнут вихревые токи; от частоты вращения оси тахометра зависит значение силы этих токов, а стало бы, и от частоты вращения вала машины.

От этих взаимодействий магнитных полей, формируемых постоянным магнитом и вихревыми токами, индуцируемыми в алюминиевом колпачке, конечный поворачивается и заставляет двигаться стрелку, соединенную с осью колпачка. Угол отклонения стрелки таким образом пропорционален частоте вращения вала машины. Магнито-индукционные тахометры надежны в эксплуатации и просто устроены. Также существуют тахометры, внутри которых вмонтирована микромашина переменного или постоянного тока и электроизмерительный чувствительный прибор, непосредственно отградуированный в единицах частоты вращения.

Используют и ещё более сложные по устройству, но тем не менее и более точные тахометры. Широкое распространение в промышленности получило измерение электрическими методами неэлектрических величин, а также и во многих других случаях. Осуществление автоматического контроля и управления тоже связано с применением этих методов.