Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Измерительные преобразователи и основные физические принципы их построения.
|
|
Измерительное преобразование является отражением размера одной физической величины размером другой физической величины, функционально с ней связанной. Применение измерительных преобразований является единым методом практического построения любых измерительных устройств. В подавляющем большинстве случаев измерительное преобразование осуществляется путем преобразования неэлектрической величины в электрический сигнал в виде тока или напряжения.
В реальной жизни измерению подлежат параметры физических процессов, которые имеют в подавляющем большинстве неэлектрическую природу (механические: сила, скорость, давление, деформация; гидравлические: затрата, давление, скорость потока и т.д. В то же время, как упоминалось выше, основным средством измерения на данное время есть электронные средства, которые измеряют электрические сигналы на входе прибора. Поэтому для проведения измерений необходимый измерительный преобразователь неэлектрической физической величины в электрический сигнал.
Измерительный преобразователь — это техническое устройство, построенное на определенном физическом принципе действия, которое выполняет одно частичное измерительное преобразование.
Работа измерительных преобразователей протекает в сложных условиях, поскольку объект измерения — это, как правило, сложный, многогранный процесс, который определяется множеством параметров, каждый с которых действует на измерительный преобразователь совместно со сдачей параметров. Нас же интересует только один параметр, который называем измеренной величиной, а всю сдачу параметров процесса считаем препятствиями. В связи с этим для каждого измерительного преобразователя целесообразно установить его естественную входную величину, которая лучше всего воспринимается им на фоне препятствий. Так же необходимо выделить естественную исходную величину преобразователя. За природой исходной электрической величины преобразователи подразделяются на две большие группы:
генераторные (с исходной величиной е = f (х) или i = f (х) и внутренним сопротивлением Zвн == const) и параметрические (с е, р, с, е =0 и исходной величиной в виде изменения R, L, С == f(x), где х- исходная величина).
Основные физические принципы, которые используются при проведении измерительных преобразований.
Не смотря на огромное разнообразие технически реализованных измерительных преобразователей перечень физических принципов или явлений, на базе которых строятся эти преобразователи довольно-таки большой.
1)Прямой и обратный пьезоэффекты; 2)Гальваномагнитные эффекты (эффект Холла); 3)Эффекты Зеэбека и Пельтэ (возникновение термоэлектричества в разнородных материалах); 4)Изменение сопротивления материалов под влиянием температуры; 5)Зависимость величины электрической емкости конденсатора от расстояния между его обложками и значение диэлектрической постоянной ε изоляционного промежутка; 6)Зависимость индуктивного сопротивления или взаимоиндукции от взаимного расположения индуктивных контуров; 7)Эффект Доплера (в ультразвуковых или лазерных измерителях.); 8)Тензоэффект (изменение сопротивления материала при деформациях); 9)Фотоэффекты;
И другие
Коротко рассмотрим некоторые измерительные преобразователи, их принцип действия и устройство, которые используются для измерения наиболее употребляемых физических величин, машиностроении и металлургической промышленности, где применение устройств силовой электроники самое распространенное.
Измерители на основе термоэлектрического эффекта.
Явление термоэлектричества было открыто в 1823 г. Зеэбеком и состоит в следующем. Если составить цепь с двух разных проводников (или полупроводников) А і В, соединивши их между собой концами рис., причем температуру U1 одного места соединения сделать отличной от температуры U0 другого, то в цепи потечет ток под действием е.р.с., званой термоэлектродвижущей силой (термо – е.р.с.) и что является различием функций температур мест соединения проводников:
E AB (U1, U0) = f(U1) - f(U0)
U0
U1
Такая цепь называется термоэлектрическим преобразователем или иначе термопарой; проводники, составные термопары, — термоэлектродами, а места их соединение — спаями. Термо-е.р.с. при небольшом перепаде температур между спаями можно считать пропорциональному различию температур:
E AB = SAB ·Δ θ.
Опыт показывает, что у любой пары однородных проводников, значение термо- е.р.с. зависит только от природы проводников и температуры спаев и не зависит от распределения температуры вдоль проводников. Термоэлектрический контур можно разомкнуть в любом месте и включить у него один или несколько разнородных проводников. Если все места соединений, которые появились при этом, находятся при одинаковой температуре, то не возникает никаких паразитных термо- е.р.с..
В измерительной технике термопары приобрели широкий распространение для измерения температур контактным образом.
На рис.23 приведенный график зависимости термо- е.р.с. от материалов спая и температуры.
|
Температура (0С)
Рис.23 Графика зависимости термо-е.р.с. от температуры
|
|