Измерение неэлектрических величин 4 страница

К«п= Ш, (7-5)

т.е., измерив А.см]2 смеси и зная табличные значения Ясм1 в Хсм2 газов, образующих смесь, можно определить а (процентное содержание одного из газов).

Выражение (7.4) дает лишь приближенную зависимость теплопроводности смеси от ее состава, поэтому на практике целесообразнее производить градуировку электрических газоанализаторов экспериментально, либо путем сравнения с образцовыми газоанализаторами, либо приготовляя в газгольдере смеси газов различных концентраций.

Выражение (7.5) представляет собой зависимость теплопроводности от двухкомпонентной смеси. Измерение концентрации одного из компонентов более сложных смесей возможно лишь в том случае, когда все остальные компоненты газовой смеси имеют практически одинаковую теплопроводность, либо когда концентрация остальных компонентов постоянная.

На рис. 7.23 показано принципиальное устройство газоанализатора. Проволока /, закрепленная в камере 2, обтекается исследуемым газом, теплопроводность которого изменяется в зависимости от состава.

Материал проводника выбирается из тех же соображений, что и для термоанемометра. Измерительные цепи аналогичны цепям термоанемометра.

Погрешности газоанализаторов. Для уменьшения погрешностей газоанализаторов нужно стремиться к тому, чтобы тепловое равновесие проволоки в камере определялось в основном теплопроводностью газовой смеси, остальные же виды теплообмена должны быть сведены к минимуму.

р. г. Потери на лучеиспускание и теплопро-

< • я / я Х'2 водность самой проволоки исключаются

< •] ~ й тем же путем, что и в термоанемометрах,

| | | I т. е. соответствующим выбором размеров про-

\ 1 водника (/= 50...60 мм; d= 0, 03...0, 05 мм)

и градуировкой.

Рис. 7.23. Устройство Потери на конвекцию, которые зави-

газоанализатора: сят от скорости протекания газа, можно

/ — проволока; 2 — ка- учесть градуировкой, если скорость газа по-

мера стоянна. Если же скорость газа не является

постоянной величиной, то может возникнуть погрешность измерения, которую можно подсчитать, если известна зависимость коэффициента теплоотдачи е от скорости. В противном случае стремятся к уменьшению скорости газа.

Погрешность, обусловленная потерями теплоты на конвекцию, может быть сведена к нулю, если газ в камеру попадает только в процессе диффузии. Однако инерция подобных преобразователей так велика, что время измерения достигает 15 мин, что неудобно в работе. Обычно, стремясь уменьшить зависимость показаний от скорости, допускают время измерения до 5... 8 мин. Потери на конвекцию, а следовательно, и погрешность прибора зависят от положения проволоки в камере. Если проволока во время эксплуатации сместится относительно того положения, которое она имела при градуировке, то изменятся условия теплового равновесия и температура самой проволоки. Поэтому преобразователь обычно изготовляют в виде прямой проволоки и механически обеспечивают постоянство ее расположения вдоль оси камеры.

Термометры сопротивления. Эти приборы используют как датчики для измерения температуры. По материалу чувствительного элемента их подразделяют на термометры сопротивления платиновые (ТСП) и термометры сопротивления медные (ТСМ).

Рассмотрим устройство термометров сопротивления на примере платинового проводникового преобразователя (рис. 7.24).

Преобразователь представляет собой голую платиновую проволоку 2 диаметром 0, 05...0, 07 мм, намотанную на каркас / размером 100 х 10 мм. Обмотка укладывается в зубчатую нарезку на краях каркаса. В качестве каркаса используют материалы, обладающие термостойкостью и высокими электроизоляционными свойствами: слюду, кварц, фарфор.

Рис. 7.24. Устройство термометра сопротивления:

/ — каркас; 2— платиновая проволока; 3 — выводы; 4 — прокладки

К концам обмотки припаиваются выводы 3 из серебряной проволоки, которые изолируют фарфоровыми бусами. В термометрах сопротивления, предназначенных для измерения температуры до 100 °С, возможно применение выводов из меди. При более высокой температуре спай меди с платиной образует термопару и развиваемая ею термоЭДС будет служить источником погрешности.

Обмотку с каркасом заключают между двух слюдяных прокладок 4, затем всю конструкцию собирают в пакет серебряной лентой и заключают в тонкостенную алюминиевую трубку, а затем в чехол из нержавеющей стали. Выводы датчика подключают к зажимам специальной платы, установленной в головке защитного чехла. Чувствительный элемент медного термометра сопротивления наматывают на пластмассовый каркас изолированной медной проволокой диаметром 0, 1 мм в несколько слоев. Затем поверхность покрывают глифталевым лаком, а выводы обмотки изолируют фарфоровыми бусами. Плату с обмоткой заключают в тонкостенную металлическую гильзу длиной 105 мм, а затем в защитный чехол.

Термометры сопротивления бывают одинарные и двойные. В двойных термометрах сопротивления встроены два изолированных друг от друга чувствительных элемента, применяемые для одновременного измерения температуры одной точки двумя приборами. Медные и платиновые термометры сопротивления выпускают со строго определенными значениями сопротивлений, соответственно своих типов и градуировок. Наиболее распространенными преобразователями температуры являются медные термометры сопротивления градуировок 50М и 100М, платиновые — градуировок 50П и 100П. Числа 50 и 100 обозначают сопротивление чувствительного элемента при 0 " С (50, 100 Ом), а буквы М и П — материал обмотки термометра сопротивления — соответственно медь и платина.

При измерении температуры электрическое сопротивление термометров определяют градуировочными данными и приближенной формулой:

R, = Rq (l +at),

где R, — сопротивление термометра при нагревании на t°C; Rq — сопротивление термометра при 0 °С; а — температурный коэффициент (для меди ос = 4, 3 ■ 10~3).

Основные факторы, влияющие на погрешность измерения температуры технологических объектов, — это инерционность термодатчиков, неправильная их установка, нарушение условий монтажа и эксплуатации приборов.

Инерционность термодатчиков проявляется с увеличением скорости изменения температуры объекта, так как возникает значительная разница в показаниях прибора и истинной температурой объекта.

При использовании термодатчиков в агрессивной среде и высоких давлениях за счет использования соответствующих защитных гильз значительно увеличивается их инерционность. Для уменьшения инерционности зазор между датчиком и установочной гильзой по всей длине заполняют средой с большой теплопроводностью. При рабочей температуре 0...200 °С используют компрессионное масло, при температуре свыше 200 " С — чугунные или бронзовые опилки.

Термометры сопротивления по точности подразделяют на три класса; по инерционности —на малоинерционные (до 9 с), сред-неинерционные (10...80 с), высокоинерционные (до 4 мин).

В соответствии с требованиями производства датчики температур имеют различную монтажную (установочную) длину в интервале 60...3200 мм.

Рис. 7.25. Неравновесный мост с логомет-рическим измерителем

Измерительные цепи. Во всех термометрах сопротивления используется принцип измерения сопротивления, изменяющего свою величину в зависимости от изменения температуры окружающей среды. Поэтому в комплекте с термометрами сопротивления имеются приборы, измеряющие электрическое сопротивление (омметры). К таким приборам относятся логометры и мосты, шкалы которых отградуированы в градусах Цельсия. Широкое распространение получили неравновесные мостовые схемы измерения с логометром в качестве измерителя (рис. 7.25). Здесь /? ь R2, Яз — сопротивления плеч моста, выполненные из манганина; Щ, /^' — сопротивления рамок логометра; Я* — сопротивление, компенсирующее температурную погрешность логометра; R0 — сопротивление для подгонки нулевой точки шкалы; /? д — сопротивление, дополняющее сопротивление проводов, соединяющих термометр с измерительной цепью до значения, принятого при градуировке термометра (обычно это значение равно 5 Ом); RT — преобразователь термометра сопротивления.

Наиболее существенной погрешностью термометров сопротивления является погрешность, обусловленная изменением сопротивления линии вследствие колебания температуры окружающей среды. При больших расстояниях между объектом измерения и измерительной схемой сопротивление линии может быть 5 Ом, тогда как начальное сопротивление термосопротивлений обычно составляет 50 или 100 Ом. В связи с этим изменение сопротивления линии может внести существенную ошибку в измерения.

Для уменьшения этой погрешности подключение термометра сопротивления RT к прибору выполняется по трехпроводной схеме (рис. 7.26).

Рис. 7.26. Трехпровод-ная схема включения термометра сопротивления: 1, 2— провода

Одна из вершин диагонали питания перенесена непосредственно к преобразователю. Благодаря этому сопротивление провода 2 суммируется с сопротивлением плеча Ru а сопротивление провода 7 — с плечом преобразователя RT. Одинаковое изменение сопротивления в соседних плечах почти не отразится на равновесии моста в случае его работы в равновесном режиме.

При работе в неравновесном режиме погрешность также будет значительно меньшей, чем в случае двухпроводной линии.

Нагрев преобразователя термомет
ра протекающим по нему током так
же создает погрешность. Для уменьшения этой погрешности следовало бы

снижать ток до минимальной величи-
Рис. 7.27. Схема автоматиче- ны Однако это приведет к потере чув-
ски уравновешиваемого мо- ствительности мостовой цепи и нуж-
ста но будет применять высокочувстви-

тельный индикатор, поэтому допустимый ток через термопреобразователь составляет 10... 15 мА.

Часто применяются также автоматически уравновешиваемые мосты, у которых при выходе из равновесия напряжение разбаланса Д£ /, усиленное усилителем У, поступает на управляющую обмотку двигателя Д. Двигатель перемещает движок реохорда Rp до тех пор, пока мост снова не придет в равновесие при новом значении измеряемой температуры. С реохордом связан указатель отсчетного устройства, отградуированного в ГС (рис. 7.27).

Измерители плотности газа (вакуумметры). Измерение малых плотностей газа при помощи термосопротивлений основано на зависимости теплопроводности сильно разряженных газов от степени разрежения.

При плотностях газа, соответствующих области атмосферного давления, теплопроводность газа практически не зависит от плотности. Молекула газа, ударившись о нагретое термосопротивление, получает добавочную кинетическую энергию, определяемую температурой нагретого тела. Затем, по мере перемещения от нагретой поверхности к холодной молекула сталкивается с рядом других молекул. Таким образом, в передаче теплоты от нагретой поверхности к холодной участвует много молекул, что статистически приводит к постоянству среднего по объему значения теплопроводности среды. Однако при уменьшении концентрации, т. е. количества газа или воздуха в замкнутой камере, возрастает длина свободного пробега молекулы. Когда средняя длина свободного пробега молекулы становится величиной одного порядка с расстоянием между термосопротивлением и стенками камеры, теплопроводность газа определяется количеством оставшихся молекул, т. е. плотностью (концентрацией) молекул в камере, практически независимо от температуры и давления газа. Таким образом, естественной входной величиной таких преобразователей является концентрация, т.е. число молекул, находящихся в камере, выходной величиной — температура (или сопротивление) термосопротивления. Принципиальное устройство вакуумметра изображено на рис. 7.28.

Рис. 7.28. Устройство вакуумметра: / — лента

Термосопротивлением является лента 7, нагреваемая постоянным током. Амперметр А и реостат /? р предназначены для установки и поддержания постоянным значения нагревающего тока, которое было принято при градуировке прибора. Температуру термосопротивления измеряют термопарой ТП, рабочий спай которой приварен к середине термосопротивления, термоЭДС — милливольтметром mV.

7.4. ИОНИЗАЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Ионизационными преобразователями называют такие преобразователи, в которых измеряемая неэлектрическая величина функционально связана с током электронной и ионной проводимости газовой среды.

Поток электронов и ионов получается в ионизационных преобразователях либо ионизацией газовой среды под воздействием того или иного ионизирующего агента, либо путем термоэлектронной эмиссии, либо путем бомбардировки молекул газовой среды электронами и т.д.

Обязательные элементы любого ионизационного преобразователя — источник и приемник излучений.

Ионизирующие агенты. В качестве ионизирующих агентов применяются а-, Р-частицы, у-лучи и рентгеновские лучи:

ос-частицы представляют собой ядра гелия и несут положительный заряд. Это более тяжелые частицы, поэтому они обладают большей энергией и являются наиболее сильным ионизирующим агентом. Однако проникающая способность их очень мала. Наибольшая длина пробега а-частиц в воздухе равна 90 мм, а в твердых телах они поглощаются уже в слоях порядка единиц или десятков микрон (например, для алюминия длина пробега 0, 05 мм). Поэтому при использовании а-частиц в качестве ионизирующего агента излучатель помещается внутри преобразователя;

р-частицы представляют собой поток отрицательно заряженных частиц (электронов). Они обладают меньшим запасом энергии, но проницаемость их достигает нескольких миллиметров в твердых телах (например, для алюминия длина пробега равна 1, 75 мм), поэтому в измерительной технике используют в основном проникающую способность (3-частиц, и излучатель помещается вне преобразователя;

у-лучи представляют собой электромагнитные колебания весьма малой длины волны. Электромагнитная энергия излучается не непрерывно, а квантами или фотонами, которые не несут электрического заряда и потому не отклоняются ни электрическим, ни магнитным полем; у-лучи распространяются со скоростью света и обладают наибольшей проникающей способностью (например, у алюминия — до 12 см);

рентгеновские лучи представляют собой электромагнитные колебания, но большей длины волны. Они обладают теми же свойствами, что у-лучи и могут излучаться почти всеми веществами, если последние подвергаются бомбардировке электронами или другими частицами достаточной энергии. Использование этих лучей в измерительной технике основано на их способности проникать через светонепроницаемые тела.

Ионизационная камера. Преобразователи, в которых применяется метод ионизации газовой среды лучами радиоактивных веществ или рентгеновскими лучами, называют ионизационными камерами и счетчиками (рис. 7.29).

Газовая среда в камере / подвергается ионизации под воздействием ионизирующего агента 2. В камере расположены два электрода 4, к которым подводится напряжение U. При ионизации газа в камере возникает упорядоченное движение электронов и положительных ионов этого газа, т. е. ионизационный ток, который является функцией приложенного напряжения, свойств ионизирующего агента, ионизируемой среды, стенок камеры, а также других тел 3, находящихся на пути излучения, созданного ионизирующим агентом. Можно применять ионизационные преобразователи для измерения

А /у* + у - различных физических и геометрических ве-

-^-^ личин, используя зависимость ионизацион-

4 ного тока от всех этих факторов.

/'" Х^^ ^^N Газоразрядные счетчики. Газоразрядные

—п^ г^)— счетчики служат для регистрации актов

+ __ i -^^/ ионизации. Счетная трубка (рис. 7.30) вы-

3 ah~-7 полняется в виде металлического или стек-

лянного цилиндра /, покрытого изнутри Рис. 7.29. Схема иони- слоем токопроводящего металла и заполнен-зационной камеры: ного аргоном, азотом или другими инерт-/ - камера; 2 - ионизи- НЫМИ газами.

рующий агент; з — тело; Внутри цилиндра, являющегося катодом,

4 — электроды вдоль его оси натянута металлическая, изо-

3 1

дс

HL

Ст2

т

Рис. 7.30. Схема устройства ионизационной счетной трубки: / — стеклянный цилиндр; 2 — нить; 3 — стеклянный баллон

лированная от цилиндра нить 2, являющаяся анодом. Трубка герметизирована в стеклянном баллоне 3. Между нитью и цилиндром прикладывается напряжение (порядка 500 В), создающее в межэлектродном пространстве поле, напряженность которого резко возрастает возле анода. Электрон, возникший под действием ионизирующей частицы или излучения в области малой напряженности, дрейфует к аноду, при этом его скорость и энергия возрастают. Вблизи анода, в области повышенной напряженности, его энергия возрастает настолько, что электрон становится способным сам ионизировать газ. Эта ионизация увеличивает число вторичных электронов. Происходит увеличение импульса тока счетчика в 104раз и более. Это дает возможность регистрировать каждую пару ионов, образованную в трубке. По импульсу тока счетчика можно определить вид излучения (а или (3). Правда, такой счетчик может регистрировать отдельные акты ионизации только в том случае, если возникающий самостоятельный разряд будет гаситься до возникновения следующего акта ионизации, для чего существуют различные методы гашения разряда.

Сцинтилляционные счетчики. Принцип действия сцинтилляци-онных счетчиков основан на возникновении в некоторых веществах (люминофорах) под действием проникающей радиации слабых световых вспышек — сцинтилляций, которые, попадая на светочувствительный фотокатод, вызывают фототок. Комбинация люминофора, фотокатода и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) в общем светонепроницаемом корпусе называется сцинтилляци-онным счетчиком.

Люминофоры изготовляют из смеси кристаллов сульфида цинка и сульфида кадмия, активированных серебром. Сцинтилляционные счетчики применяют для измерения числа заряженных частиц, у-квантов, нейтронов, для исследования спектра у- и нейтронного излучения.

Масс-спектрометры. Преобразователи масс-спектрометров предназначены для анализа газовой смеси методом получения спектра масс всех положительно заряженных ионов исследуемой газовой смеси. В связи с тем, что значение ионизационных токов мало (10~9... 10~12 А), а входное сопротивление измерительной цепи должно быть достаточно высоким (1012... 10'5 Ом), чтобы токи утечек были меньше ионизационных хотя бы на 2 — 3 порядка. Этому основному и важному требованию удовлетворяют электронные измерительные цепи, входное сопротивление которых порядка 10, 2...Ю13 Ом.

Достоинства: дают возможность измерять без непосредственного

В основе разделения ионов по их массам лежит одновременное воздействие на ионы электрического и магнитного полей, благодаря которым ионы различных масс движутся по разным траекториям.

Связь между массами и параметрами электрического и магнитного полей описывается уравнением

H = J? lL (7.6)

е 2U ' где т — масса иона; е — заряд иона; В — индукция магнитного поля; г — радиус траектории, описываемой ионом под действием электрического и магнитного полей; U — напряжение электрического поля.

Испытуемый газ вводится под небольшим давлением в ионизационную камеру (рис. 7.31), где он подвергается бомбардировке пучком электронов. Образованные при бомбардировке положительные ионы под воздействием электрического поля, созданного разностью потенциалов MJ, получают ускорение. Вылетая через щель 3 ионизационной камеры, они попадают через щель 2 в камеру, где действует магнитное поле с индукцией В.

Магнитное поле, в зависимости от величины т/е, отклоняет ионы, и они движутся по траекториям с радиусами ги г2, гъ и т.д. Ионы, радиус траектории которых г3, пройдут через щель / и попадут на коллектор. Он соединен через сопротивление R с землей. Ток, значение которого определяется количеством ионов, отдающих свой заряд коллектору в единицу времени, создает на сопротивлении R падение напряжения, которое усиливается усилителем постоянного тока и регистрируется самопишущим прибором V.

Изменяя индукцию магнитного поля В при U= const или, наоборот, изменяя напряжение электрического поля £ /при 5 = const, можно добиться того, что ионы различных масс будут попадать через щель / на коллектор и таким образом в достаточно широких пределах на диаграмме можно записать кривую, имеющую ряд пиков (рис. 7.32). Высота каждого пика является критерием концентрации ионов данной массы в газовой смеси.

Рис. 7.32. Диаграмма прохождения ионов через щель камеры масс-спектрометра

контакта с измеряемым объектом. Вследствие этого с их помощью можно производить измерения в агрессивных средах, при высокой температуре, давлении и т.д.

Погрешности измерения с помощью ионизационных преобразователей прежде всего определяются несовершенством используемой измерительной аппаратуры. Особенно велика погрешность, вносимая усилителем постоянного тока. Поэтому часто для уменьшения этой погрешности приборы с ионизационными преобразователями выполняются по нулевому методу с автоматическим уравновешиванием посредством следящего привода с реверсивным двигателем. Кроме того, нужно учитывать погрешность, обусловленную постепенным распадом радиоактивного вещества и, следовательно, нестабильностью источника излучения во времени.

Активность источника излучения А изменяется во времени по закону

In 2

период полурас-

А = Аое г°-5, где AQ — начальная активность источника; Г05 пада.

По допустимой погрешности

Рис. 7.31. Устройство масс-спектрометра: 1—3 — шели; 4 — коллектор

(7.7)

и периоду полураспада Т05 определяется время смены изотопов. Радиоактивные изотопы характеризуются тем, что число распадов в равные промежутки неодинаково и колеблется около некоторого среднего значения. Поэтому при конечном времени измерения это приводит к возникновению большой случайной погрешности, среднее квадратическое значение которой определяется формулой

а = УГ/Ч (7.8)

где п = /^тыц — число частиц, зарегистрированных приемником за время измерения tmM; fN — частота попадания частиц в приемник; ц — эффективность приемника, т. е. отношение поглощенных лучей к падающим.

Погрешность а = VVC/a^mmH) очевидно будет тем меньше, чем больше время измерения и чем больше активность источника А, определяющая частоту FN частиц, попадающих в приемник.

Таким образом, для повышения точности или быстродействия этих приборов нужно значительно увеличить мощность источника. Это возможно в тех случаях, когда зона расположения источника недоступна для человека или хорошо защищена экранами. Но это связано с резким утяжелением аппаратуры. Так для стократного ослабления интенсивности излучения необходим свинцовый экран толщиной 90 мм.

В зависимости от свойств ионизирующих агентов ионизационные преобразователи используются в приборах для измерения различных величин. Например, ионизационные преобразователи с а-излучателями могут применяться для измерения перемещения, так как ток ионизационной камеры зависит от расстояния между электродами; плотности газов; скорости течения газов и количества дымовых примесей и влажности газа.

Ионизационные преобразователи с В-излучателями могут применяться вместо а -излучателей в некоторых вышеперечисленных случаях, а также для измерения бесконтактным методом толщины листового материала и толщины покрытий.

Ионизационные преобразователи с у-излучателями, обладающими большой проникающей способностью, используются для измерения плотности вещества, толщины, уровня, для дефектоскопии деталей.

Ионизационный расходомер. На рис. 7.33 изображен принцип действия ионизационного расходомера с а-излучателем.

Рис. 7.33. Схема ионизационного расходомера с а-излучателем: / — электрод-приемник; 2 — электрод-излучатель

Рис. 7.34. Схема ионизационного

расходомера: / и 6 — соответственно рабочий и компенсационный источники излучения; 2 — объект измерения; 3, 4 — ионизационные камеры; 5 — диафрагма; 7—следящее устройство; 8 — усилитель; 9 — преобразователь; 10 — сопротивление

В испытуемый поток помещаются два электрода, на один из которых нанесен слой радиоактивного вещества, ионизирующего пространство между электродами. Под воздействием напряжения, приложенного к электродам, образующиеся ионы движутся со скоростью, определяемой этим напряжением и скоростью потока, так как часть ионов уносится потоком. В этом случае ионизационный ток является функцией скорости потока:

Ионизационный толщиномер. Примером применения ионизационного преобразователя с использованием В-излучателя может служить толщиномер (рис. 7.34).

Толщиномер построен на принципе уравновешивания и основан на явлении поглощения В- и у-лучей листом стального проката, толщина которого измеряется.

Прибор имеет два источника излучения — рабочий / и компенсационный 6, потоки которых воспринимаются соответственно ионизационными камерами 3 и 4. Разностный ток ионизационных камер протекает через сопротивление 10. Падение напряжения на этом сопротивлении, преобразованное в переменное в преобразователе 9, усиливается усилителем 8 и поступает на управляющую обмотку двигателя Д.

Рабочий поток источника излучения / поглощается объектом измерения 2, а компенсационный 6 регулируется до достижения равенства его с рабочим потоком диафрагмой 5 с переменным отверстием, шторка которой перемещается реверсивным Рис. 7.35. Схема ионизаци-двигателем. Угол поворота шторки ди- онного уровнемера ИУ-3: афрагмы служит мерой толщины кон- 7 _ источник ИЗЛучения; 2 -тролируемого изделия. Имеется и вы- защитная камера; 3 - трубка

носной указатель Ук, связанный со шторкой следящим устройством 7.

Ионизационный уровнемер. Излучатель у-лучей применяется часто в ионизационных уровнемерах. Принципиальная схема уровнемера типа ИУ-3 приведена на рис. 7.35.

На противоположных сторонах объекта, в котором измеряется уровень жидкости, расположены источник и приемник у-лучей. Источник излучения 1 в виде проволоки из кобальта, толщиной 0, 7...0, 9 мм и длиной 150 мм располагается в защитной камере 2. С другой стороны объекта располагается счетная трубка 3. При изменении уровня жидкости изменяется величина поглощения у-лучей средой, а следовательно, и ионизационный ток.

Ионизационные уровнемеры являются приборами, не требующими непосредственного контакта с испытуемой средой. Поэтому они применяются в наиболее трудных условиях измерения, например при высоких давлениях, высоких температурах (измерение уровня расплавленного металла), а также в случаях измерения уровня различных агрессивных сред.

7.5. РЕОСТАТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИЛИ ДАТЧИКИ АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Реостатный преобразователь (рис. 7.36) представляет собой реостат, движок которого перемещается под действием измеряемой неэлектрической величины. Следовательно, входной величиной реостатных преобразователей является перемещение движка реостата, механически связанного с измеряемой неэлектрической величиной, а выходной величиной — активное сопротивление.

На каркас 6 из изоляционного материала намотана с равномерным шагом проволока 5. Изоляция проволоки на верхней границе каркаса зачищается, и по металлу скользит щетка 4. Добавочная щетка 2 скользит по токо-съемному кольцу 3. Обе щетки изолированы от приводного валика 1.

Рис. 7.36. Устройство реостатного преобразователя: 1 — приводной валик; 2 — добавочная щетка; 3 — токосъем ное кольцо; 4 — щетка; 5 — проволока; 6 — каркас

Реостатные преобразователи выполняются как с проводом, намотанным на каркас, так и реохордного типа. В качестве материала провода применяют нихром, манганин, константан и др. В ответственных случаях, когда требования к износоустойчивости контактных поверхностей очень велики или когда контактные давления очень малы, применяют сплавы платины с иридием, палладием и т.д. Провод реостата должен быть покрыт либо эмалью, либо слоем оксидов для изоляции соседних витков друг от друга. Движки бывают из двух-трех проволочек (платина с иридием) с контактным давлением 0, 003...0, 005 Н или пластинчатые (серебро, фосфористая бронза) с усилием 0, 05...0, 1 Н. Контактная поверхность намотанного провода полируется; ширина контактной поверхности равна двум-трем диаметрам провода. Каркас реостатного преобразователя выполняется из текстолита, пластмассы или из алюминия, покрытого изоляционным лаком, или оксидной пленкой. Формы каркасов разнообразные. Реактивное сопротивление реостатных преобразователей очень мало и им обычно можно пренебречь на частотах звукового диапазона.

При использовании реостатных преобразователей для измерения неэлектрических величин часто возникает задача получить линейную зависимость угла отклонения а указателя от измеряемой неэлектрической величины F, несмотря на то, что ряд звеньев прибора между преобразователем и указателем, осуществляющих промежуточные преобразования, характеризуется нелинейной функцией преобразования.

В подобных случаях применяются функциональные реостатные преобразователи с нелинейным распределением сопротивления вдоль каркаса. Такого распределения сопротивления достигают, например, изменяя высоту каркаса, шунтируя части линейного реостата постоянными сопротивлениями, используя намотку с переменным шагом, намотку отдельных участков каркаса проводами разного диаметра или с разными удельными сопротивлениями и т. д.

Рассмотрим варианты построения приборов с реостатными преобразователями. Для схемы на рис. 7.37, а силу тока /можно выразить формулой