Subiect: Măsurarea cantităților neelectrice
1. Întrebări generale privind măsurarea cantităților neelectrice prin mijloace electrice
În procesul de activități industriale și științifice, împreună cu măsurarea mărimilor electrice, există o necesitate în măsurarea unui număr mare de cantități neelectrice (temperatura, presiune, debit, umiditate, etc. nivel. D.).
Măsurarea cantităților neelectrice poate fi efectuată cu ajutorul instrumentelor de măsură neelectrice și electrice.
Măsurarea cantităților neelectrice prin intermediul mijloacelor electrice are un număr de avantaje care determină aplicarea lor la scară largă. Principalele avantaje ale utilizării echipamentelor electrice sunt:
1) posibilitatea de a efectua măsurători la distanță, atunci când rezultatul măsurătorilor poate fi obținut la o distanță considerabilă de obiectul investigației;
2) ușurința utilizării semnalelor electrice de măsurare pentru rezolvarea problemelor de control automat și de gestionare;
3) sensibilitate ridicată și inerție redusă.
Cu toate varietate de modalități și metode de măsurare a cantităților neelectrice prin intermediul unor instrumente de măsurare electrice, generalității lor este că cantitatea neelectric măsurată anterior transformată într-o s electrice proporționale (curent, tensiune, frecvență, rezistență, etc.) și apoi măsurat mijloace cunoscute de măsurători electrice. Schema bloc a circuitului de măsurare prezentat în Fig. 1.
Fig. 1. Schema structurală a circuitului de măsurare:
x - cantitate neelectrică măsurată; y = f (x) este o cantitate electrică proporțională cu x; l - citirea cantității neelectrice măsurate; IIP - traductor de măsurare (senzor); ИУ - dispozitivul electric de măsurare (dispozitivul secundar)
2. Convertizoare de măsurare a cantităților neelectrice
Un element obligatoriu al oricărui circuit de măsurare pentru măsurarea cantităților neelectrice prin mijloace electrice este un traductor de măsurare (PI).
Conform principiului de funcționare, toate IP-urile sunt împărțite în: 1) seturi de generatoare; 2) parametric.
Generatoarele PI generează (generează) energie electrică (curent emf, etc.) sub influența cantității neelectrice măsurate, proporțională cu valoarea măsurată.
Parametric se numește IP, în care, sub influența cantității neelectrice măsurate, se modifică orice parametri electrici (rezistență, capacitate, inductanță etc.).
2.1 Transmițători generatori
2.1.1 IC-uri de inducție
Principiul de funcționare a unor astfel de PI se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică (umflarea emf într-un circuit într-un câmp magnetic alternativ,
le: e d w d). dt dt
Un exemplu de traductor de inducție este un convertizor de viteză tahometric, prezentat schematic în Fig. 2.
Fig. 2. PI inducție
În cazul ăsta
unde k este coeficientul de proiectare, iar Φ este fluxul magnetic.
Fig. 3 Traductor de inducție al parametrilor de vibrație
2.1.2 PI piezoelectrice
Principiul de funcționare a PI bazat pe efectul piezoelectric directe, este apariția elektrichesih taxe pe fețele de cristal ale unor dielectrici sub influența tensiunilor mecanice care acționează asupra lor.
Aceste dielectrice se numesc piezoelectrice (feroelectrice). Piezoelectricele caracteristice utilizate în tehnica de măsurare sunt: sare Rochelle, cuarț, turmalină, titanat de bariu etc.).
Fig. 4 Principiul piezoelectric PI: 1 - o placă din piezoelectric; 2 - electrozi
unde Q este o încărcătură excesivă; F este forța; k d este modulul piezoelectric.
2.1.3 PI termoelectric (termocupluri)
Principiul de funcționare al IP pe baza efectului termoelectric (efectul Seebeck), esența, care constă în faptul că, atunci când cei doi conductori diferite de la locul legăturii lor apare CEM (termoelectrică), în funcție de tipul de material conductor, iar temperatura de joncțiune.
Conductorii care formează un termocuplu sunt numiți termoelectrozi. Punctul de conectare al termoelectrodelor se numește joncțiune de lucru sau fierbinte. Capetele opuse sunt numite reci sau libere (Figura 5).
Fig. 5. Traductor termoelectric (termocuplu):
1 - thermoelectrodes; 2 - joncțiunea fierbinte (de lucru); 3 - capete reci (în vrac)
Termo-emf, dezvoltat de un termocuplu, este proporțional cu diferența de temperatură a joncțiunii fierbinți și a capetelor reci și pentru un interval de temperatură mic poate fi exprimat printr-o dependență liniară:
unde t r este temperatura joncțiunii fierbinți; t x - temperatura capetelor libere, - coeficientul, în funcție de materialul termoelectrodelor și de intervalul de temperatură.
În general, NCS de termocupluri pentru întreaga gamă de măsurare sunt neliniare și atunci când sunt utilizate pentru măsurarea temperaturii, trebuie prevăzute măsuri de linearizare.
Ca material pentru termoelectrozi se utilizează atât metale pure, cât și aliajele lor: cupru, nichel, platină, cromel, alumel, copel etc.
2.2 Traductoare de măsurare parametrice
2.2.1 PI inductivi
Principiul de funcționare al acestor convertoare se bazează pe dependența inductanței sau inductanței reciproce a bobinelor cu un miez feromagnetic asupra poziției, dimensiunilor geometrice și stării magnetice a elementelor circuitului lor magnetic.
Una dintre soluțiile constructive ale convertizorului inductiv, care explică principiul funcționării acestuia, este prezentată în Fig. 6.
Fig. 6 Principiul funcționării IP inductiv: x R m L Z
O dependență aproximativă a impedanței bobinei Z pe gaura de aer δ este prezentată în Fig. 7.
Fig. 7 Dependența lui Z pe δ
Exemple de alte construcții de PI inductiv sunt prezentate în Fig. 8
Fig. 8 Exemple de construcții de circuite integrate inductive
2.2.2 Sensibilitatea la tensiune (tensoresistivă) ИП
Lucrarea traductoarelor de sensibilitate se bazează pe fenomenul efectului de tensiune, care constă în modificarea rezistenței active a conductorilor (semiconductorilor) în timpul deformării lor mecanice.
După cum se știe, rezistența unui conductor este determinată de dependență
Atunci când se deformează, lungimea ei și suprafața secțiunii transversale S se schimbă și datorită deformării laturii cristaline rezistivitatea ρ care conduce la o schimbare a rezistenței R.
Caracteristica efectului de întindere a materialului este coeficientul de sensibilitate relativă a tensiunii S m, definit ca raportul variației rezistenței la modificarea lungimii conductorului:
Construcția indicatorului de rezistență a firelor este prezentată în Fig. 9.
Exemple de construcții ale manometrelor de folie sunt prezentate în Fig. 10.
În momentul în care măsurarea presiunii fluidelor și gazelor utilizate în mod obișnuit tenzopreobrazovatel semiconductor, în care o placă de siliciu subțire, situată pe substrat izolator (safir, corindon și m. N.), format prin transductoarele și conductorii de legătură (Fig. 11).
Fig. 11 Construcția simplificată a unui traductor de presiune de presiune pentru semiconductori: 1 - wafer de siliciu; 2 - membrană
2.2.3 PI termistor (termistor)
Principiul de funcționare al acestor convertoare se bazează pe dependența rezistenței electrice a conductorilor și a semiconductorilor la temperatură.
Cele mai utilizate termistori din cupru și plac-
Pentru un convertor de cupru, este caracteristică o dependență liniară a rezistenței la temperatură:
unde R 0 este rezistența la 0 ° C; α este coeficientul de temperatură
Pentru un convertor de platină, dependența este neliniară și în intervalul de temperaturi de la 0 ° C la +650 ° C este determinată de expresia:
RtRo (1 la Bt2),
unde A și B sunt coeficienți constanți.
La -60 ° C de la o temperatură de până la +120 ° C, se utilizează termistoare semiconducting (termistoare). Ele pot avea un coeficient de temperatură negativ (TCR) - rezistența scade odată cu creșterea temperaturii (-rezistory NTC) și pozitive (cum ar fi conductoarele) TCS (PTC -rezistory). Lipsa de termistori semiconducting - reproductibilitate redusă și neliniaritatea caracteristicilor de conversie:
R t R 0 exp [B (1 t 1 t 0)]
2.2.4 IP-uri capacitive
Principiul de funcționare al acestor convertoare se bazează pe dependența capacității condensatorului de dimensiunile aranjamentului reciproc al plăcilor sale și pe permitivitatea dielectrică a mediului între ele.
Pentru un condensator plat:
unde ε 0 este constanta electrica; ε este permitivitatea relativă a mediului între plăci; S este zona activă a plăcilor; d este distanța dintre plăci. Această expresie arată că convertorul poate fi construit folosind dependențele C = f 1 (d), C = f 2 (S) și C = f 3 (ε).
Exemple de proiectare a convertoarelor capacitive sunt prezentate în Fig. 12.
3 Metode și mijloace de măsurare a parametrilor tehnologici în complexul agroindustrial
3.1 Măsurarea temperaturii
(vezi lucrarea de laborator nr. 13)
Atunci când se utilizează termocupluri ca IP, pentru a exclude efectul temperaturii obiectului măsurat pe capetele libere, acestea trebuie îndepărtate din zona cu o temperatură variabilă.
În acest scop, firele aceleași materiale ca și pentru thermoelectrodes sau aplica lungirea fire speciale termocuplu Luate din materiale care sunt împerecheate (în intervalul de temperatură limitată de la 0 ° C până la 100 ° C) generează aceeași termoelectric că lucrătorii thermoelectrodes. În tabel. 1 prezintă caracteristicile unor fire de extensie termoelectrode (compensare).
Tabelul 1 - Caracteristicile cablurilor de extensie termoelectrode (compensare)
3.2 Măsurarea nivelului
(a se vedea lucrarea de laborator nr. 14)
3.3 Masurarea presiunii lichidelor si gazelor
Modificatoare de presiune în cele mai multe cazuri sunt o combinație de element de -specimen (membrane, burdufuri elastice tubulare - Figura 13.) Conversia presiunii într-o deplasare proporțională sau deformării și traductorul de această deplasare (deformare) în informația de măsurare a semnalului electric.
Fig. 13 ChE deformare
Inductive, tensoresistive, IP-uri capacitive și piezoelectrice sunt utilizate ca traductoare de deplasare (deformare) (figura 14).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: