Что такое генераторные измерительные преобразователи. Как работают термоэлектрические и пьезоэлектрические преобразователи. Где применяются генераторные преобразователи в измерительной технике. Каковы их основные характеристики и особенности.
Принцип действия генераторных измерительных преобразователей
Генераторные измерительные преобразователи — это устройства, преобразующие измеряемую неэлектрическую величину в электрический сигнал (ЭДС или электрический заряд). Их главная особенность заключается в том, что они сами являются источниками электрической энергии, не требуя внешнего питания.
Основные типы генераторных преобразователей:
- Термоэлектрические (термопары)
- Пьезоэлектрические
- Фотоэлектрические
- Индукционные
Рассмотрим подробнее принципы работы наиболее распространенных видов.
Термоэлектрические преобразователи (термопары)
Термопары основаны на термоэлектрическом эффекте Зеебека. Как работает термопара?
- Состоит из двух разнородных проводников
- Спаи проводников находятся при разных температурах
- Возникает термоЭДС, пропорциональная разности температур спаев
Термопары широко применяются для измерения температуры в промышленности и научных исследованиях. Их преимущества:
- Простота конструкции
- Надежность
- Широкий диапазон измеряемых температур (от -200°C до +2500°C)
- Малая инерционность
Типы термопар
Наиболее распространенные типы термопар:
- Хромель-алюмель (тип K): -200…+1300°C
- Хромель-копель (тип E): -200…+900°C
- Платинородий-платина (тип S): 0…+1600°C
- Вольфрам-рений (тип C): 0…+2320°C
Пьезоэлектрические преобразователи
Пьезоэлектрические преобразователи работают на основе прямого пьезоэффекта. Что происходит при воздействии на пьезоэлемент?
- Под действием механической силы возникают электрические заряды
- Величина заряда пропорциональна приложенной силе
- При снятии нагрузки заряд исчезает
Пьезоэлектрические датчики применяются для измерения:
- Силы и давления
- Ускорения и вибрации
- Акустических сигналов
Материалы для пьезоэлектрических преобразователей
В качестве пьезоэлементов используются:
- Природные кристаллы (кварц, турмалин)
- Искусственные кристаллы (ниобат лития)
- Пьезокерамика (цирконат-титанат свинца)
Особенности применения генераторных преобразователей
При использовании генераторных преобразователей необходимо учитывать ряд факторов:
- Низкий уровень выходного сигнала (микровольты, пикокулоны)
- Высокое выходное сопротивление
- Чувствительность к помехам
Это требует применения специальных измерительных схем и усилителей с высоким входным сопротивлением.
Преимущества и недостатки генераторных преобразователей
Каковы основные достоинства и ограничения генераторных измерительных преобразователей?
Преимущества:
- Не требуют внешнего источника питания
- Простота конструкции
- Высокая надежность
- Широкий динамический диапазон
Недостатки:
- Низкий уровень выходного сигнала
- Нелинейность характеристик
- Зависимость от внешних факторов (температуры, влажности)
Применение генераторных преобразователей в измерительной технике
Где находят применение генераторные измерительные преобразователи?
- Измерение температуры в промышленности и научных исследованиях
- Системы вибродиагностики оборудования
- Датчики давления в автомобильной электронике
- Акустические измерения и неразрушающий контроль
- Сейсмические датчики
Перспективы развития генераторных преобразователей
Какие тенденции наблюдаются в развитии генераторных измерительных преобразователей?
- Создание новых пьезоэлектрических материалов с улучшенными характеристиками
- Разработка многофункциональных датчиков на основе МЭМС-технологий
- Интеграция преобразователей с микроэлектронными схемами обработки сигналов
- Применение наноматериалов для повышения чувствительности
Методы повышения точности генераторных преобразователей
Для улучшения метрологических характеристик генераторных преобразователей применяются различные методы:
- Температурная компенсация
- Линеаризация характеристик
- Цифровая обработка сигналов
- Автокалибровка
Эти методы позволяют значительно расширить область применения генераторных преобразователей в прецизионных измерениях.
ЛЕКЦИЯ 15.
В генераторных преобразователях выходной величиной является ЭДС или заряд, функционально связанные с измеряемой неэлектрической величиной.
Термоэлектрические преобразователи (термопары).
Основаны на термоэлектрическом эффекте, возникающем в цепи термопары. Эти преобразователи применяются для измерения температуры. Принцип действия термопары поясняется рис. 15.1,а, где изображена термоэлектрическая цепь, составленная из двух разнородных проводников А и В. Точки 1 и 2 соединения проводников называются спаями термопары. Если температуры t спаев 1 и 2 одинаковы, то ток в термоэлектрической цепи отсутствует. Если же температура одного из спаев (например, спая 1) выше, чем температура спая 2, то в цепи возникает термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) Е, зависящая от разности температур спаев
Е = f(t1 – t2). (15.1)
Если поддерживать температуру спая 2 постоянной, то
Е = f(t1).
Эту зависимость используют для измерения температуры с помощью термопар. Для измерения ТЭДС электроизмерительный прибор включают в разрыв спая 2 (рис. 15.1, б). Спай 1 называют горячим (рабочим) спаем, а спай 2 – холодным (концы 2 и 2’ называют свободными концами).
Чтобы ТЭДС термопары однозначно определялась температурой горячего спая, необходимо температуру холодного спая поддерживать всегда одинаковой.
Для изготовления электродов термопар используют как чистые металлы, так и специальные сплавы стандартизованного состава. Градуировочные таблицы для стандартных термопар составлены при условии равенства температуры свободных концов 0оС. На практике не всегда удается поддерживать эту температуру. В таких случаях в показания термопары вводят поправку на температуру свободных концов. Существуют схемы для автоматического введения поправок.
Конструктивно термопары выполняются в виде двух изолированных термоэлектродов с рабочим спаем, получаемым способом сварки, помещенных в защитную арматуру, предохраняющую термопару от внешних воздействий и повреждений. Рабочие концы термопары выведены в головку термопары, снабженную зажимами для включения термопары в электрическую цепь.
В табл. 15.1 приведены характеристики термопар, выпускаемых промышленностью. Для измерения высоких температур применяют термопары ПП, ПР и ВР. Термопары из благородных металлов используют при измерении с повышенной точностью.
В зависимости от конструкции, термопары могут иметь тепловую инерцию, характеризуемую постоянной времени от секунд до нескольких минут, что ограничивает возможность их применения для измерения быстроменяющихся температур.
Кроме включения измерительного прибора в спай термопары возможно включение прибора в «электрод», т.е. в разрыв одного из термоэлектродов (рис. 15.1, в). Такое включение, в соответствии с (15.1), позволяет измерять разность температур t1 – t2. Например, может быть измерен перегрев обмоток трансформатора над температурой окружающей среды при его испытаниях. Для этого рабочий спай термопары заделывают в обмотку, а свободный спай оставляют при температуре окружающей среды.
Т а б л и ц а 15.1. Характеристики термопар
| Термопара | Обозначение | Диапазон применения, оС |
| Медь – копель | МК | -200…100 |
| Хромель – копель | ХК | -200…600 |
| Хромель – алюмель | ХА | -200…1000 |
| Платинородий (10% Rh) – платина | 0…1300 | |
| Платинородий (30% Rh) – платинородий (6% Rh) | ПР | 300…1600 |
| Вольфрамрений (5% Re) – вольфрамрений (20% Re) | ВР | 0…2200 |
Требование постоянства температуры свободных концов термопары вынуждает по возможности удалять их от места измерения. Для этой цели применяют так называемые удлиняющие или компенсационные провода КП, подключаемые к свободным концам термопары с соблюдением полярности (рис. 15.1,г). Компенсационные провода составляются из разнородных проводников, которые в интервале возможных колебаний температуры свободных концов развивают в паре между собой такую же ТЭДС, как и термопара. Поэтому, если места подключения компенсационных проводов находятся при температуре t2, а температура в месте подключения термопары к прибору t0, то ТЭДС термопары будет соответствовать ее градуировке при температуре свободных концов t0.
Максимальная развиваемая стандартными термопарами ТЭДС составляет от единиц до десятков милливольт.
Для измерения ТЭДС могут применяться магнитоэлектрические, электронные (аналоговые и цифровые) милливольтметры и потенциометры постоянного тока. При использовании милливольтметров магнитоэлектрической системы следует иметь в виду, что измеряемое милливольтметром напряжение на его зажимах
U = IRV,
где I – ток в цепи термопары, а RV – сопротивление милливольтметра.
Так как источником тока в цепи является термопара, то
I = E/(RV+RВН),
где RВН – сопротивление участка цепи внешнего по отношению к милливольтметру (т.е. электродов термопары и компенсационных проводов). Поэтому измеряемое милливольтметром напряжение будет равно
Таким образом, показания милливольтметра тем больше отличаются от ТЭДС термопары, чем больше отношение RBH/RV. Для уменьшения погрешности от влияния внешнего сопротивления милливольтметры, предназначенные для работы с термопарами (так называемые пирометрические милливольтметры) градуируются для конкретного типа термопар и при определенном номинальном значении RBH, указываемом на шкале прибора. Пирометрические милливольтметры серийно выпускаются классов точности от 0.5 до 2.0.
Входное сопротивление электронных милливольтметров очень велико, и влияние сопротивления RBH на показания пренебрежимо мало.
Пьезоэлектрические преобразователи.
Такие преобразователи основаны на использовании прямого пьезоэлектрического эффекта, заключающегося в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов (кварца, турмалина, сегнетовой соли и др.) под влиянием механических напряжений. Пьезоэлектрическим эффектом обладают также некоторые поляризованные керамические материалы (титанат бария, цирконат-титанат свинца).
Если из кристалла кварца вырезать пластинку в форме параллелепипеда с гранями, расположенными перпендикулярно оптической 0z, механической 0y и электрической 0х осям кристалла (рис. 15.2), то при воздействии на пластинку усилия Fх, направленного вдоль электрической оси, на гранях х появляются заряды
Qx = KпFx, (15.2)
где Кп – пьезоэлектрический коэффициент (модуль).
При воздействии на пластину усилия Fу вдоль механической оси, на тех же гранях х возникают заряды
Qy = KпFy a/b,
где а и b – размеры граней пластины. Механическое воздействие на пластину вдоль оптической оси появления зарядов не вызывает.
Пьезоэлектрический эффект является знакопеременным; при изменении направления прилагаемого усилия знаки зарядов на поверхности граней меняются на противоположные. Материалы сохраняют свои пьезоэлектрические свойства только при температурах ниже точки Кюри.
Величина пьезоэлектрического коэффициента (модуля) Кп и температура точки Кюри для кварца и распространенных керамических пьезоэлектриков приведены в табл. 15.2.
Изотовление преобразователей из пьезокерамики значительно проще, чем из монокристаллов. Керамические датчики производят по технологии, обычной для радиокерамических изделий – путем прессования или литья под давлением; на керамику наносятся электроды, к электродам привариваются выводы. Для поляризации керамические изделия помещают в сильное электрическое поле, после чего они приобретают свойства пьезоэлектриков.
Электродвижущая сила, возникающая на электродах пьезоэлектрического преобразователя, довольно значительна – единицы вольт. Однако, если сила, приложенная к преобразователю, постоянна, то измерить ЭДС трудно, поскольку заряд мал и быстро стекает через входное сопротивление вольтметра. Если же сила переменна и при этом период изменения силы много меньше постоянной времени разряда, определяемой емкостью преобразователя и сопротивлением утечки, то процесс утечки почти не влияет на выходное напряжение преобразователя. При изменении силы F по закону F = Fmsin wt ЭДС также изменяется синусоидально.
Таким образом, измерение неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в переменную силу, действующую на пьезоэлектрический преобразователь, сводится к измерению переменного напряжения или ЭДС.
Т а б л и ц а 15.2. Параметры кварца и керамических пьезоэлектриков
| Материал (марка) | Кп, Кл/Н | Точка Кюри, оС |
| Кварц Титанат бария (ТБ-1) Цирконат-титанат свинца (ЦТС-19) | 2.3х10-12 70.0х10-12 119.0х10-12 |
Пьезоэлектрические измерительные преобразователи находят широкое применение для измерения параметров движения: линейного и вибрационного ускорения, удара, акустических сигналов.
Эквивалентная схема пьезоэлектрического преобразователя представлена на рис. 15.3,а) в виде генератора с внутренней емкостью С. Поскольку мощность такого пьезоэлемента чрезвычайно мала, то для измерения выходного напряжения необходимо применять приборы с большим входным сопротивлением (1011…1015 Ом).
Для увеличения полезного сигнала пьезодатчики выполняются из нескольких, последовательно соединенных элементов.
Устройство пьезоэлектрического датчика для измерения вибрационного ускорения показано на рис. 15.3,б). Пьезоэлемент (обычно из пьезокерамики), нагруженный известной массой m, помещен в корпус 1 и через выводы 2 включен в цепь электронного милливольтметра V. Подставив в формулу для возникающего на гранях заряда выражение F = ma, где а – ускорение, и учтя (15.2), получим
U = Ku a,
где Ku – коэффициент преобразования датчика по напряжению.
Термоэлектрические преобразователи (термопары).
Эти преобразователи применяются для измерения температуры. Принцип действия термопары поясняется на рисунке 6.2а, где изображена термоэлектрическая цепь, составленная из двух разнородных проводников А и В. Точки 1 и 2 соединения проводников называются спаями термопары. Если температуры Т спаев 1 и 2 одинаковы, то ток в термоэлектрической цепи отсутствует. Если же температура одного из спаев (например, спая 1) выше, чем температура спая 2, то в цепи возникает термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) Е, зависящая от разности температур спаев:
E=f(t1-t2)
Если поддерживать температуру спая 2 постоянной, то E=f(t1). Эту зависимость используют для измерения температуры с помощью термопар. Для измерения ТЭДС электроизмерительный прибор включают в разрыв спая 2 (рисунок 6.2б). Спай 1 называют горячим (рабочим) спаем, а спай 2 – холодным (концы – 2 и 2′ называют свободными концами).
Чтобы ТЭДС термопары однозначно определялась температурой горячего спая, необходимо температуру холодного спая поддерживать всегда одинаковой.
Для изготовления электродов термопар используют как чистые металлы, так и специальные сплавы стандартизованного состава. Градуировочные таблицы для стандартных термопар составлены при условии равенства температуры свободных концов (°С). На практике не всегда удается поддерживать эту температуру. В таких случаях в показания термопары вводят поправку на температуру свободных концов. Существуют схемы для автоматического введения поправок.
Конструктивно термопары выполняются в виде двух изолированных термоэлектродов с рабочим спаем, получаемым способом сварки, помещённых в защитную арматуру, предохраняющую термопару от внешних воздействий и повреждений. Рабочие концы термопары выведены в головку термопары, снабжённую зажимами для включения термопары в электрическую цепь.
Рисунок 6.2 – Термоэлектрические цепи
В зависимости от конструкции термопары могут иметь тепловую инерцию, характеризуемую постоянной времени от единиц секунд до нескольких минут, что ограничивает возможность их применения для измерения быстроменяющихся температур.
Кроме включения измерительного прибора в спай термопары возможно включение прибора «в электрод»; т.е. в разрыв одного из термоэлектродов (рисунок 6.2в). Такое включение позволяет измерять разность температур. Например, может быть измерен перегрев обмоток трансформатора над температурой окружающей среды при его испытаниях. Для этого рабочий спай термопары заделывают в обмотку, а свободный спай оставляют при температуре окружающей среды.
Требование постоянства температуры свободных концов термопары вынуждает по возможности удалять их от места измерения. Для этой цели применяют так называемые удлиняющие или компенсационные провода КП, подключаемые к свободным концам термопары с соблюдением полярности (рисунок 6.2г). Компенсационные провода составляются из разнородных проводников, которые в интервале возможных колебаний температуры свободных концов развивают в паре между собой такую же ТЭДС, как и термопара. Максимальная развиваемая стандартными термопарами ТЭДС составляет от единиц до десятков милливольт.
Пьезоэлектрические преобразователи.
Такие преобразователи основаны на использовании прямого пьезоэлектрического эффекта, заключающегося в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов (кварца, турмалина, сегнетовой соли и др.) под влиянием механических напряжений. Пьезоэлектрическим эффектом обладают также некоторые поляризованные керамические материалы титанат бария, цирконат-титанат свинца).
Если из кристалла кварца вырезать пластинку в форме параллелепипеда с гранями, расположенными перпендикулярно оптической Oz, механической Оу и электрической Ох осям кристалла (рисунок 6.3), то при воздействии на пластину усилия Fx, направленного вдоль электрической оси, на гранях х появляются заряды:
Qx = Kn Fx
где Кn – пьезоэлектрический коэффициент (модуль).
Рисунок 6.3 – Пластина из кристалла кварца
При воздействии на пластину усилияFy вдоль механической оси, на тех же гранях х возникают заряды
Qy = KnFna/b
гдеа иb – размеры граней пластины. Механическое воздействие на пластину вдоль оптической оси появления зарядов не вызывает.
Пьезоэлектрический эффект является знакопеременным: при изменении направления прилагаемого усилия знаки зарядов на поверхности граней меняются на противоположные. Материалы сохраняют свои пьезоэлектрические свойства только при температурах ниже точки Кюри.
Керамические датчики производят по технологии, обычной для радиокерамических изделий – путем прессования или литья под давлением; на керамику наносятся электроды, к электродам привариваются выводы. Для поляризации керамические изделия помещают в сильное электрическое поле, после чего они приобретают свойства пьезоэлектриков.
Электродвижущая сила, возникающая на электродах пьезоэлектрического преобразователя, довольно значительна – единицы вольт. Однако, если сила, приложенная к преобразователю постоянна, то измерить ЭДС трудно, поскольку заряд мал и быстро стекает через входное сопротивление вольтметра. Если же сила переменна и при этом период изменения силы много меньше постоянной времени разряда, определяемой ёмкостью преобразователя и сопротивлением утечки, то процесс утечки почти не влияет на выходное напряжение преобразователя. При изменении силы F по закону F=Fmsin wt ЭДС также изменяется по синусоидальному закону.
Генераторные измерительные преобразователи
ЛЕКЦИЯ 15.
В генераторных преобразователях выходной величиной является ЭДС или заряд, функционально связанные с измеряемой неэлектрической величиной.
Термоэлектрические преобразователи (термопары).
Основаны на термоэлектрическом эффекте, возникающем в цепи термопары. Эти преобразователи применяются для измерения температуры. Принцип действия термопары поясняется рис. 15.1,а, где изображена термоэлектрическая цепь, составленная из двух разнородных проводников А и В. Точки 1 и 2 соединения проводников называются спаями термопары. Если температуры t спаев 1 и 2 одинаковы, то ток в термоэлектрической цепи отсутствует. Если же температура одного из спаев (например, спая 1) выше, чем температура спая 2, то в цепи возникает термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) Е, зависящая от разности температур спаев
Е = f(t1 – t2). (15.1)
Если поддерживать температуру спая 2 постоянной, то
Е = f(t1).
Эту зависимость используют для измерения температуры с помощью термопар. Для измерения ТЭДС электроизмерительный прибор включают в разрыв спая 2 (рис. 15.1, б). Спай 1 называют горячим (рабочим) спаем, а спай 2 – холодным (концы 2 и 2’ называют свободными концами).
Чтобы ТЭДС термопары однозначно определялась температурой горячего спая, необходимо температуру холодного спая поддерживать всегда одинаковой.
Для изготовления электродов термопар используют как чистые металлы, так и специальные сплавы стандартизованного состава. Градуировочные таблицы для стандартных термопар составлены при условии равенства температуры свободных концов 0оС. На практике не всегда удается поддерживать эту температуру. В таких случаях в показания термопары вводят поправку на температуру свободных концов. Существуют схемы для автоматического введения поправок.
Конструктивно термопары выполняются в виде двух изолированных термоэлектродов с рабочим спаем, получаемым способом сварки, помещенных в защитную арматуру, предохраняющую термопару от внешних воздействий и повреждений. Рабочие концы термопары выведены в головку термопары, снабженную зажимами для включения термопары в электрическую цепь.
В табл. 15.1 приведены характеристики термопар, выпускаемых промышленностью. Для измерения высоких температур применяют термопары ПП, ПР и ВР. Термопары из благородных металлов используют при измерении с повышенной точностью.
В зависимости от конструкции, термопары могут иметь тепловую инерцию, характеризуемую постоянной времени от секунд до нескольких минут, что ограничивает возможность их применения для измерения быстроменяющихся температур.
Кроме включения измерительного прибора в спай термопары возможно включение прибора в «электрод», т.е. в разрыв одного из термоэлектродов (рис. 15.1, в). Такое включение, в соответствии с (15.1), позволяет измерять разность температур t1 – t2. Например, может быть измерен перегрев обмоток трансформатора над температурой окружающей среды при его испытаниях. Для этого рабочий спай термопары заделывают в обмотку, а свободный спай оставляют при температуре окружающей среды.
Т а б л и ц а 15.1. Характеристики термопар
| Термопара | Обозначение | Диапазон применения, оС |
| Медь – копель | МК | -200…100 |
| Хромель – копель | ХК | -200…600 |
| Хромель – алюмель | ХА | -200…1000 |
| Платинородий (10% Rh) – платина | ПП | 0…1300 |
| Платинородий (30% Rh) – платинородий (6% Rh) | ПР | 300…1600 |
| Вольфрамрений (5% Re) – вольфрамрений (20% Re) | ВР | 0…2200 |
Требование постоянства температуры свободных концов термопары вынуждает по возможности удалять их от места измерения. Для этой цели применяют так называемые удлиняющие или компенсационные провода КП, подключаемые к свободным концам термопары с соблюдением полярности (рис. 15.1,г). Компенсационные провода составляются из разнородных проводников, которые в интервале возможных колебаний температуры свободных концов развивают в паре между собой такую же ТЭДС, как и термопара. Поэтому, если места подключения компенсационных проводов находятся при температуре t2, а температура в месте подключения термопары к прибору t0, то ТЭДС термопары будет соответствовать ее градуировке при температуре свободных концов t0.
Максимальная развиваемая стандартными термопарами ТЭДС составляет от единиц до десятков милливольт.
Для измерения ТЭДС могут применяться магнитоэлектрические, электронные (аналоговые и цифровые) милливольтметры и потенциометры постоянного тока. При использовании милливольтметров магнитоэлектрической системы следует иметь в виду, что измеряемое милливольтметром напряжение на его зажимах
U = IRV,
где I – ток в цепи термопары, а RV – сопротивление милливольтметра.
Так как источником тока в цепи является термопара, то
I = E/(RV+RВН),
где RВН – сопротивление участка цепи внешнего по отношению к милливольтметру (т.е. электродов термопары и компенсационных проводов). Поэтому измеряемое милливольтметром напряжение будет равно
U = E/(1+RВН/RV).
Таким образом, показания милливольтметра тем больше отличаются от ТЭДС термопары, чем больше отношение RBH/RV. Для уменьшения погрешности от влияния внешнего сопротивления милливольтметры, предназначенные для работы с термопарами (так называемые пирометрические милливольтметры) градуируются для конкретного типа термопар и при определенном номинальном значении RBH, указываемом на шкале прибора. Пирометрические милливольтметры серийно выпускаются классов точности от 0.5 до 2.0.
Входное сопротивление электронных милливольтметров очень велико, и влияние сопротивления RBH на показания пренебрежимо мало.
Пьезоэлектрические преобразователи.
Такие преобразователи основаны на использовании прямого пьезоэлектрического эффекта, заключающегося в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов (кварца, турмалина, сегнетовой соли и др.) под влиянием механических напряжений. Пьезоэлектрическим эффектом обладают также некоторые поляризованные керамические материалы (титанат бария, цирконат-титанат свинца).
Если из кристалла кварца вырезать пластинку в форме параллелепипеда с гранями, расположенными перпендикулярно оптической 0z, механической 0y и электрической 0х осям кристалла (рис. 15.2), то при воздействии на пластинку усилия Fх, направленного вдоль электрической оси, на гранях х появляются заряды
Qx = KпFx, (15.2)
где Кп – пьезоэлектрический коэффициент (модуль).
При воздействии на пластину усилия Fу вдоль механической оси, на тех же гранях х возникают заряды
Qy = KпFy a/b,
где а и b – размеры граней пластины. Механическое воздействие на пластину вдоль оптической оси появления зарядов не вызывает.
Пьезоэлектрический эффект является знакопеременным; при изменении направления прилагаемого усилия знаки зарядов на поверхности граней меняются на противоположные. Материалы сохраняют свои пьезоэлектрические свойства только при температурах ниже точки Кюри.
Величина пьезоэлектрического коэффициента (модуля) Кп и температура точки Кюри для кварца и распространенных керамических пьезоэлектриков приведены в табл. 15.2.
Изотовление преобразователей из пьезокерамики значительно проще, чем из монокристаллов. Керамические датчики производят по технологии, обычной для радиокерамических изделий – путем прессования или литья под давлением; на керамику наносятся электроды, к электродам привариваются выводы. Для поляризации керамические изделия помещают в сильное электрическое поле, после чего они приобретают свойства пьезоэлектриков.
Электродвижущая сила, возникающая на электродах пьезоэлектрического преобразователя, довольно значительна – единицы вольт. Однако, если сила, приложенная к преобразователю, постоянна, то измерить ЭДС трудно, поскольку заряд мал и быстро стекает через входное сопротивление вольтметра. Если же сила переменна и при этом период изменения силы много меньше постоянной времени разряда, определяемой емкостью преобразователя и сопротивлением утечки, то процесс утечки почти не влияет на выходное напряжение преобразователя. При изменении силы F по закону F = Fmsin wt ЭДС также изменяется синусоидально.
Таким образом, измерение неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в переменную силу, действующую на пьезоэлектрический преобразователь, сводится к измерению переменного напряжения или ЭДС.
Т а б л и ц а 15.2. Параметры кварца и керамических пьезоэлектриков
| Материал (марка) | Кп, Кл/Н | Точка Кюри, оС |
| Кварц Титанат бария (ТБ-1) Цирконат-титанат свинца (ЦТС-19) | 2.3х10-12 70.0х10-12 119.0х10-12 |
Пьезоэлектрические измерительные преобразователи находят широкое применение для измерения параметров движения: линейного и вибрационного ускорения, удара, акустических сигналов.
Эквивалентная схема пьезоэлектрического преобразователя представлена на рис. 15.3,а) в виде генератора с внутренней емкостью С. Поскольку мощность такого пьезоэлемента чрезвычайно мала, то для измерения выходного напряжения необходимо применять приборы с большим входным сопротивлением (1011…1015 Ом).
Для увеличения полезного сигнала пьезодатчики выполняются из нескольких, последовательно соединенных элементов.
Устройство пьезоэлектрического датчика для измерения вибрационного ускорения показано на рис. 15.3,б). Пьезоэлемент (обычно из пьезокерамики), нагруженный известной массой m, помещен в корпус 1 и через выводы 2 включен в цепь электронного милливольтметра V. Подставив в формулу для возникающего на гранях заряда выражение F = ma, где а – ускорение, и учтя (15.2), получим
U = Ku a,
где Ku – коэффициент преобразования датчика по напряжению.
Читайте также:
Рекомендуемые страницы:
Поиск по сайту
Генераторные измерительные преобразователи
Описание: Термоэлектрические преобразователи термопары. Основаны на термоэлектрическом эффекте возникающем в цепи термопары. Принцип действия термопары поясняется рис. Точки 1 и 2 соединения проводников называются спаями термопары.
Дата добавления: 2015-01-12
Размер файла: 172.86 KB
Работу скачали: 25 чел.
Поделитесь работой в социальных сетях
Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск
ЛЕКЦИЯ 15.
Генераторные измерительные преобразователи
В генераторных преобразователях выходной величиной является ЭДС или заряд, функционально связанные с измеряемой неэлектрической величиной.
Термоэлектрические преобразователи (термопары).
Основаны на термоэлектрическом эффекте, возникающем в цепи термопары. Эти преобразователи применяются для измерения температуры. Принцип действия термопары поясняется рис. 15.1,а, где изображена термоэлектрическая цепь, составленная из двух разнородных проводников А и В. Точки 1 и 2 соединения проводников называются спаями термопары. Если температуры t спаев 1 и 2 одинаковы, то ток в термоэлектрической цепи отсутствует. Если же температура одного из спаев (например, спая 1) выше, чем температура спая 2, то в цепи возникает термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) Е, зависящая от разности температур спаев
Е = f(t1 t2). (15.1)
Если поддерживать температуру спая 2 постоянной, то
Е = f(t1).
Эту зависимость используют для измерения температуры с помощью термопар. Для измерения ТЭДС электроизмерительный прибор включают в разрыв спая 2 (рис. 15.1, б). Спай 1 называют горячим (рабочим) спаем, а спай 2 холодным (концы 2 и 2 называют свободными концами).
Чтобы ТЭДС термопары однозначно определялась температурой горячего спая, необходимо температуру холодного спая поддерживать всегда одинаковой.
Для изготовления электродов термопар используют как чистые металлы, так и специальные сплавы стандартизованного состава. Градуировочные таблицы для стандартных термопар составлены при условии равенства температуры свободных концов 0оС. На практике не всегда удается поддерживать эту температуру. В таких случаях в показания термопары вводят поправку на температуру свободных концов. Существуют схемы для автоматического введения поправок.
Конструктивно термопары выполняются в виде двух изолированных термоэлектродов с рабочим спаем, получаемым способом сварки, помещенных в защитную арматуру, предохраняющую термопару от внешних воздействий и повреждений. Рабочие концы термопары выведены в головку термопары, снабженную зажимами для включения термопары в электрическую цепь.
В табл. 15.1 приведены характеристики термопар, выпускаемых промышленностью. Для измерения высоких температур применяют термопары ПП, ПР и ВР. Термопары из благородных металлов используют при измерении с повышенной точностью.
В зависимости от конструкции, термопары могут иметь тепловую инерцию, характеризуемую постоянной времени от секунд до нескольких минут, что ограничивает возможность их применения для измерения быстроменяющихся температур.
Кроме включения измерительного прибора в спай термопары возможно включение прибора в «электрод», т.е. в разрыв одного из термоэлектродов (рис. 15.1, в). Такое включение, в соответствии с (15.1), позволяет измерять разность температур t1 t2. Например, может быть измерен перегрев обмоток трансформатора над температурой окружающей среды при его испытаниях. Для этого рабочий спай термопары заделывают в обмотку, а свободный спай оставляют при температуре окружающей среды.
Т а б л и ц а 15.1. Характеристики термопар
Термопара | Обозначение | Диапазон применения, оС |
Медь копель | МК | -200…100 |
Хромель копель | ХК | -200…600 |
Хромель алюмель | ХА | -200…1000 |
Платинородий (10% Rh) платина | ПП | 0…1300 |
Платинородий (30% Rh) платинородий (6% Rh) | ПР | 300…1600 |
Вольфрамрений (5% Re) вольфрамрений (20% Re) | ВР | 0…2200 |
Требование постоянства температуры свободных концов термопары вынуждает по возможности удалять их от места измерения. Для этой цели применяют так называемые удлиняющие или компенсационные провода КП, подключаемые к свободным концам термопары с соблюдением полярности (рис. 15.1,г). Компенсационные провода составляются из разнородных проводников, которые в интервале возможных колебаний температуры свободных концов развивают в паре между собой такую же ТЭДС, как и термопара. Поэтому, если места подключения компенсационных проводов находятся при температуре t2, а температура в месте подключения термопары к прибору t0, то ТЭДС термопары будет соответствовать ее градуировке при температуре свободных концов t0.
Максимальная развиваемая стандартными термопарами ТЭДС составляет от единиц до десятков милливольт.
Для измерения ТЭДС могут применяться магнитоэлектрические, электронные (аналоговые и цифровые) милливольтметры и потенциометры постоянного тока. При использовании милливольтметров магнитоэлектрической системы следует иметь в виду, что измеряемое милливольтметром напряжение на его зажимах
U = IRV,
где I ток в цепи термопары, а RV сопротивление милливольтметра.
Так как источником тока в цепи является термопара, то
I = E/(RV+RВН),
где RВН сопротивление участка цепи внешнего по отношению к милливольтметру (т.е. электродов термопары и компенсационных проводов). Поэтому измеряемое милливольтметром напряжение будет равно
U = E/(1+RВН/RV).
Таким образом, показания милливольтметра тем больше отличаются от ТЭДС термопары, чем больше отношение RBH/RV. Для уменьшения погрешности от влияния внешнего сопротивления милливольтметры, предназначенные для работы с термопарами (так называемые пирометрические милливольтметры) градуируются для конкретного типа термопар и при определенном номинальном значении RBH, указываемом на шкале прибора. Пирометрические милливольтметры серийно выпускаются классов точности от 0.5 до 2.0.
Входное сопротивление электронных милливольтметров очень велико, и влияние сопротивления RBH на показания пренебрежимо мало.
Пьезоэлектрические преобразователи.
Такие преобразователи основаны на использовании прямого пьезоэлектрического эффекта, заключающегося в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов (кварца, турмалина, сегнетовой соли и др.) под влиянием механических напряжений. Пьезоэлектрическим эффектом обладают также некоторые поляризованные керамические материалы (титанат бария, цирконат-титанат свинца).
Если из кристалла кварца вырезать пластинку в форме параллелепипеда с гранями, расположенными перпендикулярно оптической 0z, механической 0y и электрической 0х осям кристалла (рис. 15.2), то при воздействии на пластинку усилия Fх, направленного вдоль электрической оси, на гранях х появляются заряды
Qx = KпFx, (15.2)
где Кп пьезоэлектрический коэффициент (модуль).
При воздействии на пластину усилия Fу вдоль механической оси, на тех же гранях х возникают заряды
Qy = KпFy a/b,
где а и b размеры граней пластины. Механическое воздействие на пластину вдоль оптической оси появления зарядов не вызывает.
Пьезоэлектрический эффект является знакопеременным; при изменении направления прилагаемого усилия знаки зарядов на поверхности граней меняются на противоположные. Материалы сохраняют свои пьезоэлектрические свойства только при температурах ниже точки Кюри.
Величина пьезоэлектрического коэффициента (модуля) Кп и температура точки Кюри для кварца и распространенных керамических пьезоэлектриков приведены в табл. 15.2.
Изотовление преобразователей из пьезокерамики значительно проще, чем из монокристаллов. Керамические датчики производят по технологии, обычной для радиокерамических изделий путем прессования или литья под давлением; на керамику наносятся электроды, к электродам привариваются выводы. Для поляризации керамические изделия помещают в сильное электрическое поле, после чего они приобретают свойства пьезоэлектриков.
Электродвижущая сила, возникающая на электродах пьезоэлектрического преобразователя, довольно значительна единицы вольт. Однако, если сила, приложенная к преобразователю, постоянна, то измерить ЭДС трудно, поскольку заряд мал и быстро стекает через входное сопротивление вольтметра. Если же сила переменна и при этом период изменения силы много меньше постоянной времени разряда, определяемой емкостью преобразователя и сопротивлением утечки, то процесс утечки почти не влияет на выходное напряжение преобразователя. При изменении силы F по закону F = Fmsin t ЭДС также изменяется синусоидально.
Таким образом, измерение неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в переменную силу, действующую на пьезоэлектрический преобразователь, сводится к измерению переменного напряжения или ЭДС.
Т а б л и ц а 15.2. Параметры кварца и керамических пьезоэлектриков
Материал (марка) | Кп, Кл/Н | Точка Кюри, оС |
Кварц Титанат бария (ТБ-1) Цирконат-титанат свинца (ЦТС-19) | 2.3х10-12 70.0х10-12 119.0х10-12 | 530 120 290 |
Пьезоэлектрические измерительные преобразователи находят широкое применение для измерения параметров движения: линейного и вибрационного ускорения, удара, акустических сигналов.
Эквивалентная схема пьезоэлектрического преобразователя представлена на рис. 15.3,а) в виде генератора с внутренней емкостью С. Поскольку мощность такого пьезоэлемента чрезвычайно мала, то для измерения выходного напряжения необходимо применять приборы с большим входным сопротивлением (1011…1015 Ом).
Для увеличения полезного сигнала пьезодатчики выполняются из нескольких, последовательно соединенных элементов.
Устройство пьезоэлектрического датчика для измерения вибрационного ускорения показано на рис. 15.3,б). Пьезоэлемент (обычно из пьезокерамики), нагруженный известной массой m, помещен в корпус 1 и через выводы 2 включен в цепь электронного милливольтметра V. Подставив в формулу для возникающего на гранях заряда выражение F = ma, где а ускорение, и учтя (15.2), получим
U = Ku a,
где Ku коэффициент преобразования датчика по напряжению.
PAGE 6
EMBED Visio.Drawing.6
EMBED Visio.Drawing.6
Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
Генераторные измерительные преобразователи
Термоэлектрические преобразователи (термопары). Эти преобразователи применяются для измерения температуры. Принцип действия термопары поясняется рис. 5.2а, где изображена термоэлектрическая цепь, составленная из двух разнородных проводников А и В. Точки 1 и 2 соединения проводников называются спаями термопары. Если температуры t спаев 1 и 2 одинаковы, то ток в термоэлектрической цепи отсутствует. Если же температура одного из спаев (например, спая 1) выше, чем температура спая 2, то в цепи возникает термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) Е, зависящая от разности температур спаев
Е=f(t1—t2)
Если поддерживать температуру спая 2 постоянной, то Е=f(t1). Эту зависимость используют для измерения температуры с помощью термопар. Для измерения ТЭДС электроизмерительный прибор включают в разрыв спая 2 (рис. б). Спай 1 называют горячим (рабочим) спаем, а спай 2 — холодным (концы — 2 и 2′ называют свободными концами).
Чтобы ТЭДС термопары однозначно определялась температурой горячего спая, необходимо температуру холодного спая поддерживать всегда одинаковой.
Для изготовления электродов термопар используют как чистые металлы, так и специальные сплавы стандартизованного состава. Градуировочные таблицы для стандартных термопар составлены при условии равенства температуры
Рис. 5.2. Термоэлектрические цепи
свободных концов 0 °С. На практике не всегда удается поддерживать эту температуру. В таких случаях в показания термопары вводят поправку на температуру свободных концов. Существуют схемы для автоматического введения поправок.
Конструктивно термопары выполняются в виде двух изолированных термоэлектродов с рабочим спаем, получаемым способом сварки, помещенных в защитную арматуру, предохраняющую термопару от внешних воздействий и повреждений. Рабочие концы термопары выведены в головку термопары, снабженную зажимами для включения термопары в электрическую цепь.
В зависимости от конструкции термопары могут иметь тепловую инерцию, характеризуемую постоянной времени от единиц секунд до нескольких минут, что ограничивает возможность их применения для измерения быстроменяющихся температур.
Кроме включения измерительного прибора в спай термопары возможно включение прибора «в электрод»; т.е. в разрыв одного из термоэлектродов (рис. 5.2в). Такое включение позволяет измерять разность температур. Например, может быть измерен перегрев обмоток трансформатора над температурой окружающей среды при его испытаниях. Для этого рабочий спай термопары заделывают в обмотку, а свободный спай оставляют при температуре окружающей среды.
Требование постоянства температуры свободных концов термопары вынуждает по возможности удалять их от места измерения. Для этой цели применяют так называемые удлиняющие или компенсационные провода КП, подключаемые к свободным концам термопары с соблюдением полярности (рис. 5.2г). Компенсационные провода составляются из разнородных проводников, которые в интервале возможных колебаний температуры свободных концов развивают в паре между между собой такую же ТЭДС, как и термопара. Максимальная развиваемая стандартными термопарами ТЭДС составляет от единиц до десятков милливольт.
Пьезоэлектрические преобразователи. Такие преобразователи основаны на использовании прямого пьезоэлектрического эффекта, заключающегося в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов (кварца, турмалина, сегнетовой соли и др.) под влиянием механических напряжений. Пьезоэлектрическим эффектом обладают также некоторые поляризованные керамические материалы титанат бария, цирконат-титанат свинца).
Если из кристалла кварца вырезать пластинку в форме параллелепипеда с гранями, расположенными перпендикулярно оптической Оz, механической Оу и электрической Ох осям кристалла (рис. 5.3),
Рис. 5.3. Пластина из кристалла кварца
то при воздействии на пластину усилия Fx, направленного вдоль электрической оси, на гранях х появляются заряды
Qx=KпFx
где Кп — пьезоэлектрический коэффициент (модуль).
При воздействии на пластину усилия Fу вдоль механической оси, на тех же гранях х возникают заряды
Qу=KпFуа/в,
где а и Ь — размеры граней пластины. Механическое воздействие на пластину вдоль оптической оси появления зарядов не вызывает.
Пьезоэлектрический эффект является знакопеременным: при изменении направления прилагаемого усилия знаки зарядов на поверхности граней меняются на противоположные. Материалы сохраняют свои пьезоэлектрические свойства только при температурах ниже точки Кюри.
Керамические датчики производят по технологии, обычной для радиокерамических изделий — путем прессования или литья под давлением; на керамику наносятся электроды, к электродам привариваются выводы. Для поляризации керамические изделия помещают в сильное электрическое поле, после чего они приобретают свойства пьезоэлектриков.
Электродвижущая сила, возникающая на электродах пьезоэлектрического преобразователя, довольно значительна — единицы вольт. Однако, если сила, приложенная к преобразователю постоянна, то измерить ЭДС трудно, поскольку заряд мал и быстро стекает через входное сопротивление вольтметра. Если же сила переменна и при этом период изменения силы много меньше постоянной времени разряда, определяемой емкостью преобразователя и сопротивлением утечки, то процесс утечки почти не влияет на выходное напряжение преобразователя. При изменении силы F по закону F=Fm sin ωt ЭДС также изменяется синусоидальному закону.
Генераторный преобразователь
Cтраница 1
Генераторные преобразователи по сравнению с параметрическими преобразователями образуют менее многочисленную группу. [1]
Другие генераторные преобразователи описаны Вудкоком. [2]
Различают параметрические и генераторные преобразователи. В первых измеряемая неэлектрическая величина вызывает изменение одного из электрических параметров элемента электрической цепи, которым является преобразователь, во вторых она преобразуется в ЭДС. [3]
Использование генераторных преобразователей в приемной части волнографа более выгодно, чем гидравлических, поскольку первые не нуждаются в источниках питания. Наиболее перспективен электрокинетический преобразователь ( ЭКП), работа которого основана на создании потенциала при движении жидкости через пористую перегородку. Природа электрокинетических явлений связана с тем, что на границе раздела фаз различных жидкостей имеется двойной электрический слой, являющийся причиной скачка потенциала на этой границе. Внутреннее электрическое сопротивление преобразователя имеет преимущественно активный характер, поэтому ЭКП не зависит от частоты. Благодаря этому ЭКП по сравнению с другими генераторными датчиками имеет более широкий рабочий диапазон частот, охватывающий область от тысячных долей герца до ультразвуковых частот. [5]
Уравнения емкостного генераторного преобразователя ( рис. 7.1) могут быть получены исходя из следующих соображений. [6]
К генераторным преобразователям относятся такие, которые для своей работы не требуют постороннего источника питания. [7]
В генераторных преобразователях выходной величиной являются ЭДС или заряд, функционально связанные с измеряемой неэлектрической величиной. [9]
В генераторных преобразователях энергия, необходимая для формирования выходной величины и, отбирается у измеряемого объекта. К преобразователям этого типа относятся пьезоэлектрические, генераторные магнитоупругие, а также электродинамические преобразователи, причем последние в силоизмерительной технике практически не используются. [10]
В генераторных преобразователях энергия, необходимая для создания выходной величины, отбирается у измеряемого объекта. У генераторных датчиков постоянная электрическая мощность может отбираться только тогда, когда источник силы обеспечивает необходимое непрерывное питание. Такое состояние возможно лишь в том случае, когда существуют временные изменения измеряемой силы. [11]
В генераторных преобразователях энергия, необходимая для создания выходной величины, отбирается у измеряемого объекта. У генераторных датчиков постоянная электрическая мои-ность может отбираться только тогда, когда источник силы обеспечивает необходимое непрерывное питание. Такое состояние возможно лишь в том случае, когда существуют временные изменения измеряемой силы. [12]
В генераторных преобразователях индукционного типа измеряемая неэлектрическая величина, например, скорость, линейные или угловые перемещения преобразуются в эдс. Например, индукционный тахометр, служащий для измерения частоты вращения, преобразует измеряемую величину в пропорциональную ей эдс. [13]
Принцип работы генераторных преобразователей основан на электрических явлениях в твердых телах, заключающихся в появлении электрических
Генераторные измерительные преобразователи
Нужна помощь в написании работы?
Выходной величиной генераторных ИП является сила тока либо напряжение.
Генераторные ИП применяются для
— преобразования магнитных величин в свободном пространстве и в магнитных материалах;
— определения характеристик магнитных материалов;
— неразрушающего контроля качества материалов методами магнитного, структурного анализа и магнитной дефектоскопии;
— исследования электромагнитных механизмов приборов и устройств и их отдельных узлов;
— физических исследований атомов и элементарных частиц;
— исследования магнитного поля Земли, космического пространства, планет;
Внимание!
Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.
— геологических исследований земной коры;
— медицинских исследований.
Для преобразования магнитных величин в электрические используются различные проявления магнитного поля: электрическое, механическое, оптическое и др.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему
Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Узнать стоимость Поделись с друзьямиИзмерительные / контрольные датчики — Iskra
Файлы cookie на нашей веб-странице
Что такое Cookie?
Файл cookie — это небольшой фрагмент данных, отправляемых с веб-сайта и сохраняемых в веб-браузере пользователя, когда пользователь просматривает веб-сайт. Когда пользователь просматривает тот же веб-сайт в будущем, данные, сохраненные в куки-файле, могут быть извлечены веб-сайтом для уведомления веб-сайта о предыдущей активности пользователя.
Как мы используем куки?
Посещение этой страницы может привести к созданию файлов cookie следующих типов.
Строго необходимые куки
Эти файлы cookie необходимы для того, чтобы вы могли перемещаться по сайту и использовать его функции, такие как доступ к защищенным областям сайта. Без запрашиваемых вами файлов cookie, таких как корзина для покупок или электронный биллинг, невозможно.
2. Производительность куки
Эти файлы cookie собирают информацию о том, как посетители используют веб-сайт, например, какие страницы посещают посетители чаще всего, и получают ли они сообщения об ошибках с веб-страниц.Эти куки не собирают информацию, которая идентифицирует посетителя. Вся информация, которую эти куки собирают, является агрегированной и поэтому анонимной. Он используется только для улучшения работы сайта.
3. Функциональность куки
Эти файлы cookie позволяют веб-сайту запоминать ваш выбор (например, имя пользователя, язык или регион, в котором вы находитесь) и предоставляют расширенные, более личные функции. Например, веб-сайт может предоставлять вам локальные отчеты о погоде или новости о трафике, сохраняя в файле cookie регион, в котором вы находитесь в данный момент.Эти файлы cookie также можно использовать для запоминания изменений, внесенных вами в размер текста, шрифты и другие части веб-страниц, которые вы можете настроить. Они также могут быть использованы для предоставлять услуги, которые вы просили, такие как просмотр видео или комментирование в блоге. Информация, которую эти куки собирают, может быть анонимной, и они не могут отслеживать вашу активность на других сайтах.
4. Таргетинг и рекламные куки
Эти файлы cookie используются для показа рекламы, более релевантной вам и вашим интересам. Они также используются для ограничения количества показов рекламы, а также для измерения эффективности рекламной кампании.Они обычно размещаются рекламными сетями с разрешения оператора сайта. Они помнят, что вы посетили веб-сайт, и эта информация передается другим организациям, таким как рекламодатели. Довольно часто целевые или рекламные файлы cookie будут связаны к функциональности сайта, предоставляемой другой организацией.
Управление cookie
Кукисами можно управлять через настройки веб-браузера. Пожалуйста, обратитесь к браузеру, чтобы узнать, как управлять файлами cookie.
На этом сайте вы всегда можете включить / выключить куки в пункте меню «Управление куки».
Управление сайтом
Этот сайт управляется:
Искра д.д.
Измерительные преобразователиПроизводитель из Бенгалуру
Цифровая технология, на которой построены измерительные преобразователи, позволяет им с соответствующим программным обеспечением адаптироваться к различным входным и выходным величинам. Входные величины, для измерительных преобразователей энергии, фазного напряжения могут быть установлены в диапазоне от 50 до 500 В и токах от 0,2 до 5 А. Значения аналоговых выходов также могут быть установлены в диапазоне от 1 до 20 мА для тока и от От 1 до 10 В для напряжения. Характеристики ввода-вывода могут быть созданы с пятью точками разрыва для однополярных и биполярных выходных сигналов.Класс точности измерительных преобразователей составляет 0,5, кроме частоты, где класс точности равен 0,2.Указанные выше версии измерительных преобразователей могут быть снабжены связью RS232 или RS485 для подключения к сети. Протокол связи MODBUS используется с битрейтом от 1200 до 115 200 бит / с. Измерительный преобразователь с тремя электрически изолированными биполярными аналоговыми выходами (MI400) является наиболее функциональной версией. Выходы могут быть программно адаптированы к любой измеренной величине (напряжение, ток, мощность, коэффициент мощности, частота) для фазы или для полного значения системы.Преобразователь поставляется с универсальным модулем питания в диапазоне от 24 до 300 В постоянного тока или от 40 до 276 В переменного напряжения.
Помимо измерительных преобразователей переменного тока мы производим также программируемые измерительные преобразователи постоянного тока для преобразования постоянного тока и напряжения, сопротивления и температуры в подходящие сигналы постоянного тока или напряжения. Их аналоговый выходной сигнал пропорционален измеренному значению и подходит для регулирования аналоговых и цифровых устройств. Входные величины для измерительных преобразователей постоянного тока могут варьироваться от 50 мВ до 300 В для напряжения и от 1 мА до 1 А (до 7.5 А как специальная версия) для текущего. Выходные значения аналогичны выходным значениям измерительных преобразователей переменного тока. Класс точности для измерительного преобразователя постоянного тока (тока и напряжения) составляет 0,5.
Особенности:
Измерение мощности системы переменного и постоянного тока
- Микропроцессорное управление
- Корпус для монтажа на DIN-рейку в соответствии с En 50022
- Диапазон программируемого входного напряжения
- Диапазон программируемого входного тока
- Программируемый аналоговый выход
- Последовательная связь RS232 / RS485 (опция)
- До трех электрически изолированных аналоговых выходов
- Универсальный вспомогательный источник питания (опция)
- Класс точности 0.5 (Частотный преобразователь 0.2)
- Токовые входы, электрически изолированные от системы
- Выходы, последовательная связь, вспомогательный источник питания, токовые и напряженные входы, гальванически развязанные (некоторые модели)
Программное обеспечение MISET является Создан для настройки и настройки всех приборов с последовательным портом связи (RS232 или RS485), подключенным к вашей электрической сети. Устройства должны быть подключены к компьютеру через порт связи RS232 (одно устройство или до 32 устройств, подключенных к сети через преобразователь связи RS485 / RS232).С помощью программного обеспечения MISET вы можете установить любой параметр вашего устройства, такой как входные значения и коэффициенты преобразования, тип и значение выхода и его характеристики, адрес, скорость связи. Он также отображает измеренные значения в числовом формате и в виде таблицы. Программное обеспечение для ПК MISET удобно для пользователя и включает в себя функцию помощи для упрощения работы.
Определение: Устройство , которое преобразует одну форму энергии в другую , известно как преобразование r. Процесс преобразования известен как преобразование . Преобразование в выполняется , считывая и , преобразовывая в физические величины , такие как температура, давление, звук и т. Д.
Электрический преобразователь преобразует механическую энергию в электрический сигнал . Электрический сигнал может быть напряжением, током и частотой. Производство сигнала зависит от резистивного индуктивного и емкостного эффектов физического входа.
Необходимость преобразователя
Довольно трудно определить точную величину физических сил, таких как температура, давление и т. Д. Но если физическая сила преобразуется в электрический сигнал, то их значение легко измеряется с помощью измерителя.Преобразователи преобразуют физические силы в электрический сигнал, который легко обрабатывается и передается для измерения. 
Ниже приведены преимущества преобразования физической величины в электрический сигнал.
- Затухание и усиление электрических сигналов очень легко.
- Электрический сигнал дает меньшую ошибку трения.
- Небольшая мощность требуется для управления электрическими системами.
- Электрические сигналы легко передаются и обрабатываются для измерения.
- Компонент, используемый для измерения электрического сигнала, очень компактен и точен.
- Электрические сигналы используются в телеметрии.
Части преобразователя
Датчик состоит из двух важных частей.
- Чувствительный элемент
- элемент преобразования
Преобразователь имеет много других частей, таких как усилители, оборудование для обработки сигналов, источники питания для калибровки и опорные источники и т. Д.
- Сенсорный или детекторный элемент — это часть преобразователей, которые реагируют на физические ощущения.Реакция чувствительного элемента зависит от физического явления.
- Transduction Element — Transduction element преобразует выходной сигнал чувствительного элемента в электрический сигнал. Этот элемент также называется вторичным преобразователем.
Факторы, влияющие на выбор датчика
Выбор датчиков, используемых для измерения физической величины, зависит от следующих факторов.
- Принцип работы — Преобразователи выбираются в соответствии с их принципами работы.Принцип действия может быть резистивным, индуктивным, емкостным, оптоэлектронным, пьезоэлектрическим и т. Д.
- Чувствительность — Чувствительность преобразователя достаточна для индукции обнаруживаемого выхода.
- Рабочий диапазон — Датчик должен иметь широкий рабочий диапазон, чтобы он не ломался во время работы.
- Точность — Преобразователи дают точность после калибровки. Это имеет небольшое значение для повторяемости, что является существенным для промышленного применения.
- Перекрестная чувствительность — Из-за чувствительности преобразователи выдают переменное измеренное значение для разных плоскостей. Следовательно, для точного измерения очень важна перекрестная чувствительность.
- Ошибки — Ошибки можно избежать, взяв отношения ввода-вывода, полученные с помощью передаточной функции.
- Эффект нагрузки — Преобразователи имеют высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс для избежания ошибок.
- Совместимость с окружающей средой — Преобразователи должны работать в любых указанных средах, например в агрессивных средах.Он должен уметь работать под высоким давлением и ударами.
- Нечувствительность к нежелательным сигналам — Датчик должен быть достаточно чувствительным, чтобы игнорировать нежелательные и высокочувствительные сигналы.
- Использование и прочность — Надежность, размер и вес датчика должны быть известны до его выбора.
- Стабильность и надежность — Стабильность преобразователей должна быть достаточно высокой для работы. И их надежность должна быть хорошей в случае выхода из строя датчика.
- Статическая характеристика — Преобразователь должен иметь высокую линейность и разрешение, но он имеет низкий гистерезис. Датчик всегда свободен от нагрузки и температуры.
Применение преобразователя
Ниже приведены применения преобразователей.
- Используется для определения движения мышц, которое называется акселерографом.
- Датчик измеряет нагрузку на двигатели.
- Используется в качестве датчика для определения детонации двигателя.
- Преобразователи измеряют давление газа и жидкости путем преобразования его в электрический сигнал.
- Преобразует температуру устройств в электрический сигнал или механическую работу.
- Датчик используется в ультразвуковом аппарате. Он принимает звуковые волны пациента, излучая их звуковые волны и передавая сигнал в процессор.
- Датчик используется в динамике для преобразования электрического сигнала в акустический звук.
- Используется в антенне для преобразования электромагнитных волн в электрический сигнал.
Классификация преобразователей зависит от различных факторов, таких как преобразование, преобразование электрического сигнала от переменного или постоянного тока и т. Д.
,— измерительное устройство, которое преобразует измеряемую физическую величину в сигнал для последующей передачи, обработки или записи. В отличие от измерительного прибора, сигнал на выходе измерительного преобразователя (выходная величина) не может восприниматься непосредственно наблюдателем. Обязательным условием преобразования измерения является сохранение в выходном количестве измерительного преобразователя информации о количественном значении измеряемой величины.Измерение преобразования является единственным методом построения для всех измерительных приборов.
Измерительные преобразователи отличаются от других типов преобразователей своей способностью выполнять преобразования с установленной точностью. Измерение преобразования данного типа (например, преобразование температуры в механическое смещение) может быть выполнено с помощью различных измерительных преобразователей, таких как ртутный термометр, биметаллическая полоска или термопара с милливольтметром.
Концепция представления измерительных приборов как устройств, которые выполняют ряд последовательных преобразований от восприятия измеренной величины к получению результата измерения, впервые была предложена М. в СССР.Л. Цукерман и был окончательно сформулирован как применимый к измерению неэлектрических величин Ф. Е. Темниковым и Р. Р. Харченко в 1948 г. В 1960-х годах эта концепция стала общепризнанной во всех областях измерительной техники, приборостроения и метрологии.
Принцип действия измерительных преобразователей может быть основан на использовании практически любого физического явления. Преобразование любых измеренных величин в электрический сигнал стало преобладающей тенденцией между 1940-ми и 1970-ми годами.В зависимости от типа преобразованных величин проводится различие между измерительными преобразователями, которые преобразуют электрические величины в электрические величины, электрические в неэлектрические, неэлектрические в электрические и неэлектрические в неэлектрические. Делители напряжения и тока, измерительные трансформаторы и измерительные усилители тока и напряжения являются примерами первого типа; датчики ультразвуковых расходомеров и механизмы электрических измерительных устройств, которые преобразуют изменение силы тока или напряжения в отклонение указателя или луча света, являются примерами второго типа; термопары, терморезисторы, тензорезисторы, фотоэлементы и реостатные, объемные и индуктивные датчики смещения являются примерами третьего типа; и пневматические измерительные преобразователи, рычаги, зубчатые передачи, диафрагмы, сильфоны и оптические системы являются примерами четвертого типа.
Конструктивное сочетание нескольких измерительных преобразователей также является измерительным преобразователем. Примеры такой комбинации включают датчик, который представляет собой набор измерительных преобразователей, применяемых к измеряемому объекту, и так называемый промежуточный измерительный преобразователь, который представляет собой набор измерительных преобразователей, которые преобразуют выходные сигналы датчиков в другие сигналы, которые более удобны. для передачи, обработки или записи. С точки зрения структуры составляющие измерительные преобразователи подразделяются на прямые и выравнивающие типы.Первый тип характеризуется тем, что все преобразования величин выполняются только в одном направлении (непосредственно из входной величины в выходную величину). В этом случае результирующая ошибка определяется как сумма ошибок всех составляющих измерительных преобразователей с учетом корреляционных связей ошибок. Использование обратного преобразования выходной величины в величину, которая подобна входной величине и уравнивает ее, характерно для последней.В этом случае результирующая ошибка определяется только ошибкой обратного преобразования и степенью дисбаланса. Выравнивающие измерительные преобразователи подразделяются на подчиненные преобразователи с обратной связью и со статическим или астатическим выравнивающим и программно-выровненным преобразователями. Ведомые измерительные преобразователи с обратной связью обеспечивают временную непрерывность преобразования; их недостатком является опасность потери устойчивости, которая проявляется в появлении собственных колебаний при увеличении глубины обратной связи.Программно-выровненные измерительные преобразователи не имеют этого недостатка, но они характеризуются неоднородностью выходной величины, то есть появлением выходной величины только в определенные дискретные моменты времени.
В 1960-х годах сформировалась тенденция к преобразованию измеренных величин в частоту электрических импульсов с помощью так называемых преобразователей частоты. Такие измерительные преобразователи были разработаны почти для всех известных физических величин. Основными преимуществами частотных измерительных преобразователей являются простота и высокая точность передачи их выходной величины (частоты) по каналам связи, а также относительная простота цифрового считывания результата измерения с помощью числовых частотомеров.Измерительные преобразователи аналоговых величин в цифровой код и цифровых величин в аналоговый код широко используются в цифровых измерительных устройствах. Используются принципы как частотных измерительных преобразователей (объединяющих аналого-цифровые блоки), так и программно-выровненных измерительных преобразователей (аналого-цифровые преобразователи времени и цифрового кодирования).
ЛИТЕРАТУРА
Гитис, Е.И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислений .Москва-Ленинград, 1961.Орнатский, П.П. Автоматические измеренияВные приборы аналоговые и цифровые . Киев, 1965.
Туричин А.М. Электрические измерения электрических величин , 4-е изд. Москва-Ленинград, 1966.
Нуберт, Г.П. Измерительные преобразователи неэлектрических величин . Ленинград, 1970. (перевод с англ.).
Похожие записи
