Генераторные измерительные преобразователи: принципы работы и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое генераторные измерительные преобразователи. Как они работают. Какие бывают виды. Где применяются. На чем основан принцип их действия. Каковы их преимущества и недостатки.

Содержание

Сущность и принцип действия генераторных преобразователей

Генераторные измерительные преобразователи — это устройства, которые преобразуют измеряемую неэлектрическую величину в электрический сигнал (ЭДС, ток или напряжение) без использования вспомогательного источника энергии. Принцип их действия основан на различных физических эффектах, позволяющих генерировать электрический сигнал под воздействием измеряемой величины.

Ключевая особенность генераторных преобразователей заключается в том, что они сами являются источниками электрической энергии, преобразуя энергию измеряемого процесса в электрическую. Это отличает их от параметрических преобразователей, которым необходим внешний источник питания.

Основные виды генераторных преобразователей

К основным видам генераторных измерительных преобразователей относятся:

Термоэлектрические (термопары)
Пьезоэлектрические
Индукционные
Фотоэлектрические
Гальванические

Каждый вид основан на определенном физическом эффекте. Например, термоэлектрические преобразователи используют эффект Зеебека, пьезоэлектрические — прямой пьезоэффект, индукционные — электромагнитную индукцию и т.д.

Термоэлектрические преобразователи (термопары)

Термоэлектрические преобразователи или термопары являются одним из наиболее распространенных видов генераторных преобразователей. Их принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте Зеебека — возникновении ЭДС в цепи из разнородных проводников при наличии разности температур между их спаями.

Основные преимущества термопар:

Простота конструкции
Надежность
Широкий диапазон измеряемых температур
Низкая инерционность

Недостатки: нелинейность характеристики, необходимость компенсации температуры холодного спая.

Пьезоэлектрические преобразователи

Пьезоэлектрические преобразователи основаны на прямом пьезоэлектрическом эффекте — возникновении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов при их деформации. Они позволяют измерять силы, давления, ускорения и другие механические величины.

Достоинства пьезопреобразователей:

Высокая чувствительность
Широкий динамический диапазон
Возможность измерения быстропеременных процессов

Недостатки: невозможность измерения статических величин, чувствительность к вибрациям и ударам.

Индукционные преобразователи

Индукционные преобразователи работают на основе закона электромагнитной индукции Фарадея. При изменении магнитного потока, сцепленного с контуром, в нем наводится ЭДС. Используются для измерения перемещений, скоростей, ускорений.

Преимущества индукционных преобразователей:

Простота конструкции
Высокая надежность
Возможность получения большой выходной мощности

Недостатки: влияние внешних магнитных полей, невозможность измерения постоянных величин.

Области применения генераторных преобразователей

Генераторные измерительные преобразователи находят широкое применение в различных областях науки и техники:

Измерение температуры (термопары)
Измерение механических величин (пьезоэлектрические преобразователи)
Измерение параметров движения (индукционные преобразователи)
Измерение освещенности (фотоэлектрические преобразователи)
Измерение концентрации веществ (гальванические преобразователи)

Они используются в промышленности, научных исследованиях, медицине, системах автоматического управления и регулирования.

Преимущества и недостатки генераторных преобразователей

Основные преимущества генераторных измерительных преобразователей:

Отсутствие необходимости во внешнем источнике питания
Простота конструкции многих видов
Высокая надежность
Возможность работы в широком диапазоне измеряемых величин

Недостатки:

Невозможность измерения статических величин для некоторых видов
Зависимость от внешних воздействующих факторов
Нелинейность характеристик для ряда преобразователей

Метрологические характеристики генераторных преобразователей

Основными метрологическими характеристиками генераторных измерительных преобразователей являются:

Чувствительность — отношение изменения выходного сигнала к вызвавшему его изменению измеряемой величины
Погрешность — отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины
Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, в пределах которой нормированы погрешности средства измерений
Быстродействие — способность преобразователя отслеживать изменения входного сигнала

Эти характеристики определяют точность, диапазон и динамические свойства измерительных приборов на основе генераторных преобразователей.

Заключение

Генераторные измерительные преобразователи являются важным классом устройств в современной измерительной технике. Они позволяют преобразовывать различные неэлектрические величины в электрические сигналы без использования вспомогательных источников энергии. Несмотря на ряд ограничений, генераторные преобразователи обладают существенными преимуществами и находят широкое применение в различных областях измерений.

Генераторные преобразователи

В генераторных преобразователях выходной величиной является ЭДС, возникающая в результате действия входной величины. К числу генераторных относятся пьезоэлектрические и индукционные преобразователи.

Пьезоэлектрические преобразователи

Действие пьезоэлектрических преобразователей основано на явлении пьезоэффекта, который возникает в результате взаимодействия между электрическими и механическими свойствами некоторых диэлектрических материалов, называемых пьезоэлектриками. Различают прямой и обратный пьезоэлектрические эффекты.

Прямой пьезоэффект проявляется в возникновении электрических зарядов на гранях пьезоэлектриков под влиянием механических напряжений и исчезновении зарядов после снятия внешней нагрузки.

Обратный пьезоэффект заключается в изменении формы и геометрических размеров пьезоэлектриков, помещенных в электрическое поле.

Способность различных материалов к пьезоэффекту характеризуется пьезоэлектрической постоянной К_ПЭ, численно равной величине заряда (в кулонах), возникающего при действии внешней силы в 1 Н. Наиболее сильно пьезоэлектрический эффект выражен у сегнетоэлектриков – кристаллических веществ с аномально высокой диэлектрической проницаемостью и аномально большими значениями

К_ПЭ (сегнетова соль, кварц, турмалин и др.).

В промысловой геофизике пьезоэлектрические преобразователи используют для изучения особенностей распространения упругих колебаний в околоскважинном пространстве.

Пьезоэлектрические преобразователи характеризуются простотой конструкции и малыми размерами, однако их применение в условиях скважины невозможно без жесткой оболочки, защищающей чувствительный элемент от механических повреждений, проникновения промывочной жидкости, контакт с которой приводит к замыканию электродов преобразователя, уменьшения гидростатического давления и т.

п.

В аппаратуре акустического каротажа пьезоэлектрические преобразователи используют преимущественно в качестве приемников упругих волн. В скважинном акустическом телевизоре, а также акустических каверномерах и профилемерах они служат приемоизлучателями.

Индукционные преобразователи

Принцип действия индукционных преобразователей основан на явлении электромагнитной индукции, которая возникает при движении катушки в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом или электромагнитом. При применении магнитного потока Ф, сцепленного с витками катушки, в ней индуцируется ЭДС

где w – число витков катушки.

Таким образом, входной величиной х индукционного преобразователя является скорость линейных или угловых перемещений.

По принципу действия индукционные преобразователи подразделяются на две группы. В преобразователях первой группы (рис а) сопротивление на пути магнитного потока остается постоянным, а изменение индуцированной ЭДС определяется перемещениями катушки 2 и магнита 1 относительно друг друга.

В преобразователях второй группы катушка 2 и магнит 1 неподвижны, а величина индуцированной эдс определяется изменением магнитного потока в результате изменения сопротивления магнитной цепи. Это изменение обычно осуществляет кольцо 3 (рис. б) или якорь 4 (рис. в) из ферромагнитного материала, связанные с изучаемым объектом.

Рис. Индукционные преобразователи первой (а) и второй (б, в) групп

К индукционным преобразователям относятся сельсины и тахогенераторы, применяющиеся в геофизической практике соответственно для дистанционной передачи вращения мерного ролика блок-баланса и контроля скорости перемещения приборов (зондов) по стволу скважины. Тахогенераторы используют также в некоторых типах автоматических потенциометров.

Генераторные преобразователи — Энциклопедия по машиностроению XXL

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. [c.351]

Чувствительность при ( о + S/) (Zo + гг) определяется только коэффициентом связи ц, а так как он является простой функцией р (или вообще не зависит от р), этот режим дает значительные метрологические преимущества. Однако для большинства МЭП указанное условие может выполняться лишь в области механического резонанса. Только электродинамический преобразователь составляет исключение из этого правила Реальные условия работы генераторных преобразователей таковы, что в различных диапазонах частот они могут быть с достаточным приближением дифференциаторами, масштабными преобразователями или интеграторами, причем режимы плавно переходят друг в друга при изменении частоты В области низких частот любой из таких преобразователей является дифференциатором.

[c.188]

МОТОР- ГЕНЕРАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 4 [c.172]

Технические характеристики сварочных мотор-генераторных преобразователей и передвижных агрегатов с двигателями внутреннего сгорания приведены г табл. 17 и 18. [c.98]

ОДНОПОСТОВОЙ МОТОР-ГЕНЕРАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ для ДУГОВОЙ СВАРКИ тип ПС-ЗООМ-1 [c.16]

ОДНОПОСТОВОЙ МОТОР-ГЕНЕРАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ ТИП ПС-500 [c.19]

Однопостовой мотор-генераторный преобразователь ПС-500 предназначен для ручной и автоматической сварки постоянным током. [c.19]

ОДНОПОСТОВЫЕ МОТОР-ГЕНЕРАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ ТИП ПСО [c.20]

Мотор-генераторный преобразователь ПСМ-1000-1 предназначен для питания шести сварочных постов ручной дуговой сварки постоянным током при токе каждого поста 300 а. [c.21]

Однопостовой мотор-генераторный преобразователь для дуговой сварки тип ПС-ЗООМ-1. [c.352]

Однопостовой мотор-генераторный преобразователь для дуговой сварки на токах до 500 а. Скорость вращения электродвигателя 2930 об мин ПСО-500-3 1 ВНИИЭСО Электрик [c.353]

Однопостовой мотор-генераторный преобразователь для автоматической дуговой сварки под флюсом на токах до 1000 а ПС-1000 Завод. Электрик Электрик [c.353]

Гептод — электронная лампа с семью электродами катодом, анодом и пятью сетками используется в преобразователях частоты, где одновременно выполняет роль генераторной и смесительной ламп 13J. [c.141]

Описанные выше три преобразователя относятся к преобразователям генераторного типа в них выходной величиной является постоянная или переменная ЭДС, генерируемая под действием входного сигнала, для измерения которой не требуется постороннего электрического источника. Рассматриваемые ниже преобразователи относятся к преобразователям параметрического типа в них под действием входного сигнала изменяется один из параметров электрической цепи (например, сопротивление, индуктивность, емкость), для измерения которого необходимо пропустить постоянный или переменный электрический ток через эту цепь от постороннего источника. [c.142]

Выпускаются генераторные станции (ГС) мощностью 100 и 200 кВт при 2400 и 8000 Гц, состоящие из одного или двух преобразователей типа ВПЧ, блока охлаждения, контакторного шкафа и шкафа управления генераторами. Станции ГС входят в состав индукционных закалочных установок ИЗ, а также служат для создания установок различного назначения. Аппаратура ГС обеспечивает пуск, подключение к нагрузке, защиту и автоматическую стабилизацию напряжения генератора. Возбуждение генераторов производится тиристорным возбудителем ВТ-20 (ток до 20 А, напряжение до 200 В). Аналогичная аппаратура разработана для создания систем индивидуального или централизованного питания с преобразователями ОПЧ [41, 46]. Наличие комплектных шкафов позволяет легко создавать станции различного назначения и мощности. [c.168]

Большинство машиностроительных деталей закаливается на частотах 2,5—10 кГц при мощностях 50—200 кВт, что обусловило разработку и выпуск универсальных закалочных установок типа ИЗ. Установки имеют мощность 100 и 200 кВт при частотах 2,4 кГц или 8 кГц. В их состав входят генераторная станция, включающая в себя один или два вращающихся преобразователя типа ВПЧ, аппаратуру пуска и блок охлаждения, и закалочная станция. Закалочная станция состоит из нагревательного блока, содержащего трансформатор, конденсаторы и элементы системы охлаждения, из шкафа управления и сливного блока, имеющего водяную турбинку для вращения деталей. Закалочная станция под- [c.185]

При одновременной закалке время нагрева составляет 20—50 % всего цикла, поэтому для лучшего использования генераторов по мощности подключают поочередно несколько закалочных станков (два—четыре) или постов к одной генераторной станции. Групповое питание станков снижает капитальные затраты и расход электроэнергии за счет уменьшения потерь холостого хода преобразователей. Разрабатываются закалочные установки с питанием от тиристорных преобразователей частоты. [c.186]

Используемые в датчиках первого типа преобразователи можно разделить на параметрические и генераторные. [c.350]

Таким образом, параметрические преобразователи применяют в датчиках для измерения статических и динамических сил, а генераторные — преимущественно в датчиках для динамических измерений. [c.351]

Осуществлённые опытные электровозы однофазно-постоянного тока со статическими преобразователями (ртутными выпрямителями) имеют существенные преимущества перед мо-тор-генераторными в отношении веса и стоимости, но отличаются низким коэфициентом мощности и неблагоприятны в отношении влияния на провода связи. [c.416]

Двигатели постоянного тока используются в станках при требованиях плавного, особенно дистанционного, изменения числа оборотов при Д=3] 10 30 100, с местными мотор-генераторными или электронными преобразователями. Управляемый угол поворота этих двигателей при реверсировании может достигать а 0,2 оборота. В копировальных и крупных станках все более развивается непрерывное управление скоростью двигателя. Синхронность вращения двух валов с электрической связью, например, управляющими самосинами, уже осуществляется с точностью до 0,01—0,03°. [c.15]

Измерительную информацию несет закон изменения уровня электрической величины. Хотя такой преобразователь принципиально должен быть нелинейной системой, в определенных условиях его выходной сигнал может считаться линейно связанным со входным и даже прослеживается аналогия с генераторными МЭП. Например, в простейшем случае преобразователь, имеющий электрический импеданс 2о, включен последовательно с нагрузкой г/ и питается от источника с ЭДС е и внутренним сопротивлением R,. Внешнее воздействие изменяет импеданс преобразователя на Дго, вследствие чего ток в цепи изменяется на величину г. Отсюда имеем [c.196]

Сварочные могор-генераторные преобразователи. Принципиальные электрические схемы сварочных генераторов показаны на рис. 30. [c.97]

Рассмотрены вопросы теории и практики построения преобразователей параметров датчиков физических величин (ДФВ) в унифицированный сигнал, пропорциональный преобразуемому параметру. Изложены результаты исследований по преобразователям прямого и компенсационного преобразования, с раздельным уравновешиванием мостовой и компенсацио1ШО-мостовой измерительной цепи, способам устранения влияния дестабилизирующих факторов на результат измерения. Описаны генераторные преобразователи параметров ДФВ с двухэлементной схемой замещения. Даны примеры практической реализации ДФВ. [c.21]

В учебнике приведены основные понятия метрологии, методы и средства измерительной техники, а также особенности измере-Т ний различных электрических и неэлектрических величин. Россмог рены устройства, метрологические характеристики, порометриче-ские и генераторные преобразователи. Даны примеры создания многофункциональных информационно-измерительных приборов на базе микропроцессорной техники и ЭВМ. Изложены принципы построения измерительных информационных систем и особенности их проектирования. [c.384]

Однопостовой мотор-генераторный преобразователь ПС-ЗООТ предназначен для ручной дуговой сварки постоянным током в условиях влал[c.17]

Включение на параллельную работу электростанций постоянного тока не вызывало особых затруднений, если эти станции имели одинаковые напряжения и были расположены недалеко одна от другой. Но нередко нуж о было объединять работу станций, расположенных в районах, удаленных друг от друга. Низкое напряжение, принятое на станциях постоянного тока, не позволяло осуществить непосредственное соединение етих станций линией постоянного тока. В таком случае приходилось прибегать к преобразованию постоянного тока в переменный ток высокого напряжения. На электростанциях устанавливались двигатель-генераторные преобразователи, и станции связывались между собой линией переменного тока. [c.597]

Рений, имея высокую температуру рекристаллизации, епоеоб-ствует резкому повышению температурного порога рекристаллизации при введении его в сплавы. Чистый рений в виде проволоки и фольги применяют главным образом в электронной технике в качестве материала термоэмиссионных и автоэлектронных катодов а также для катодов термоэлектронного преобразователя. Из рения изготовляют термопары и такие детали, как сетки клистронов, аноды генераторных ламп, контакты и другие детали электровакуумных приборов, работающих при высоких температурах. [c.98]

В обоих исполнениях установки разделены на генераторные и закалочные станции. В состав генераторной станции входят машинный преобразователь, пусковой шкаф преобразователя, блок охлаждения. Генераторная станция мощностью 200 кВт укомплектовывается двумя машинными преобразователями и двумя пусковыми шкафами. Закалочная станция установки комплексного исполнения составляется из шкафа управления, блока нагревательной станции и сливного блока, В конструкции сливного блока предусмотрена возможность монтажа технологических устройств, устройств для быстрой загрузки и выгрузки деталей, для дополнительного крепления закалочного индуктора. В блоке нагревательной станции размещены жестко закрепленный закалочный трансформатор с выводами вторичной обмоткп на лицевой панели блока, конденсаторная батарея, система подачи и отвода охлаждающей воды и закалочной жидкости. В шкафу управления размещены тиристорный возбудитель машинного генератора, стабилизирующий его напряжение на заданном уровне, схема автоматического управления процессом [c.35]

При феррозондовом методе контроля индикатором полей рассеяния служит датчик-феррозонд — магниточувствительный преобразователь напряженности или градиента поля в электрический сигнал он представляет собой стержень — сердечник из пермаллоя, на котором укреплены генераторные и измерительные катушки. Контролируемый участок намагничивают, пропуская переменный ток (с помощью токовых датчиков), или электромагнитом датчика, феррозонд регистрирует тангенциальную составляющую магнитного поля дефекта. [c.35]

На однофазных электровозах применяются вращающиеся преобразователи фаз синхронного типа, обеспечивающие высокий os tp. Расщепитель фаз американских электровозов построен по схеме фиг. 27 и представляет синхронный однофазный двигатель с моторной обмоткой / и дополнительной генераторной обмоткой II, сдвинутыми по фазе на 90 генераторная обмотка соединена с трансформатором по схеме Скотта, которая на зажимах А, В и С даёт трёхфазную систему напряжений большие затруднения вызывает неснм-метрия напряжений. Преобразователь фаз Кандо венгерских электровозов выполнен как [c.456]

Чувствительности измерительной системы к различным кинематическим величинам по перемещению б и скорости V приведены в связи с тем, что используемые в датчиках инерционного действия физические преобразователи реагируют на относительное перемещение б или относительную скорость 1 (см. гл. VIII, IX), На рис. 7 приведены схемы датчиков инерционного действия с параметрическими и генераторным механоэлектрическими преобразователями. В параметрических преобразователях изменения индуктивности L, емкости С и сопротивления г пропорциональны относительному перемещению 5 инерционного элемента. В генераторном электродинамическом преобразователе генерируемое напряжение е пропорционально скорости катушки, укрепленной на инерционном элементе, относительно магнита, прикрепленного к корпусу датчика (е пропорционально относительной скорости V). [c.144]

Генераторные МЭП создают ток на выходе, если в преобразователе производится работа поэтому они принципиально непригодны для измерения неизменяю-щихся во времени величин. В генераторных МЭП механическая величина непосредственно порождает электрическую в форме заряда, тока или напряжения. В параметрических преобразователях выходиой сигнал образуется более сложным образом. Входная величина прямо или косвенно влияет на какое-либо электрическое свойство преобразователя, регулирующее потребление энергии от внешнего источника. Измерительная информация содержится в законе модуляции электрической величины. На рис. 1 представлены естественные входные и выходные величины и промежуточные параметры МЭП. Символы механических величин на схеме следует относить как к поступательному, так и к вращательному движению. В генераторных Л5ЭП естественная входная величина сразу преобразуется в выходную электри ческую, причем обозначение последней не содержит знака приращения. [c.183]

Генераторный преобразователь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Генераторный преобразователь

Cтраница 3

Электрические уровнемеры выполняются как с параметрическими, так и с генераторными преобразователями. [32]

Электрические параметры параметрических преобразователей измеряются мостовыми методами и логометрами, ЭДС генераторных преобразователей — вольтметрами и компенсационным методом. [33]

Уравнения (2.13), а также дифференциальное уравнение (2.27) полностью описывают работу генераторного преобразователя с обобщенными входными и выходными параметрами. [35]

При использовании параметрических преобразователей обязательно наличие вспомогательного источника электрической энергии, тогда как генераторные преобразователи сами являются источником электрической энергии и при их использований вспомогательный источник бывает нужен лишь при необходимости усиления преобразованной величины. [36]

Резонансные: а) на принципе биений; б) с частотным дискриминатором; в) дифференциальные; г) с симметричным генераторным преобразователем. [37]

Электрические преобразователи подразделяют на генераторные и параметрические. Генераторные преобразователи создают электрическую энергию за счет энергии, которую они потребляют из цепи, где проводится измерение. Примером такого преобразователя может служить термопара, создающая электроэнергию за счет тепловой энергии, идущей на нагрев ее спая или свободных концов. [38]

Преобразователи по принципу действия разделяются на генераторные и параметрические. В генераторных преобразователях измеряемая неэлектрическая величина преобразуется в эдс; сюда относятся индукционные, пьезоэлектрические, термоэлектрические, основанные на эффекте Холла, и фотоэлектрические. В параметрических преобразователях под воздействием измеряемой величины изменяется один или несколько параметров электрической цепи, в которую они включены; к ним относятся, например, проволочные, индуктивные и емкостные. [40]

В практике измерений чаще всего используется прямой пьезоэффект. Пьезоэлектрический преобразователь является генераторным преобразователем: когда механические усилия преобразовываются в количество электричества или разность электрических потенциалов. [42]

Максимальная мощность, отдаваемая генератором в нагрузку, как известно, достигается при равенстве сопротивления нагрузки внутреннему сопротивлению генератора ZK Zi. Однако при формировании сигнала измерительной информации генераторных преобразователей исходят из условия получения максимальных значений чувствительности и точности. [43]

При больших сигналах промежуточная измерительная схема может быть заменена двумя проводами, соединяющими измерительный преобразователь с измерительным прибором. Это возможно прежде всего при использовании генераторных преобразователей, выходная мощность которых достаточна для приведения в действие измерительного прибора. Например, милливольтметр может быть непосредственно подключен к термопаре. [44]

Страницы: 1 2 3 4

Ревин В.Т. (сост.) Методические указания к лабораторной работе Э.6А Генераторные измерительные преобразователи

Ревин В.Т. (сост.) Методические указания к лабораторной работе Э.6А Генераторные измерительные преобразователи
скачать (737.5 kb.)
Доступные файлы (1):

n1.doc

Министерство образования Республики Беларусь
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра метрологии и стандартизации

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе Э.6А

«ГЕНЕРАТОРНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ»
для студентов электро- и радиотехнических специальностей

Минск 2000

УДК 621. 317.39

Методические указания к лабораторной работе Э.6А «Генераторные измерительные преобразователи» для студентов электро- и радиотехнических специальностей / Сост. В.Т.Ревин. — Мн.: БГУИР — 27 с.

Методические указания к лабораторной работе Э.6А «Генераторные измерительные преобразователи» для студентов радиотехнических специальностей содержат цель работы, краткие сведения из теории, описание лабораторной установки и приборов, используемых при выполнении лабораторной работы, лабораторное задание и порядок выполнения работы, а также указания по оформлению отчета, контрольные вопросы и список рекомендуемой литературы. В них рассмотрены основные виды генераторных измерительных преобразователей (термоэлектрические и фотоэлектрические), их основные характеристики и схемы включения в измерительную цепь с целью создания измерительных приборов для измерения неэлектрических величин. Предусмотрена оценка погрешности полученных результатов преобразования и сравнительная метрологическая характеристик приборов для измерения неэлектрических величин, в основу работы которых положены рассмотренные измерительные преобразователи.
Ил. 13, табл.12, список лит. — 5 назв.

Составитель: Ревин В.Т.

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1.1 Изучение принципа действия, конструкции и основных характеристик термоэлектрических и фотоэлектрических измерительных преобразователей неэлектрических величин в электрические.

1.2 Изучение методов измерения неэлектрических величин с помощью термоэлектрических и фотоэлектрических измерительных преобразователей.

1.3 Практическое определение основных технических и метрологических характеристик генераторных измерительных преобразователей и измерение с их помощью неэлектрических величин (температуры и скорости вращения вала двигателя).
2 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
Особенностью электрических средств измерений, предназначенных для измерения неэлектрических величин, является обязательное наличие первичного измерительного преобразователя неэлектрической величины в электрическую. Первичный измерительный преобразователь (ПИП) устанавливает однозначную функциональную зависимость естественной выходной величины а от естественной входной величины X. В генераторных измерительных преобразователях естественной выходной величиной являются ЭДС, ток или напряжение выходного сигнала, функционально связанные с измеряемой неэлектрической величиной.

К генераторным измерительным преобразователям относятся термоэлектрические, пьезоэлектрические, фотоэлектрические, гальванические и индукционные преобразователи. В данной лабораторной работе рассматриваются термоэлектрические и фотоэлектрические измерительные преобразователи, которые используются для измерения температуры и скорости вращения физических объектов.
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Принцип действия термоэлектрического преобразователя основан на термоэлектрическом эффекте, открытым в 1823 году Зеебеком, и заключается в следующем. При разности температур точек 1, 2 параллельного соединения двух различных проводников (или полупроводников) А и Б (рисунок 2.1) в цепи будет протекать ток под воздействием термо-ЭДС. Подобная цепь называется термоэлектрическим преобразователем или термопарой; проводники, составляющие термопару, — термоэлектродами, а места их соединения — спаями.

Термо-ЭДС определяется разностью функций температур спаев термоэлектродов

Е_АБ(₁, ₂) = f(₁) — f(₂), (2.1)
а ее значение зависит только от типа термоэлектродов, образующих термопару, и разности температур спаев. При неизменной температуре, например, точки соединения 2 (₂ = const), Е_АБ⁼ f(₁) — С = f₁(₁), где ₁ — температура точки соединения 1; С = f(₂). Эту зависимость используют в термоэлектрических преобразователях при измерении температуры различных объектов.

Рисунок 2.

Рисунок 2.2

Рисунок 2.3

Для измерения термо-ЭДС измерительный прибор включается в цепь термопары (рисунок 2.2 и 2.3). Точку соединения термоэлектродов 1 называют рабочим спаем, а точку 2 — свободным или холодным спаем. Чтобы термо-ЭДС в цепи термопары однозначно определялась температурой рабочего спая, температуру свободного спая термопары необходимо поддерживать одинаковой и неизменной.

Градуировку (определение функции преобразования) термоэлектрических преобразователей производят при температуре свободного спая 0 °С. Градуировочные таблицы для стандартных термопар также составлены при температуре холодных спаев, равных 0 °С. При практическом применении термоэлектрических преобразователей температура холодных спаев термопары обычно не равна 0° С и поэтому в результат измерения термо-ЭДС необходимо вводить поправку.

Для изготовления термопар, применяемых в настоящее время для измерения температуры, используют в основном специальные сплавы. В таблице 2.1 приведены характеристики термопар в соответствии с ГОСТ 6616-74. Для измерения высоких температур используют термопары ТПП, ТПР и ТВР. Термопары из благородных металлов (ТПП и ТПР) применяют при измерениях с повышенной точностью. В остальных случаях применяют термопары из неблагородных металлов (ТХА и ТХК).

Для удобства стабилизации температуры свободных спаев термопару удлиняют с помощью так называемых удлинительных проводов, выполненных либо из соответствующих термоэлектродных материалов, либо из специально подобранных материалов, более дешевых, чем термоэлектродные, и удовлетворяющих условию термоэлектрической идентичности с основной термопарой в диапазоне возможных температур свободных спаев (обычно от 0 °С до 100 °С). Иначе говоря, удлинительные провода должны иметь в указанном интервале температур такую же зависимость термо-ЭДС от температуры, как и у основной термопары.

Так для термопары планиродий — платина применяются удлинительные термоэлектроды из меди и сплава ТП, образующие термопару, термоидентичную основной термопаре в диапазоне температур до 150 °С. Для термопары хромель-алюмель удлинительные термоэлектроды изготавливаются из меди и константана. Для термопары хромель-копель удлинительными являются основные термоэлектроды, но выполненные в виде гибких проводников. При неправильном подключении удлинительных термоэлектродов возникает весьма существенная погрешность.
Таблица 2.1 – Основные типы термоэлектрических преобразователей

Тип термопары	Материалы электродов термопар	Термо-ЭДС (при _Р.С = 100 °С, _С.С = 0 °C), мB	Верхний предел измеряемой температуры, °С
Тип термопары	Материалы электродов термопар	Термо-ЭДС (при _Р.С = 100 °С, _С.С = 0 °C), мB	Длительно	Кратковременно
ТПП	Платинородий (10 % родия) -платина	0,64	1300	1600
ТПР	Платинородий (30 % родия) -платинородий (6 % родия	13,81 (при _Р.С = = 1800°С)	1600	1800
ТХА	Хромель (90% Ni + 10% Сг) -алюмель (94,83 % Ni + 2 % А1 + 2 % Мп + 1 % Si + 0,17 % Fe)	4,10	1000	1300
ТХК	Хромель — копель (56 % Си + 44 % Ni)	6,90	600	800
ТВР	Вольфрамрений (5 % рения) -вольфрамрений (20 % рения)	1,33	2200	2500

Примечание. _Р.С — температура рабочего спая; _С.С — температура свободного спая.

Одним из источников погрешности термоэлектрического преобразователя является несоответствие температуры свободного спая термопары температуре, при котором проводилась ее градуировка (₀ С). Если температура свободного спая ₁ будет отличаться от температуры ₀ С, то термо-ЭДС Е_ИЗМ будет отличаться от термо-ЭДС Е_ТР, что приведет к возникновению систематической погрешности измерения температуры. Для ее исключения необходимо внести поправку, определение численного значения которой основано на третьем свойстве термоэлектрических преобразователей [4] и приближенно может быть вычислена по следующей формуле:
 = k(₁ – ₀), (2.2)
где k — коэффициент, зависящий от измеряемой температуры и вида термопары.

Для хромель-копелевой термопары он лежит в пределах от 0,8 до 1; для хромель-алюмелиевой — в пределах от 0,98 до 1,11; для платинородий-платиновой — в пределах от 0,82 до 1,11. При малых значениях  = k(₁ — ₀) в ряде случаев можно принять k = 1. Это позволяет вводить поправку в показания измерительного прибора с помощью корректировки нуля.

Погрешность, обусловленная изменением температуры свободных концов термопары.

Градуировка термопар осуществляется при температуре свободных спаев, равной нулю. Если при практическом использовании термоэлектрического термометра температура свободных спаев будет отличаться от 0 °С на значение +₀, то измеренная термо-ЭДС будет меньше и необходимо ввести соответствующую поправку в показания термометра.

Однако из-за нелинейности зависимости ЭДС термопары и температуры рабочего спая поправка  к показаниям указателя ’ не будет равна температуре ₀ свободного спая (рисунок 2.4). Для определения температуры необходимо воспользоваться градуировочной таблицей для данной термопары, определить ЭДС Е как Е = Е_ИЗМ + E(₀) и затем по скорректированному таким образом значению Е найти .

Рисунок 2.4 – Определение погрешности термопары из-за влияния

температуры свободного спая
Для введения поправки на температуру свободных спаев применяется устройство, приведенное на рисунке 2.5. В цепь термопары и милливольтметра включен мост, одним из плеч которого является терморезистор R_, помещенный в непосредственной близости от свободного спая термопары (остальные плечи v моста выполнены из манганиновых резисторов). При температуре ₀ мост находится в равновесии и напряжение на его выходной диагонали равно нулю. При повышении температуры свободного спая сопротивление R_ изменяется, мост выходит из равновесия и возникающее напряжение на выходной диагонали моста компенсирует уменьшение термо-ЭДС термопары. Уравновешивание моста при температуре терморезистора, равной нулю, производится изменением сопротивления одного из манганиновых резисторов. Изменение выходного напряжения U_ВЫХ моста при температуре терморезистора  до значения, равного уменьшению термоЭДС Е, производится изменением напряжения питания моста, т.е. сопротивления R. При этом должно выполняться равенство U_ВЫХ() — Е() = 0. Вследствие нелинейности характеристики термопар полной коррекции погрешности при помощи описываемого устройства получить не удается, однако погрешность существенно уменьшается.

Рисунок 2.5 – Введение поправки на температуру свободного спая термопары
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Фотоэлектрический преобразователь представляет собой фотоэлектронный прибор (фотоэлемент), используемый в качестве измерительного преобразователя. Имеются три типа преобразователей: преобразователи с внешним фотоэффектом, преобразователи с внутренним фотоэффектом и фотогальванические преобразователи. Наибольшее применение нашли преобразователи последних двух типов.

К преобразователям с внешним фотоэффектом относят вакуумные и газонаполненные фотоэлементы и фотоэлектронные умножители. Вакуумные фотоэлементы состоят из вакуумированной стеклянной колбы, содержащей два электрода: анод и фотокатод. При освещении фотокатода под влиянием фотонов света происходит эмиссия электронов. Если между анодом и фотокатодом приложено напряжение, то эти электроны образуют электрический ток, который называется фототоком. Для фотоэмиссии электронов необходимо, чтобы энергия фотона Е = vh, где v – частота света; h – постоянная Планка, была больше работы выхода электронов Ф, характерной для данного материала фотокатода. Частота v_ГР = Ф/h называется красной границей фотоэффекта, а соответствующая ей длина волны (с — скорость света) – длинноволновым порогом фотоэффекта. Если  > _ГР, то никакая интенсивность света не может вызвать фотоэффект.

Чувствительный элемент преобразователей с внутренним фотоэффектом (фоторезисторов) выполнен в виде пластинки, на которую нанесен слой полупроводникового фоточувствительного материала. В качестве фоточувствительного материала обычно используется сернистый кадмий, селенистый кадмий или сернистый свинец.

Электропроводность полупроводниковых материалов обусловлена возбуждением электронов в валентной зоне и примесных уровнях. При возбуждении электроны переходят в зону проводимости, в валентной зоне появляются дырки. При освещении возбуждение электронов увеличивается, что вызывает увеличение электропроводности. Красная граница фоторезисторов находится в инфракрасной области; например для сернисто-свинцовых _ГР = 2,7 мкм. При небольших освещенностях преобразователя число возбужденных светом электронов пропорционально освещенности, его электрическая проводимость
, (2.3)

где 1_Ф – фототек, U – напряжение, приложенное к преобразователю, также пропорционально освещенности.

При больших освещенностях пропорциональность нарушается. Чувствительность фоторезисторов определяется кратностью изменения их сопротивления. Для некоторых типов она достигает значения
, (2.4)
где R_T – темновое сопротивление, т.е. сопротивление неосвещенного преобразователя; R₂₀₀ – сопротивление преобразователя при освещенности, равной 200 лк.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) фоторезисторов линейна, т.е. их сопротивление не зависит от приложенного напряжения. Инерционность преобразователей характеризуется постоянной времени . У сернисто-кадмиевых преобразователей  лежит в пределах от 1 до 140 мс, у селенисто-кадмиевых – от 0,5 до 20 мс.

Фоторезисторы имеют высокую чувствительность, однако их сопротивление зависит от температуры. Для уменьшения температурной погрешности два идентичных фотоэлектрических преобразователя включаются в смежные плечи мостовой измерительной цепи.

Фотогальванические преобразователи представляют собой фотоэлектронные приборы с р-n переходом: фотодиоды и фототранзисторы. При освещении перехода создается дополнительная концентрация носителей в n-слое. Это приводит к усилению их диффузии к р-n переходу и в самом переходе. У диода, подключенного к запирающему напряжению (рисунок 2.6), под действием света возрастает обратный ток.

Вольт-амперная характеристика германиевого фотодиода приведена на рисунке 2.7. При отсутствии освещения она не отличается от характеристики обычного диода, а при освещении смещается вверх пропорционально значению светового потока. Наиболее распространены германиевые и кремниевые фотодиоды. Их спектральные характеристики заходят в область инфракрасного излучения (для германиевых фотодиодов до _ГР = 2 мкм, для кремниевых фотодиодов до _ГР = 1,2 мкм).

Рисунок 2.6 – Схема включения фотодиодного преобразователя
Фотодиоды могут работать в фотодиодном и генераторном (вентильном) режимах. В фотодиодном режиме преобразователь включают в измерительную цепь, и фотодиод работает как параметрический измерительный преобразователь. Под действием света изменяется его сопротивление, что приводит к увеличению обратного тока через него. В генераторном режиме фотодиод сам является источником тока и включается в измерительную цепь, приведенную на рисунке 2.6.
_

Рисунок 2.7
Фотоэлектрические преобразователи нашли широкое применение для измерения неэлектрических величин. Основными их достоинствами являются: возможность проведения измерений без непосредственного контакта с объектом измерения; отсутствие механического воздействия на объект измерения; чувствительность к силе света и его спектру. Основным их недостатком является большая погрешность преобразования, обусловленная, в основном, усталостью, старением и зависимостью параметров преобразователя от температуры. Вследствие этого фотоэлектрические преобразователи нашли применение в основном при решении следующих измерительных задач.

1 При измерениях, в которых преобразователь работает в импульсном режиме. Примером может служить измерение частоты вращения вала электродвигателя, имеющего диск с отверстиями (рисунок 2.8). Диск прерывает луч света, падающего на фотоэлектрический преобразователь. В этом случае измеряемая скорость вращения вала преобразуется в частоту повторения электрических импульсов.

Рисунок 2.8 – Схема включения фотоэлектрического преобразователя

при измерении скорости вращения вала электродвигателя
2 В качестве прямого преобразователя в измерительных приборах сравнения.

3 При измерении неэлектрических величин, когда промежуточной величиной является световая величина. Например, при измерении концентрации вещества в растворе, когда промежуточной величиной является изменение поглощения света раствором.

Более подробно генераторные измерительные преобразователи описаны в [1-4].
3 ПРИБОРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ
3.1 Источник питания универсальный.

3.2 Вольтметр универсальный В7-65/5.

3.3 Лабораторные макеты M1 и М2.
4 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
В качестве лабораторной установки при выполнении работы используются макеты M1 и М2.

Макет M1 обеспечивает исследование основных характеристик фотоэлектрических измерительных преобразователей. В состав макета (рисунок 4.1.) входят встроенные универсальный источник питания постоянного тока, источник питания +5 В, электродвигатель постоянного тока и фотоэлектрический измерительный преобразователь.

При включении универсального источника питания в сеть с его выхода на встроенный стабилизированный источник питания + 5 В подается переменное напряжение и одновременно с его основного выхода на вход двигателя поступает постоянное напряжение, изменение выходного напряжения которого позволяет регулировать скорость вращения вала двигателя постоянного тока. Милливольтметр (mV), выполненный на базе магнитоэлектрического прибора, предназначен для контроля выходного напряжения универсального источника питания и повышения точности измерения питающего двигатель напряжения.

Рисунок 4.1 Функциональная схема макета М1
Фотоэлектрический измерительный преобразователь выполнен на основе фотодиодной пары (светодиод АЛ118А + фотодиод ФД-269) и состоит из трех основных частей: светодиода V1, диска с отверстием и фотодиода V2.

На конце вала двигателя укреплена муфта диаметром d₁, а на оси диска укреплена муфта диаметром d₁. Передача вращательного движения от оси двигателя к оси диска преобразователя производится с помощью шкива. За счет разности диаметров d₁ и d₂ муфт двигателя и диска создается необходимое передаточное отношение N. Численные значения диаметров муфт d₁ и d₂ в соответствии с вариантом выполнения лабораторной работы приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Лабораторное задание

Параметр	Номер бригады
	1	2	3	4	5	6	7	8
	Вариант
	1	2	3	4	2	1	4	3
d₁, мм	4	6	2	3	6	4	3	2
d₂, мм	2	9	4	2	9	2	2	4
N

Диск прерывает луч света, падающий от светодиода на фотодиод. Измеряемая скорость преобразуется в частоту электрических импульсов, формируемых из выходного сигнала фотодиода с помощью микросхемы D1 типа К561ТЛ1. Импульсы с выхода микросхемы D1 поступают на выход макета M1.

Макет М2 обеспечивает исследование основных характеристик термоэлектрических измерительных преобразователей. В состав макета (рисунок 4.2) входят: понижающий трансформатор напряжения (220 В/48 В) для питания нагревательного элемента с нормальной и пониженной мощностью переменного тока, нагревательный элемент, ртутный термометр, термоэлектрический преобразователь (термопара хромель-алюмель, градуировочная характеристика которой приведена в приложении 2 настоящих методических указаний). Ртутный термометр и термоэлектрический преобразователь находятся в непосредственном контакте с нагревательным элементом, что обеспечивает снятие градуировочной характеристики (функции преобразования) преобразователя.

Включение макета осуществляется с помощью тумблера СЕТЬ путем перевода его в верхнее положение. Индикацией включения макета является освещение шкалы ртутного термометра, расположенного на передней панели макета. При включении макета начинается нагрев нагревательного элемента и соответственно рост его температуры, что фиксируется с помощью ртутного термометра. При этом увеличивается также термоЭДС измерительного преобразователя. Одновременное снятие показаний ртутного термометра и выходной термоЭДС измерительного преобразователя позволяет получить его градуировочную характеристику (функцию преобразования).

Точки А и Б являются местами соединения термоэлектродов термопары и соединительных проводников, обеспечивающих вывод термо-ЭДС термоэлектрического измерительного преобразователя на выход макета M1.

Рисунок 4.2 – Функциональная схема макета М2
Схематическое изображение передних панелей макетов M1 и М2 и расположение основных органов управления и регулировки, а также измерительных устройств приведено на рисунках 4.3 и 4.4 соответственно.
5 ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
5.1 По рекомендуемой литературе детально изучить устройство, принцип действия и схемы включения в измерительную цепь генераторных измерительных преобразователей (термоэлекрических и фотоэлектрических).

Рисунок 4.3 – Внешний вид макета М1
5.2 По приложению настоящих методических указаний изучить устройство, принцип действия и порядок работы с прибором В7-65/5, а также методики проведения с его помощью измерений напряжений, токов, частоты и периода исследуемых сигналов и оценки погрешностей полученных результатов измерений.

Рисунок 4.4 – Внешний вид макета М2
5.3 Ответить на контрольные вопросы.

5.4 Сделать заготовку отчета (одну на бригаду) по лабораторной работе в соответствии с требованиями настоящих методических указаний.

5.5 Для вашего варианта выполнения лабораторной работы по данным таблицы 4.1 рассчитать передаточное отношение от вала двигателя до оси диска измерительного преобразователя N. Исходные данные и результаты расчетов привести в заготовке отчета для последующего использования при определении скорости вращения вала двигателя.

5.6 Решить задачу.

Генераторный измерительный преобразователь, имеющий внутреннее сопротивление rj подключен к измерительному прибору с входным сопротивлением R_H. Определить коэффициент передачи мощности К_ри мощность Р_н, передаваемую в измерительный прибор, если собственная ЭДС преобразователя равна ej. Привести эквивалентную схему включения генераторного измерительного преобразователя и сделать вывод, соответствует ли режим работы преобразователя согласованию по мощности. Данные о значениях Ri, R_H и ej приведены в таблице 5.1.
Таблица 5.1

Параметр	Вариант
Параметр	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
R_b Ом	10	50	20	10	20	50	100	40	30	70
R_H, Ом	10	100	20	20	10	50	60	40	50	70
ej, мВ	200	300	100	150	250	400	240	160	500	460

Примечание. Решение задачи для заданного варианта привести в заготовке отчета по лабораторной работе.

6 ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ
6.1 Определить градуировочную характеристику (функцию преобразования) фотоэлектрического измерительного преобразователя и измерить скорость вращения вала электрического двигателя.

Оценить инструментальную погрешность измерения скорости вращения вала двигателя.

6.2 Определить градуировочную характеристику (функцию преобразования) термоэлектрического измерительного преобразователя и измерить температуру объекта измерения.

Оценить инструментальную погрешность измерения температуры объекта.
7 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
7.1 Выполните измерения в соответствии с п. 6.1 лабораторного задания. Измерения проводите в следующей последовательности.

7.1.1 Подготовьте вольтметр В7-65/5 к проведению измерений частоты исследуемых сигналов согласно пп. 4, 5 приложения 1 настоящих методических указаний с разрядностью 5,5 десятичных разрядов. Включите универсальный источник питания. Переключатель МАКЕТ установите в положение M1.

7.1.2 Произведите определение функции преобразования фотоэлектрического измерительного преобразователя. Для этого по шкале магнитоэлектрического измерительного прибора М24 последовательно установите значения, указанные в таблице 7.1, путем регулировки выходного напряжения универсального источника питания. Зафиксируйте соответствующие им значения частоты исследуемого сигнала f_И3_M по цифровому табло вольтметра В7-65/5. Измеренные значения частоты (f_И3_M, Гц) занесите в таблицу 7.1.
Таблица 7.1

Параметр	Показания магнитоэлектрического измерительного механизма, , дел
Параметр	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
U_ИП,В
f_ИЗМ, Гц
f_И_3M, Гц
S_f, Гц/дел
_ФП, %
_S, %
v, об/мин
Т_ИЗМ, с
Т_ИЗМ, с
S_T, с/дел
_ФП, %
_S, %
v, об/мин
Передаточное отношение N = ____

7. 1.3 Переведите вольтметр В7-65/5 в режим программирования «Определение среднего значения п текущих измерений» при n = 10-й повторите операции п. 7.1.2. Результаты измерений (Zf_H₃_M, Гц) занесите в таблицу 7.1.

7.1.4 Переведите вольтметр В7-65/5 в режим измерения периода исследуемого сигнала Т_изм. и повторите операции пп. 7.1.2 и 7.1.3 для измерения периода исследуемого сигнала. Результаты измерений (Т_изм, с и Т_ИЗМ, с) занесите в таблицу 7.1.

7.1.5 Определите (в соответствии с вариантом) скорость вращения вала электродвигателя (v, об/мин), пользуясь результатами измерения частоты и периода измерительного сигнала и данными таблицу 4.1.

7.1.6 По результатам измерений и расчетов, приведенных в таблицу 7.1, постройте график функции преобразования фотоэлектрического измерительного преобразователя v = f(cc) и v = f(U_Hn), где v — скорость вращения вала электродвигателя, а — деления шкалы магнитоэлектрического прибора М24, и_ип — выходное напряжение источника питания, В.

7.1.7 Определите чувствительность измерительного преобразователя в режимах измерения частоты и периода исследуемого сигнала. Определите погрешность определения функции преобразования и чувствительности измерительного преобразователя как погрешность косвенного измерения по результатам измерений входной и выходной величин преобразователя. Результаты расчетов занесите в таблицу 7.1.

7.2 Выполните измерения в соответствии с п. 6.2 лабораторного задания. Измерения проводите в следующей последовательности.

7.2.1 Подготовьте вольтметр В7-65/5 к проведению измерений напряжения U_x исследуемых сигналов согласно пп. 4, 5 приложения 1 настоящих методических указаний. Переключатель МАКЕТ на передней панели макета Ml установите в положение М2.

7.2.2 Произведите определение функции преобразования термоэлектрического измерительного преобразователя. Для этого:

— зафиксируйте начальное значение температуры окружающей среды по показаниям ртутного термометра, расположенного на передней панели лабораторного макета М2;

— переключатель МОЩНОСТЬ на передней панели макета М2 установите в положение 1. Включите макет. При этом должна осветиться шкала ртутного термометра;

Внимание! При включении макета на измеряемый объект подается напряжение питания пониженной мощности и измеряемый объект начинает нагреваться.

— по шкале ртутного термометра последовательно с ростом температуры объекта будут последовательно устанавливаться значения температуры, указанные в таблице 7.2. Отсчитайте соответствующие им значения напряжения исследуемого сигнала U_И3_M по цифровому табло вольтметра В7-65/5;
Таблица 7.2

Параметр	Показания ртутного термометра, °С
Параметр	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80
U_ИЗМ, mV «»
U_ИЗМ, mV «»
U_ИЗМ, mV «»
U_ИЗМ, mV «»
S_U, mV/град
_ФП, %
_S, %

— при достижении температуры 60 °С переключатель МОЩНОСТЬ макета М2 установите в положение 2 и продолжите отсчет значений выходного напряжения термоэлектрического измерительного преобразователя. Измеренные значения напряжения (U_И3_M, mV «») занесите в таблицу 7.2.

7.2.3 Выключите макет М2, что приведет к охлаждению измеряемого объекта. При последовательном уменьшении температуры объекта произведите отсчет значений выходного напряжения термоэлектрического измерительного преобразователя. Результаты измерений (U_ИЗМ, mV «») занесите в таблицу 7.2.

7.2.4 Переведите вольтметр В7-65/5 в режим программирования «Определение среднего значения п текущих измерений» при n = 10-и повторите операции п.п. 7.2.3 и 7.2.4. Результаты измерений занесите в таблицу 7.2.

7.2.5 Переведите вольтметр В7-65/5 в режим измерения периода исследуемого сигнала U_ИЗМ и повторите операции пп. 7.1.2 и 7.1.3 для измерения периода исследуемого сигнала. Результаты измерений занесите в таблицу 7.1.

7.2.6 По результатам измерений, приведенным в таблице 7.2, постройте график функции преобразования термоэлектрического измерительного преобразователя U = f( °С).

7.2.7 Определите чувствительность измерительного преобразователя в режиме измерения напряжения исследуемого сигнала. Определите погрешность определения функции преобразования и чувствительности измерительного преобразователя как погрешность косвенного измерения по результатам измерений входной и выходной величин преобразователя. Результаты расчетов занесите в таблицу 7.2.

7.2.8 По данным номинальной градуировочной характеристики термопары хромель-алюмель, приведенной в табличной форме в приложении 2 настоящих методических указаний, постройте график функции преобразования для заданных вам температурных точек (таблица 7.2) и определите номинальную чувствительность измерительного преобразователя.

7.2.9 Сравните полученные вами графики номинальной и реальной функций преобразования и значения чувствительности термоэлектрического измерительного преобразователя. По результатам сравнения сделайте выводы и приведите их в отчете по лабораторной работе.

7. 2.10 Оцените погрешность термоэлектрического измерительного преобразователя, обусловленную отклонением температуры свободных спаев термопары от 0 °С, используя теоретические сведения, приведенные в п.2 настоящих методических указаний. Результаты оценки погрешности приведите в отчете по лабораторной работе.
8 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет по лабораторной работе оформляется на стандартных листах бумаги формата А4. Структурная схема измерительного прибора, используемого при выполнении лабораторной работы, вычерчивается с необходимыми обозначениями и пояснениями. Результаты измерений и вычислений сводятся в таблицы, форма которых должна соответствовать приведенным в настоящих методических указаниях. Текст отчета должен содержать всю информацию о проделанной работе, необходимые расчетные формулы, выводы и рекомендации по анализу результатов выполнения каждого пункта лабораторного задания. Сведения об используемом измерительном приборе должны быть оформлены по следующей форме (таблица 8.1):

Таблица 8.1

Наименование прибора	Тип прибора	Заводской номер	Основные технические и метрологические характеристики

9 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Укажите основные причины применения электрических методов для измерения неэлектрических величин.
Приведите обобщенную структурную схему приборов для измерения неэлектрических величин электрическими методами, а также примеры таких измерительных приборов.
Дайте определение функции преобразования и чувствительности измерительного преобразователя. Что понимается под естественными входной и выходной величинами измерительных преобразователей?
Дайте определение генераторных измерительных преобразователей.
Каковы устройство, принцип действия и основные характеристики термоэлектрических измерительных преобразователей?
Каковы устройство, принцип действия и основные характеристики фотоэлектрических измерительных преобразователей?
Каковы устройство, принцип действия и основные характеристики пьезоэлектрических измерительных преобразователей?
Каковы устройство, принцип действия и основные характеристики индукционных измерительных преобразователей?
Каковы устройство, принцип действия и основные характеристики гальванических измерительных преобразователей?

Приведите возможные конструкции генераторных измерительных преобразователей в соответствии с их классификацией. Укажите их основные технические и метрологические характеристики.
Какие схемы включения генераторных измерительных преобразователей применяются на практике? Укажите достоинства и недостатки каждой из них.
Назовите основные источники погрешности преобразования неэлектрических величин в электрические и укажите основные пути их уменьшения.
Как оценить результирующую погрешность измерительного преобразователя при снятии его градуировочной характеристики?
Как определить функцию преобразования и чувствительность генераторного измерительного преобразователя, используя средства измерений неэлектрических и электрических величин?
Как на основе термоэлектрического измерительного преобразователя создать измерительный прибор для измерения температуры исследуемого объекта?

16. Как оценить погрешность термоэлектрического измерительного преобразователя, обусловленную изменением температуры свободных спаев термопары?

17. Почему к удлинительным проводникам термоэлектрического преобразователя предъявляются особые требования относительно материала их изготовления?

Как на основе фотоэлектрического измерительного преобразователя создать измерительный прибор для измерения скорости вращения исследуемого объекта?
Приведите структурную схему универсального цифрового вольтметра В7-65/5 и поясните принцип его работы в режимах измерения напряжения постоянного тока, частоты и периода синусоидальных и импульсных сигналов.

10 ЛИТЕРАТУРА
1 Ревин В.Т. Преобразование и преобразователи измерительной информации: Учебное пособие. В 5 ч. Ч. 1 – Мн.: БГУИР, 2002. – 70 с.: ил.

2 Ревин В.Т. Преобразование и преобразователи измерительной информации: Учебное пособие. В 5 ч. Ч. 2 – Мн.: БГУИР, 2003. – 103 с.: ил.

3 Ревин В.Т. Преобразование и преобразователи измерительной информации: Учебное пособие. В 5 ч. Ч. 3 – Мн.: БГУИР, 2004. – 86 с.: ил.

4 Ревин В.Т. Преобразование и преобразователи измерительной информации: Учебное пособие. В 5 ч. Ч. 4 – Мн.: БГУИР, 2004. – 91 с.: ил.

5 Ревин В.Т. Преобразование и преобразователи измерительной информации: Учебное пособие. В 5 ч. Ч. 5 – Мн.: БГУИР, 2005. – 96 с.: ил.

6 Измерение электрических и неэлектрических величин: Учеб. пособие для вузов./Под общ. ред. Н.Н.Евтихиева. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 352 с.: ил.

7 Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов/Под ред. Е.М.Душина. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. — 480 с.: ил.

8 Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин (Измерительные преобразователи). Учеб. пособие для вузов. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. — 320 с.: ил.

9 Ревин В.Т., Кострикин A.M. Метрология и измерения. Генераторные измерительные преобразователи: Методическое пособие. — Мн.: БГУИР, 1994. – 46 с.

10 Техническое описание и инструкция по эксплуатации универсального вольтметра В7-65/5.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ВОЛЬТМЕТР В7-65/5

1 НАЗНАЧЕНИЕ
1.1 Вольтметр предназначен для измерения постоянного напряжения, среднеквадратического значения переменного напряжения произвольной формы, сопротивления постоянному току, постоянного и переменного токов, частоты и периода синусоидального и импульсного сигналов. Вольтметр обеспечивает математическую и логическую обработку результатов измерений по программам, заложенным в вольтметре.

1.2 Вольтметр предназначен для работы от сети питания напряжением (220±22) V, (110±11) V частотой (50±1) Hz, (60±1) Hz.

1.3 Рабочие условия эксплуатации вольтметра следующие:

температура окружающего воздуха от 5°С до 40° С;

относительная влажность воздуха до 80% при температуре 25° С;

атмосферное давление от 630 mm Hg (84 kРа) до 800 mm Hg (106,7 kPa).
2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
2.1 Результаты измерения представляются в формате индикации 5,5 и 4,5 десятичных разрядов.

2.2 Вольтметр обеспечивает измерение постоянного напряжения положительной и отрицательной полярностей в диапазонах измерения с конечными значениями U_k — 200 mV; 2,0; 20,0; 200,0; 1000 V.

2.3Основная погрешность при измерении постоянного напряжения не превышает значений, приведенных в таблице А1.1.
Таблица А1.1

u_k,v	Цена единицы младшего разряда	Предел допускаемой основной погрешности* ±(% от U + единица младшего разряда)
200 mV	1 ?V (10 ?V)	0,02 + 5 (0,02 + 3)
2,0	10 ?V (100 ?V)	0,02 + 5(0,02 + 2)
20,0	100 ?V (1 mV)	0,02 + 5(0,02 + 2)
200,0	1 mV(10 mV)	0,02 + 5 (0,02 + 3)
1000,0	10 mV (100 mV)	0,03 + 5 (0,03 + 3)

Примечание. U – значение измеряемого напряжения;

*  цена единицы младшего разряда и предел допускаемой основной погрешности для формата индикации 5,5 десятичных разрядов, в скобках – для 4,5 десятичных разрядов.

2.4 Входное сопротивление вольтметра при измерении постоянного напряжения не менее 1 G в диапазоне измерений 200 mV, не менее 2 G в диапазоне измерений 2 V и равно (10  0,5) M в остальных диапазонах.

2.5 Вольтметр обеспечивает измерение частоты синусоидальных сигналов и частоты следования импульсных сигналов любой полярности, имеющих не более двух экстремальных значений за период, в диапазоне от 20 Hz до 1 MHz при напряжении:

— входного синусоидального сигнала:

от 0,5 V до 30 V в диапазоне частот от 20 Hz до 1 MHz;

от 30 V до 150 V в диапазоне измеряемых частот от 20 Hz до 100 kHz.

— входного импульсного сигнала:

от 1 V до 30 V в диапазоне измеряемых частот от 20 Hz до 1 MHz; от 30 V до 150 V в диапазоне измеряемых частот от 20 Hz до 100 kHz. Длительность импульса входного сигнала не менее 0,5 ?s, скважность не более 10.

2.6 Основная погрешность вольтметра при измерении частоты синусоидальных и импульсных сигналов не превышает значений, приведенных в таблице А1.2.
Таблица А1.2

Значение измеряемой частоты, MHz	Цена единицы младшего разряда	Предел допускаемой основной погрешности ±(% от F + единица младшего разряда)
1	1 Hz	0,02 + 3

2.7 Вольтметр обеспечивает измерение периода сигналов синусоидальной и импульсной формы любой полярности при длительности импульсов не менее 10 цз и скважности не более 10 в диапазоне от 100 цз до 50 ms при напряжении входного сигнала от 1 до 30 V во всем диапазоне измеряемых периодов.

2.8 Основная погрешность вольтметра при измерении периода не превышает значений, приведенных в таблице А1.3.
Таблица А1.3

Значение измеряемого периода, ms	Цена единицы младшего разряда	Предел допускаемой основной погрешности, ±(% от Т + единица младшего разряда)
50	1 ?s	0,03 + 3

2. 9 Пределы допускаемых значений дополнительной погрешности вольтметра от изменения температуры окружающей среды на каждые 10°С не превышает значений основной погрешности.

2.10 Вольтметр обеспечивает математическую и логическую обработку результатов измерений по 10 программам:

— измерение температуры;

— измерение в дБ;

— измерение мощности;

— расширение диапазонов по току;

— измерение среднего значения;

— экстремум;

— допусковый контроль;

— накопление массива данных;

— тестирование диодов и проверка цепей на короткое замыкание.

2.11 Вольтметр имеет следующие режимы работы:

— периодических измерений;

— ручной установки и автоматического выбора диапазона измерения;

— измерения и автоматической коррекции «нуля».

2.12 В вольтметре выполняется самоконтроль работоспособности составных частей.

2.13 Вольтметр обеспечивает свои технические характеристики в пределах норм по истечении времени установления рабочего режима, равного 30 мин. кроме основной погрешности, нормируемой в течение 24 часов после калибровки.

2.14 Вольтметр допускает непрерывную работу в рабочих условиях в течение времени не менее 24 часов при сохранении своих технических характеристик в пределах норм.

2.15 Вольтметр сохраняет свои технические характеристики в пределах норм при питании его от сети переменного тока напряжением (220 ± 22) V или (110 ± 11) V частотой (50 ± 1) Hz или (60 ± 1) Hz.

2.16 Мощность, потребляемая вольтметром от сети питания при номинальном напряжении, не превышает 15 V∙A.

3 ПРИНЦИП РАБОТЫ

3.1 Вольтметр представляет собой многофункциональный измерительный прибор, измерительный тракт которого включает в себя ряд функциональных преобразователей, обеспечивающих измерение параметров соответствующих входных сигналов.

3.2 Структурная схема вольтметра приведена на рисунке А.1.

3.3 Вольтметр состоит из аналоговой и гальванически связанной с ней цифровой частей. Аналоговая часть служит для преобразования значения измеряемой величины в импульсы, длительность которых пропорциональна значению измеряемой величины, и состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), источника опорного напряжения (ИОН), коммутатора входа, входного усилителя, преобразователя U_~/U₌, входного делителя напряжения, компаратора, токового шунта R_x, источника образцового тока.

Измеряемое постоянное напряжение, поступающее на вход вольтметра (гнезда «U, R, F» и «0»), масштабируется входным делителем и входным усилителем и подается на вод АЦП. В АЦП реализована одна из разновидностей метода широтно-импульсной модуляции, суть которого заключается в следующем.

На вход интегратора АЦП непрерывно поступает ток, пропорциональный значению измеряемой величины, и опорный ток, полярность которого определяется состоянием выходного компаратора. Работой выходного компаратора управляет схема, сравнивающая выходное напряжение интегратора и треугольное напряжение постоянной амплитуды и частоты. Полярность опорного тока

автоматически устанавливается такой, чтобы суммарный заряд емкости интегратора за период преобразования, равный периоду треугольного напряжения, был равен нулю.

В цифровую часть вольтметра поступают импульсы «+Счет» и «-Счет». Импульс «+Счет» поступает при положительной, а импульс «-Счет» при отрицательной полярности опорного тока. Разность длительностей импульсов «+Счет» и «-Счет» содержит информацию о значении измеряемой величины. Конец времени преобразования определяется по срезу импульса «+Счет».

ИОН вырабатывает опорные напряжения «+U_ОП» и «-U_ОП» для АЦП, а также напряжение «U_ОБР«, необходимое для измерения сопротивлений в диапазонах от 20 МОм до 2 ГОм.

Коммутатор входа осуществляет коммутацию входного сигнала в зависимости от режима работы вольтметра.

Измеряемое переменное напряжение подается с коммутатора входа на преобразователь U_~/U₌, где масштабируется и преобразуется в пропорциональное постоянное напряжение, которое через коммутатор поступает на усилитель и далее на вход АЦП.

При измерении постоянного и переменного токов используется измерительный шунт. Входной измеряемый ток, протекая по шунту, создает на нем падение напряжения, которое подается на вход АЦП через масштабирующий усилитель при измерении постоянного тока, либо на вход ПСКЗ при измерении среднего квадратического значения (СКЗ) переменного тока.

Преобразователь сопротивления в постоянное напряжение представляет собой источник образцового тока. Падение напряжения на измеряемом сопротивлении, обусловленном протеканием по нему опорного тока, поступает в тракт измерения постоянного напряжения. Значение опорного тока устанавливается исходя из выбранного диапазона измерения сопротивления.

При измерении временных характеристик переменного напряжения (частота, период) входной сигнал с гнезд «U, R, F» и «0» через масштабирующий усилитель преобразователя U_~/U₌ поступает на компаратор, где преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов эталонной частоты за период следования.

Цифровая часть представляет собой микропроцессорный контроллер, основной частью которого является однокристаллическая микро-ЭВМ, которая обеспечивает функционирование и калибровку измерительного тракта, математическую обработку цифрового кода, поступающего с выхода АЦП, обслуживание буквенно-цифрового информационного табло, клавиатуры и блоков сопряжения с внешними устройствами. Для синхронизации работы микро-ЭВМ и всего вольтметра в целом применен кварцевый генератор, вырабатывающий необходимый для работы АЦП и измерения частоты сигнал «400 Hz».

Для фиксации адресов, поступающих с мультиплексной шины адрес/данные микро-ЭВМ, применен фиксатор адреса. Обращение микро-ЭВМ ко всем узлам вольтметра осуществляется по сигналам дешифратора.

Программа работы вольтметра хранится в ПЗУ, а в ОЗУ данные, поступающие в процессе измерений.

Калибровочные коэффициенты, полученные в процессе калибровки вольтметра, хранятся в энергонезависимой памяти.

Для отображения результата измерения используется блок индикации.

Управление работой вольтметра осуществляется посредством клавиатуры через порт клавиатуры. Информация о значениях измеряемой величины снимается со счетчика АЦП. Управление элементами коммутации аналоговой части осуществляется через порт аналоговой части. Формирователь временных интервалов необходим для обеспечения режимов измерения частоты и периода сигналов. Питание измерительной части вольтметра осуществляется от изолированного источника питания. Для обеспечения гальванической развязки между измерительной частью вольтметра и блоками сопряжения применен блок развязки.

4 ПОДГОТОВКА ПРИБОРА К РАБОТЕ

4.1 Органы управления, настройки и подключения

На передней панели вольтметра расположены:

— информационное жидкокристаллическое табло для отображения значения измеряемой величины и вспомогательной информации;

— клавиатура, состоящая из 12 кнопок, не имеющих фиксации при нажатии;

— входные гнезда;

— выключатель напряжения сети.

4.2 Обозначение и назначение органов управления в зависимости от режима работы вольтметра приведены в таблице А1.4. Внешний вид передней панели универсального вольтметра В7-65/2 приведен на рисунке А.2. Надпись над кнопкой соответствует назначению ее в режиме измерения, на кнопке – в режиме программирования.
Таблица А 1.4

Обозначение		Назначение
В режиме измерения	В режиме программирования	В режиме измерения	В режиме «Меню»
Гнезда «U, R, F» и «0»		Подключение объекта измерения постоянного и переменного напряжений, электрического сопротивления, частоты и периода сигнала
Гнездо «I»		Подключение объекта измерения в режиме измерения силы постоянного или переменного тока
Гнездо «G»		Защита от помех общего вида постоянного и переменного токов
«ТС+» «ТС-»		Подключение измеряемого сопротивления при проведении измерений по четырехпроводной схеме

Продолжение таблицы А 1.

Обозначение		Назначение
		Ручное управление диапазонами измерения	Выбор функции, перемещение маркера
0	??	Автоматический выбор поддиапазонов	Ввод режима, константы
>	?	Ручное управление диапазонами измерения	Выбор функции, перемещение маркера
«U»	«АВК»	Включение функции измерения напряжения	Проведение автокалибровки
IIT1I	«☼»	Включение функции измерения тока	Включение/выключение подсветки информационного табло
«~/=»		Включение режима измерения постоянного или переменного напряжения (тока)	Включение / выключение звуковой сигнализации
«R»	«+/-»	Включение функции измерения сопротивления постоянному току по двухпроводной схеме. При повторном нажатии — измерение сопротивления по четырехпроводной схеме	Изменение полярности набранной константы
«F/Т»	«0…9»	Включение функции измерения частоты. При повторном нажатии — периода	Ввод цифр от 0 до 9 при наборе констант
РАЗРЕШ	”?”	Изменение разрядности индикатора	Включение/выключение фильтра
NULL	тпд	Коррекция нуля в режиме измерения постоянных напряжения и тока, сопротивления постоянному току	Включение / выключение режима «Только передача»

Продолжение таблицы А 1. 4

Обозначение		Назначение
ВЫЧ	внм	Включение/выключение работы прибора по набранной программе	Возврат на местное управление
МЕНЮ		Вход в режим программирования	Выход из режима программирования
“_x_”		Начальная установка при сбое в работе микропроцессора
СЕТЬ		Включение напряжения питания вольтметра
“1”		Состояние включено
«0»		Состояние выключено

Включение вольтметра в сеть осуществляется вытягиванием на себя ручки сетевого выключателя на передней панели. При включении вольтметра в сеть заземление корпуса вольтметра обеспечивается с помощью третьего (корпусного) вывода на вилке сетевого кабеля, входящего в комплект вольтметра.

Рисунок А.2 — Внешний вид передней панели универсального

вольтметра В7-65/5
Индикация включения — кратковременное сообщение «АВТОТЕСТ», «АВК1», «АВК2», «АВКЗ». Затем, при успешном проведении тестирования, вольтметр переходит в рабочий режим измерения постоянного напряжения в диапазоне 1000 V, фильтр включен, разрешение 4,5 разряда.

Для достижения требуемых характеристик по точности необходимо установление теплового режима внутри вольтметра. После прохождения автокалибровки через 30 мин. после включения вольтметр обеспечивает заданную погрешность измерения.

Режим автокалибровки служит для устранения влияния значительной части источников погрешности измерения внутри вольтметра. Он включает в себя режим тестирования как цифровой, так и аналоговой частей. Успешное проведение автокалибровки свидетельствует об исправности основных блоков вольтметра, его измерительного тракта. При этом не требуется проведение дополнительных подстроек. Для включения режима «Автокалибровка» необходимо войти в «Меню», нажать кнопку «АВК». При прохождении актокалибровки последовательно индицируются сообщения «АВК-1», «АВК-2», «АВК-3».

5 ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

5.1 Установить режим работы вольтметра в соответствии с выбранной функцией, для чего нажать кнопки:

«U» и «~/=» – при измерении постоянного или переменного напряжения;

«I» и «~/=» – при измерении постоянного или переменного тока;

«R» – при измерении сопротивления постоянному току, причем переключение режимов (двухпроводный и четырехпроводный) проводится повторным нажатием кнопки «R»;

«F» и «Т» – при измерении частоты и периода.

Включение режимов работы вольтметра подтверждается на информационном табло индикацией размерности измеряемых величин и знаками «U» и «=» (постоянное напряжение), «U» и «~» (переменное напряжение), «I» и «=» (постоянный ток), «I» и «~» (переменный ток), «R» и «-» (двухпроводный), «R» и «:-:» (четырехпроводный режимы измерения сопротивления), «F» (измерение частоты), «Т» (измерение периода). Во время выполнения измерений в левой части индикатора мигает индикаторная точка.

5.2 Установите необходимый диапазон измерений кнопками «», «» и «».

5.3 Установите необходимую разрядность индикации кнопкой РАЗРЕШ. При повторном нажатии кнопки разрядность индикации изменяется (изменяется быстродействие вольтметра).

5.4 Для включения фильтра необходимо войти в режим «МЕНЮ», для чего нажать кнопку «МЕНЮ», затем нажать кнопку «». При этом на индикаторе в верхней строке появится символ «Ф».

5.5 Следует помнить, что появление во время измерения сообщения «OLL» свидетельствует о том, что на вход вольтметра подан сигнал, значение которого превышает допустимый предел на установленном поддиапазоне измерения.

5.6 Работа вольтметра в режиме программирования.

5.6.1. Режим программирования предназначен для математической обработки результатов измерений, а также для выполнения дополнительных функций. Перечень программ и их назначение приведен в таблице А1.5.

Для введения соответствующего номера программы необходимо:

нажать кнопку МЕНЮ. На табло появится сообщение «ПРОГРАМ X», где X – любой номер программы от 0 до 9.
нажать кнопку «». На табло появится сообщение «ПРОГРАМ 0» с мигающим последним символом;
установить последовательным нажатием кнопки «0…9» требуемый номер программы;

— нажмите кнопку «». На индикаторном табло появится изображение константы при 5,5 разрядах индикации, в одном из разрядов которой находится курсор. Перемещение курсора по разрядам константы осуществляется с помощью кнопок «». Установка численных значений разрядов константы осуществляется последовательным нажатием клавиши «0…9».
Таблица А1.5

№ программы	Содержание программы
0	Измерение температуры по результатам измерения сопротивления термопреобразователя
1	Измерение относительных уровней в децибелах
2	Измерение мощности
3	Измерение тока с внешним шунтом
4	Определение среднего значения заданного количества измерений
5	Определение экстремальных значений измеряемых значений величин
6	Допусковый контроль
7	Создание массива измеренных значений величин
8	Просмотр созданного массива измеренных значений величин
9	Определение короткого замыкания, прозвонка диодов

Параметрические измерительные преобразователи неэлектрических величин

Измерительные преобразователи неэлектрических величин делятся на параметрические и генераторные. В параметрических преобразователях выходной величиной является приращение параметра электрической цепи (R, L, М, С), поэтому при их использовании необходим дополнительный источник питания.

В генераторных преобразователях выходной величиной являются ЭДС, ток или заряд которых функционально связанные с измеряемой неэлектрической величиной.

При создании измерительных преобразователей неэлектрических величин стремятся получить линейную функцию преобразования. Отличие реальной градуировочной характеристики от номинальной линейной функции преобразования обусловливает погрешность нелинейности, являющуюся одной из главных составляющих результирующей погрешности при измерениях неэлектрических величин. Одним из способов снижения погрешности нелинейности является выбор в качестве входных и выходных величин преобразователя таких величин, взаимосвязь которых ближе к линейной функции. Так, например, при измерении линейных перемещений с помощью емкостного преобразователя может изменяться либо зазор между пластинами, либо площадь их перекрытия. При этом функции преобразования оказываются различными. При изменении зазора зависимость емкости от перемещения подвижной пластины существенно нелинейная, она описывается гиперболической функцией. Однако, если в качестве выходной величины преобразователя использовать не его емкость, а сопротивление на некоторой частоте, то измеряемое перемещение и указанное емкостное сопротивление оказываются связанными линейной зависимостью.

Другим эффективным способом уменьшения погрешности нелинейности параметрических измерительных преобразователей является их дифференциальное построение. Любой дифференциальный измерительный преобразователь фактически представляет собой два аналогичных измерительных преобразователя, выходные величины которых вычитаются, а входная величина воздействует на эти преобразователи противоположным образом.

Структурная схема прибора с дифференциальным измерительным преобразователем приведена на рисунке 16. 1.

Измеряемая величина х воздействует на два аналогичных измерительных преобразователя ИП1 и ИП2, причем соответствующие приращения значений выходных величин у₁ и у₂ имеют противоположные знаки. Кроме того, есть некоторое постоянное начальное значение x₀ величины

на входах этих преобразователей, определяемое обычно конструктивными параметрами преобразователей. Выходные величины у₁ и у₂ вычитаются, а их разность у₃измеряется электроизмерительным устройством ЭИУ (аналоговым или цифровым).

Предположим, что преобразователи ИП1 и ИП2 идентичны, а их функции преобразования достаточно точно описываются алгебраическим полиномом второго порядка. В этом случае значения у₁ и у₂ на выходах преобразователей можно записать виде (16.1) /14/

, (16.1)

После вычитания получим (16.2) /14/

, (16.2)

Рисунок 16.1 — Структурная схема диф- Рисунок 16.2 — Реостатные из- ференциального измерительного пре- мерительные преобразователи

образователя

Отсюда видно, что результирующая функция преобразования y₃= f(х) оказалась линейной. Так как у₃ не зависит от а₀ , то происходит компенсация систематических аддитивных погрешностей измерительных преобразователей. Кроме того, по сравнению с одним преобразователем практически вдвое возрастает чувствительность. Все это определяет широкое применение дифференциальных измерительных преобразователей в практике.

Рассмотрим кратко основные типы используемых параметрических преобразователей неэлектрических величин.

Узнать еще:

Электронный архив РГППУ: Метрология и электрические измерения : учебное пособие

Please use this identifier to cite or link to this item: https://elar. rsvpu.ru/handle/123456789/1268

Title:	Метрология и электрические измерения : учебное пособие
Other Titles:	Метрология и электрические измерения
Authors:	Шабалдин, Е. Д. Смолин, Г. К. Уткин, В. И. Зарубин, А. П.
Issue Date:	2013
Publisher:	Российский государственный профессионально-педагогический университет
Citation:	Метрология и электрические измерения : учебное пособие для вузов по направлению подготовки 051000 Профессиональное обучение (энергетика) / [Е. Д. Шабалдин и др.] ; под ред. Е. Д. Шабалдина ; Рос. гос. проф.-пед. ун-т. — 2-е изд., перераб. и доп. — Электрон. текстовые дан. (1 файл : 12144 КБ). — Екатеринбург : Издательство РГППУ, 2013. — 319 с.
Abstract:	Изложены сведения о теории измерений, использовании аналоговых и цифровых приборов, способах измерения электрических и неэлектрических величин. Учебное пособие может быть использовано при подготовке студентов всех форм обучения по направлению 051000.64 Профессиональное обучение (энергетика), при переподготовке специалистов, а также в процессе самостоятельной работы студентов по дисциплине «Метрология и электрические измерения». Первое издание учебного пособия вышло в 2006 г.
Keywords:	ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ЭТАЛОНЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ТЕОРИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ АНАЛИЗ СЛУЧАЙНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕХНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОННО-ГРАФИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА МЕТОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ АНАЛОГОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ НЕПРЕРЫВНЫЕ ИЗМЕРЯЕМЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИЗМЕРЯЕМЫХ ВЕЛИЧИН В КОДЫ ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ИЗМЕРЕНИЕ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ГЕНЕРАТОРНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПАРАМЕТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
metadata. dc.description.sponsorship:	Учебное пособие подготовлено при финансовой поддержке правительства Свердловской области и Российского гуманитарного научного фонда (проект № 11–16–66012а/У)
Appears in Collections:	Образовательные ресурсы РГППУ

Измерение неэлектрических величин электрическими методами.

Измерение неэлектрических величин электрическими методами — обширная область измерительной техники.

Быстрое развитие этой области объясняется возможностью непрерывного измерения, измерения на расстоянии, высокой точностью и чувствительностью.

Соблюдение любого технологического процесса можно обеспечить только применением измерительной техники и автоматики.

В большинстве случаев измерение неэлектрических величин сводится к тому, что неэлектрическая величина преобразуется в зависимую от нее электрическую, измерение которой позволяет определить и неэлектрическую величину. Элемент измерительного устройства, преобразующий неэлектрическую величину в электрическую, называется измерительным преобразователем.

Если неэлектрическая величина преобразуется в один из электрических параметров r, L или C, то преобразователь — параметрический, если неэлектрическая величина преобразуется в э.д.с., то преобразователь — генераторный.

Параметрические преобразователи делятся по принципу действия на следующие группы:

1. Реостатные преобразователи. Зависимость сопротивления реостата от измеряемой неэлектрической величины, которая воздействует на его движок, используется для измерения объема и уровня жидкостей, для измерения перемещения деталей и т.д.

2. Преобразователи контактного сопротивления. В основе их работы лежит зависимость контактного сопротивления от измеряемой величины, например давления, деформации и т. д.

3. Проволочные преобразователи. Их работа основана на изменении сопротивления проволоки при ее деформации.

4. Преобразователи-термосопротивления. Зависимость температуры и сопротивления провода при тепловом равновесии как от тока, так и от ряда физических величин, определяющих окружающую среду, используется для измерения температур, скорости движения газов, для определения составов газа и др.

5. Электролитические преобразователи. Зависимость электрического сопротивления раствора электролита от его концентрации используется для измерения концентрации растворов электролитов и для количественного анализа жидкостей и газов, растворенных в жидкости.

6. Индуктивные преобразователи. Зависимость индуктивности преобразователя от изменения положения одной из его частей под действием измеряемой величины используется для измерения силы, давления, линейного перемещения.

7. Магнитоупругие преобразователи. Зависимость магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника преобразователя, а следовательно и индуктивного сопротивления преобразователя от механических напряжений, действующих на сердечник, используется для измерения механических величин.

8. Емкостные преобразователи. Изменение емкости преобразователя под действием силы, давления, линейного перемещения, угла поворота, количества вещества, содержания влаги, используется для измерения этих величин.

9. Фотоэлектрические преобразователи. Получение фототока, определяемого световым потоком, который зависит от измеряемой неэлектрической величины, или получение импульса фототока, частота которых зависит от измеряемой величины, используется для измерения линейных размеров, температуры, прозрачности и мутности жидкостей и газовой среды.

10. Ионизационные преобразователи. Зависимость ионизационного тока от ряда факторов используется для анализа газа и определения его плотно- сти, определения геометрических размеров изделий и т.д.

Генераторные преобразователи делятся по принципу действия на следующие группы:

1. Индукционные преобразователи. Преобразование измеряемой неэлектрической величины в индуцированную э.д.с. используется для измерения скорости, линейных или угловых перемещений.

2. Термоэлектрические преобразователи. Возникновение термо-э.д.с. в цепи преобразователя и зависимость ее от температуры используется для измерения.

3. Пьезоэлектрические преобразователи. Пьезоэлектрический эффект, т.е. возникновение э.д.с. в некоторых кристаллах под действием механических сил, используется для измерения этих сил, давлений и геометрических размеров изделий.

Устройство для измерения неэлектрических величин электрическим путем в простейшем случае состоит из преобразователя, соединительных проводов и измерительного механизма, на шкале которого обычно наносятся значения измеряемой неэлектрической величины. В большинстве же случаев измерительные устройства усложняются применением: а) специальных схем; б) источников питания; в) стабилизаторов; г) выпрямителей; д) усилителей и т.д.

Принцип работы и упрощенные схемы некоторых наиболее распространенных измерительных преобразователей рассмотрены далее.

1. Реостатные преобразователи

Реостатный преобразователь — это реостат (рис. 57), движок которого перемещается под действием измеряемой неэлектрической величины х так, что величина сопротивления реостата r зависит от величины х. Измерив r, можно найти х.

В схемах на рис. 58а и 58б с реостатным преобразователем использованы однорамочные магнитоэлектрические измерительные механизмы, а в схеме на рис. 58в применен двухрамочный механизм логометра.

Пример применения реостатного преобразователя для измерения уровня или объема жидкости показан на рис. 59.

Изменение положения поплавка, определяемого уровнем или объемом жидкости, вызывает изменение сопротивлений r1 и r2 , включенных последовательно с катушками логометра. В результате изменяются отношения токов в катушках и показания прибора. Шкала прибора градуируется в значениях измеряемой величины объема или уровня жидкости.

Рис. 57. Реостатный преобразователь

Рис. 58. Схемы с реостатным преобразователем

Рис. 59. Схема уровнемера

2. Преобразователи контактного сопротивления

Столбик из 10—15 угольных шайб (d=0,5—1 см), на концах которого расположены латунные диски с выводами для включения в измерительную цепь, зажат между двумя винтами а и б (рис. 60), изолированными от столбика слюдяными прокладками. Электрическое сопротивление столбика зависит от его сжатия, так как при этом изменяется переходное сопротивление между шайбами. Таким образом, по изменению электрического сопротивления столбика можно определить механическую силу Р, действующую на винт б.

Применение двух столбиков (рис. 61) — при действии на которые измеряемой силы Р увеличивается сжатие одного и уменьшается сжатие другого столбика — дает увеличение точности измерения.

Включение двух столбиков в два смежных плеча измерительного моста устраняет влияние температуры на результат измерения, так как изменение температуры вызовет одинаковое изменение сопротивлений обеих столбиков и равновесие моста сохранится.

Рис. 60. Преобразователь с угольными шайбами

Рис. 61. Дифференциальный преобразователь с угольными шайбами

3. Проволочные преобразователи

Эти преобразователи изготавливаются из тонкой проволоки (d=0,02—0,04 мм), концы которой привариваются к медным выводам (рис. 62). Проволока закрепляется специальным клеем между двумя листочками тонкой бумаги площадью 0,1—10 см2.

Преобразователь приклеивается на поверхность испытываемой детали или конструкции и воспринимает ее деформацию, при этом изменяются размеры, удельное сопротивление материала и сопротивление преобразователя. По относительному изменению сопротивления можно определить механические напряжения, возникающие в детали или конструкции.

Рис. 62. Схема проволочного преобразователя

Для преобразователей применяется проволока из константана, нихрома или железо-хромоалюминиевого сплава — материалов, обладающих большой относительной чувствительностью, малым температурным коэффициентом и большим удельным сопротивлением.

Сопротивление преобразователя — несколько сотен ом, а относительное изменение сопротивления — десятые доли процента.

Для устранения влияния температуры применяют два одинаковых преобразователя: один — «рабочий», другой — «нерабочий», которые включаются в два смежных плеча измерительного моста. Рабочий преобразователь наклеивается на поверхность испытываемой детали, а нерабочий — на поверхность из такого же металла, что и испытываемая деталь.

Проволочные преобразователи являются разовыми, т.е. наклеиваются 1 раз.

Партия преобразователей, изготовленных из одной и той же проволоки, при одинаковом сопротивлении и одинаковой технологии обладает характеристиками совпадающими с точностью до 1%. Получив указанную характеристику для одного из преобразователей данной партии, можно применять ее для остальных преобразователей этой партии.

4. Термосопротивления

Прохождение электрического тока по проводу сопровождается выделением тепла, которое частично идет на нагревание провода, частично отдается в окружающую среду конвекцией, теплопроводностью и излучением.

При установившемся тепловом равновесии температура провода и его сопротивление зависят от тока в проводе и от причин, влияющих на отдачу тепла в окружающую среду. К ним относятся: размеры провода, его конфигурация и арматура, температура провода и среды, скорость движения среды, ее состав, плотность и др.

Указанные зависимости используются для измерения температуры, скорости, плотности и состава газовой среды по сопротивлению провода. Провод, предназначенный для указанной цели, является измерительным преобразователем и носит название термосопротивления.

При применении термосопротивления необходимо создать условия, в которых измеряемая неэлектрическая величина оказывает наибольшее влияние на величину термосопротивления, а остальные величины, наоборот, по возможности не влияют на его величину. Следует стремиться к уменьшению теплоотдачи, возникающей благодаря теплопроводности выводных зажимов провода и лучеиспусканию. При длине провода, превосходящей в 500 или большее число раз его диаметр, отдачей через теплопроводность выводных зажимов провода можно пренебречь, если разность температур провода и среды не превышает 100 °C.

Рассмотрим газоанализаторы, в которых термосопротивление применяется для определения содержания газа в газовой смеси.

Смесь из двух газов, не вступающих друг с другом в химическую реакцию, имеет теплопроводность, равную среднему арифметическому теплопроводностей составляющих,

где l12, l1, l2 — теплопроводности смеси и ее составляющих; a и b — процентное содержание составляющих газовой смеси.

Приняв во внимание, что (b = 100 – a), можем написать:

Измерив теплопроводность смеси l12 и зная теплопроводности l1 и l2, можно определить процентное содержание одной из составляющих газовой смеси. При этом необходимо, чтобы температура термосопротивления, а следовательно, и его сопротивление при прохождении по нему тока I = const зависели только от теплопроводности смеси.

Газоанализатор углекислого газа (рис. 63) имеет два одинаковых термосопротивления r1 и r2, включенных в два смежных плеча моста. Первое — рабочее — находится в камере, в которой проходит газовая смесь, второе — нерабочее, расположенное в камере с воздухом. На шкале измерителя нанесены деления, дающие значения содержания СО2.

В термометрах сопротивления термосопротивления применяются для измерения температур. Обычно они изготавливаются из проволоки, материал которой должен обладать большим температурным коэффициентом сопротивления: платина до 500 °C, никель до 300 °C, медь до 150 °C. Проволоку наматывают на каркас из пластмассы или слюды и помещают в защитную оболочку, размеры и форма которой определяются назначением термометра.

Сопротивление термометра обычно составляет 50 или 100 Ом.

По величине сопротивления преобразователя определяют его температуру, а следовательно и температуру окружающей его среды.

Для измерения часто применяют схему неуравновешенного моста с магнитоэлектрическим логометром (рис. 64). Три плеча моста r1, r2, r3 выполнены из манганина, четвертое rT — термосопротивление. Две рамки (rЛ1 и rЛ2) логометра включены в диагональ моста, общая точка их через сопротивление r5 соединена с вершиной моста г.

При равновесии моста (r2=r3, r1=rТ, rЛ1=rЛ2), когда потенциалы точек б и в одинаковые, в рамках логометра идут одинаковые токи встречного направления. При нарушении равновесия токи в рамках логометра изменяются. Их приращения не равны и имеют противоположные знаки, что влечет за собой поворот стрелки логометра.

Рис. 63. Схема газоанализатора СО₂

Рис. 64. Схема моста с логометром термометра сопротивления

5. Электролитические преобразователи

Удельная электропроводность электролита зависит от его концентрации, поэтому концентрацию можно определить по величине его сопротивления.

Измерительный электролитический преобразователь представляет собой сосуд с испытуемым электролитом и двумя электродами (рис. 65).

Во избежание электролиза измерение сопротивления электролита производится на переменном токе. Для устранения влияния температуры применяется температурная компенсация. Один из термокомпенсаторов показан на рис. 65. Он представляет собой медно-никелевое сопротивление rк, расположенное в растворе и соединенное с разветвлением из искомого сопротивления rх и шунтирующего манганинового сопротивления r1. Сопротивления r1 и rк подобраны так, что изменение сопротивления электролита, вызванное изменением его температуры, с точностью до 1—2% компенсируется изменением сопротивления rк.

Рис. 65. Схема электролитического преобразователя

Измеряемое сопротивление rх находится по сопротивлению rа,б между точками а, б схемы, которое определяется обычно при помощи неуравновешенного измерительного моста, в одно из плеч которого включаются зажимы а, б электролитического преобразователя. Мост питается через стабилизатор от сети переменного тока. На выходе моста включается выпрямительный миллиамперметр, шкала которого проградуирована в значениях концентрации раствора электролита.

6. Индуктивные преобразователи

Индуктивный преобразователь (рис. 66) — это электромагнит, якорь которого перемещается под действием измеряемой механической величины Р: силы, давления, линейного перемещения. Изменение положения якоря изменяет воздушный зазор d, а следовательно и индуктивность катушки электромагнита и ее полное сопротивление.

В дифференциальном преобразователе (рис. 67) перемещение якоря вызывает увеличение индуктивности одной катушки и уменьшение индуктивности другой, что повышает чувствительность преобразователя. Включение двух катушек в смежные плечи измерительного моста дает температурную компенсацию. В индуктивном преобразователе трансформаторного типа (рис. 68) первичная обмотка питается переменным током с постоянным действующим значением. Под действием измеряемой механической величины Р изменяется воздушный зазор d, магнитное сопротивление цепи, а следовательно и магнитный поток, пронизывающий вторичную обмотку, к зажимам которой присоединен вольтметр. Таким образом, вторичная индуктированная э.д.с. и показания вольтметра зависят от измеряемой величины.

Рис. 66. Схема индуктивного преобразователя

Рис. 67. Схема индуктивного дифференциального преобразователя

Рис. 68. Схема индуктивного преобразователя-трансформатора

7. Емкостные преобразователи

Емкостный преобразователь представляет собой конденсатор, емкость которого изменяется под действием измеряемой неэлектрической величины.

Так как емкость конденсатора зависит от площади электродов, их формы, расстояния между ними и его диэлектрической проницаемости, то эти преобразователи можно применять для измерения тех неэлектрических величин, значения которых влияют на один из перечисленных выше параметров емкостного преобразователя.

В емкостных манометрах и динамометрах под действием измеряемого давления P или силы F изменяется воздушный зазор d (рис. 69) между двумя пластинами конденсатора.

Работа емкостного преобразователя для измерения толщины резиновой ленты 1, которая протягивается между двумя неподвижными электродами 3 (рис. 70), основана на влиянии толщины ленты на изменение воздушного зазора и емкости преобразователя.

Емкостный преобразователь для измерения влажности зерна, порошка, волокна, пряжи, представляет собой цилиндрический конденсатор (рис. 71). Внутренний электрод имеет форму цилиндрического стержня, наружный электрод — форму стакана, внутреннее пространство до определенного уровня заполняется

Рис. 69. Принцип работы емкостного манометра и динамометра

Рис. 70. Схема устройства емкостного преобразователя для измерения толщины ленты

Рис. 71. Принцип устройства емкостного преобразователя влагомера

испытываемым материалом. Содержание влаги в испытываемом материале резко увеличивает емкость вследствие большой диэлектрической проницаемости воды.

Емкостные преобразователи имеют малую емкость, поэтому измерение их емкости производится при повышенной или высокой частоте с помощью электронных усилителей.

8. Ионизационные преобразователи

Структурная схема одного из ионизационных преобразователей с радиоактивным изотопом для непрерывного измерения толщины движущейся ленты или стального проката показана на рис. 72.

Радиоактивное излучение изотопа 1 частично поглощается изделием 2. Количество энергии, полученной датчиком 3, зависит от толщины изделия и материала. Датчик 3 через усилитель 4 соединен с измерительным механизмом 5, дающим значение измеряемой величины.

В измерителе давления газа под действием излучения изотопа 1 (рис. 73) в сосуде 2 происходит ионизация газа. Интенсивность ионизации и ионизационный ток, проходящий по цепи под действием напряжения U, зависят от давления газа. Измерительный механизм 5 включен через усилитель 4 на сопротивление 3, на котором создается падение напряжения, пропорциональное ионизационному току.

Рис. 72. Схема ионизационного преобразователя для измерения толщины ленты

Рис. 73. Схема прибора для измерения давления газа

9. Индуктивные преобразователи

В индукционном преобразователе — приборе для измерения скорости вращения — измеряемая величина преобразуется в пропорциональную ей э.д.с. Тахометр (рис. 74) представляет собой маленькую магнитоэлектрическую машинку, якорь которой вращается между полюсами постоянного магнита, а напряжение на зажимах будет пропорционально скорости вращения якоря. Якорь механически связан с валом машины, скорость которой измеряется, поэтому показание вольтметра, присоединенного к зажимам якоря, пропорционально измеряемой скорости вращения.

Индукционный тахометр с вращающимся магнитом (рис. 75) состоит из алюминиевого диска 1, укрепленного на одной оси со стрелкой 2, и постоянного магнита, механически связанного с валом машины, скорость которой измеряется. При вращении постоянного магнита в диске индуцируется э.д.с. и вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с полем постоянного магнита создается вращающий момент, вызывающий поворот диска на угол, при котором этот момент уравновешивается моментом пружины 3. Каждой скорости вращения

соответствует определенный угол поворота подвижной части.

Рис. 74. Схема индукционного тахометра

Рис. 75. Устройство тахометра с вращающимся магнитным полем

10. Пьезоэлектрические преобразователи

Пьезоэлектрический эффект, используемый в преобразователях, заключается в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллических диэлектриков (кварц) под действием механических напряжений или деформаций.

Измеряемое давление Р действует на дно корпуса преобразователя (рис. 76), являющееся мембраной. Две пластинки кварца зажаты между тремя металлическими прокладками. Между верхней прокладкой и крышкой корпуса расположен шарик, обеспечивающий равномерность распределения измеряемого давления. К средней прокладке — отрицательному электроду — присоединен провод, изолированный от корпуса втулкой.

Рис. 76. Пьезоэлектрический кварцевый преобразователь для измерения давления

Разность потенциалов между отрицательным электродом и корпусом пропорциональна давлению Р, которое и определяют по разности потенциалов.

Заряды при снятии давления исчезают, поэтому необходима хорошая изоляция отрицательного электрода.

Отрицательный электрод соединяется с сеткой первой лампы усилителя, на выходе которого включается измерительный механизм.

11. Термоэлектрические преобразователи

Сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма с термоэлектрическим преобразователем — термопарой (рис. 77), предназначенное для измерения температур, называется термоэлектрическим пирометром.

Нагревание рабочего конца термопары вызывает термо-э.д.с. и ток в цепи измерительного механизма, по отклонению подвижной части которого и определяется температура. Провода термопары должны быть достаточно длинными, чтобы их свободные концы находились в среде с температурой, при которой градуировался пирометр. При измерении невысоких температур влияние температуры свободных концов термопары может быть очень большим. Для устранения этого влияния свободные концы помешают в термостат с постоянной температурой.

Для термопар применяют: медь — константан (до 300 °C), медь — никель (до 600 °C), железо — копель (до 800 °C), хромель — копель (до 800 °C), хромель — алюмель (до 1300 °C), платину — платинородий (до 1600 °C).

Рис. 77. Схема термоэлектрического пирометра

Для защиты от механических повреждений и действия газов термопары помещают в защитные трубки из латуни, стали, фарфора или других материалов.

Тахогенератор — обзор | Темы ScienceDirect

3.3 Управление скоростью

Внешний контур на рисунке 4.11 обеспечивает управление скоростью. Обратная связь по скорости обычно обеспечивается преобразователем постоянного тока. тахогенератор, а фактическая и требуемая скорости передаются в усилитель ошибки скорости (часто известный просто как усилитель скорости или регулятор скорости).

Любая разница между фактической и желаемой скоростью усиливается, и выходной сигнал служит входом в токовый контур. Следовательно, если, например, фактическая скорость двигателя меньше желаемой скорости, усилитель скорости будет потреблять ток, пропорциональный ошибке скорости, и, следовательно, двигатель будет ускоряться в попытке минимизировать ошибку скорости.

Когда нагрузка увеличивается, происходит немедленное замедление и увеличивается сигнал ошибки скорости, тем самым вызывая внутренний контур для увеличения тока. Повышенный крутящий момент приводит к ускорению и постепенному уменьшению погрешности скорости до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие в точке, где задание тока ( I _ref) создает ток двигателя, который дает крутящий момент, равный и противоположный крутящему моменту нагрузки. Глядя на рисунок 4.12, где регулятор скорости показан в виде простого пропорционального усилителя (P-регулирование), легко понять, что для того, чтобы иметь установившееся значение I _ref, необходимо: быть конечной ошибкой скорости; я.е. P-контроллер не позволил бы нам достичь точно заданной скорости. (Мы могли бы приблизиться к идеалу, увеличив коэффициент усиления усилителя, но это может привести к нестабильности.)

Чтобы устранить установившуюся ошибку скорости, мы можем легко сделать так, чтобы регулятор скорости имел интегральный член (I) как а также пропорциональный (P) член (см. Приложение 1). ПИ-регулятор может иметь конечный выходной сигнал, даже если входной сигнал равен нулю, что означает, что мы можем достичь нулевой установившейся ошибки, если мы используем ПИ-регулирование.

Скорость будет поддерживаться на значении, установленном сигналом задания скорости для всех нагрузок до точки, где требуется полный ток якоря. Если крутящий момент нагрузки еще больше возрастет, скорость упадет, потому что токовая петля не позволит больше течь току якоря. И наоборот, если нагрузка попытается форсировать скорость выше установленного значения, ток двигателя будет автоматически реверсирован, так что двигатель будет действовать как тормоз и регенерировать энергию в сеть.

Чтобы еще больше подчеркнуть жизненно важную защитную роль внутреннего контура, мы можем увидеть, что происходит, когда, когда двигатель находится в состоянии покоя (и разгружен для простоты), мы внезапно увеличиваем задание скорости с нуля до полного значения, i .е. мы применяем шаговое требование для полной скорости. Ошибка скорости будет 100%, поэтому выходной сигнал ( I _ref) усилителя ошибки скорости немедленно достигнет своего максимального значения ( I _max , как показано на рисунке 4. 12), это значение соответствует на максимальный (номинальный) ток двигателя. Таким образом, ток двигателя будет на номинальном значении, и двигатель будет ускоряться с полным крутящим моментом. Скорость и обратный э.д.с. ( E ) будет расти с постоянной скоростью, приложенное напряжение ( V ) будет постоянно увеличиваться, так что разницы ( V — E ) будет достаточно для управления номинальным током ( I ) через якорь. сопротивление.Очень похожая последовательность событий обсуждалась в главе 3 и проиллюстрирована второй половиной рисунка 3.13. (В некоторых приводах эталонный ток может достигать 150% или даже 200% номинального значения в течение нескольких секунд, чтобы обеспечить кратковременное повышение крутящего момента. Это особенно ценно при пусковых нагрузках с высоким статическим трением и известно как «двухступенчатое ограничение тока».)

Выход усилителя скорости будет оставаться насыщенным до тех пор, пока фактическая скорость не станет достаточно близкой к целевой скорости, и, следовательно, все это время ток двигателя будет поддерживаться на полном значении.Только когда скорость будет в пределах нескольких процентов от заданной, усилитель ошибки скорости выйдет из состояния насыщения. После этого, когда скорость продолжает расти, а ошибка скорости падает, выходной сигнал усилителя ошибки скорости падает ниже установленного уровня. Затем управление скоростью переходит в линейный режим, в котором корректирующий ток (и, следовательно, крутящий момент) пропорционален ошибке скорости, обеспечивая плавный переход к конечной скорости.

«Хороший» регулятор скорости приведет к нулевой установившейся ошибке и будет иметь хорошо затухающую реакцию на скачкообразные изменения требуемой скорости.Интегральный член в ПИ-регулировании удовлетворяет требованию нулевой установившейся ошибки, в то время как переходная характеристика зависит от настройки пропорционального усиления и постоянной времени. Настройка «стабильности скорости» (обычно потенциометр) предназначена для точной настройки переходной характеристики. (Следует отметить, что в некоторых высокопроизводительных приводах контроллер будет иметь форму ПИД-регулятора, т. Е. Он также будет включать дифференциальный член (D). Термин D дает некоторый толчок для контроллеров, когда происходит ступенчатое изменение. требуется — по сути, предварительное предупреждение о том, что нам нужно немного умных действий, чтобы изменить ток в индуктивной цепи.)

Важно помнить, что намного легче получить хорошую переходную характеристику с рекуперативным приводом, который имеет возможность подавать отрицательный ток (то есть тормозной момент), если двигатель превышает желаемую скорость. Привод без рекуперации не может обеспечивать отрицательный ток (если он не оснащен реверсивными контакторами), поэтому, если скорость превышает заданную, лучшее, что можно сделать, — это уменьшить ток якоря до нуля и дождаться естественного замедления двигателя. Это неудовлетворительно, и поэтому необходимо приложить все усилия, чтобы избежать настроек контроллера, которые приводят к превышению целевой скорости.

Как и в любой схеме с обратной связью, проблемы возникают, если сигнал обратной связи теряется во время работы системы. Если обратная связь тахометра отключится, усилитель скорости немедленно перейдет в режим насыщения, что приведет к приложению полного крутящего момента. Затем скорость будет увеличиваться до тех пор, пока выходное напряжение преобразователя не достигнет максимального выходного напряжения. Чтобы избежать этого, многие приводы включают схему обнаружения потери тахогенератора, а в некоторых случаях обратная связь по напряжению якоря (см. Следующий раздел) автоматически включается в случае отказа тахогенератора.

Приводы, которые используют ослабление поля для расширения диапазона скоростей, включают автоматическое обеспечение для управления как напряжением якоря, так и током возбуждения при работе со скоростью выше базовой. Обычно ток возбуждения поддерживается на полном значении до тех пор, пока напряжение якоря не достигнет примерно 95% номинального значения. Когда требуется более высокая скорость, приложенное дополнительное напряжение якоря сопровождается одновременным уменьшением тока возбуждения таким образом, что, когда напряжение якоря достигает 100%, ток возбуждения имеет минимальное безопасное значение.

Пьезоэлектрические генераторы | PIEZO.COM

Преобразователи

, преобразующие механическую энергию в электрическую (т. Е. Генераторы), бывают самых разных форм и размеров, каждый из которых имеет свои собственные характеристики выходного напряжения-заряда, а также характеристики входной силы-смещения.

Что касается механического входа, процесс проектирования включает в себя правильное согласование объема и жесткости генератора с целевым входным усилием. Жесткость преобразователя определяет, сколько механической энергии передается преобразователю от силы источника.Свойства пьезокерамического материала определяют, какой процент этой энергии будет доступен в виде электрической энергии. Общий объем пьезокерамики устанавливает верхний предел количества электроэнергии, доступной для использования.

Хотя не существует простого способа оценить электрическую мощность, которая может быть извлечена из любой конкретной конструкции пьезоуборочного комбайна, некоторое интуитивное представление о максимальной извлекаемой мощности в «поперечном режиме» из самого 10-миллиметрового квадратного участка керамики может быть получено путем осмотра Рисунок 28 .

Рисунок 3.1. Электрическая мощность, доступная от пластыря PZT-5A размером 1 см x 1 см в поперечном режиме для приложения синусоидально изменяющейся однородной деформации

Основа для этого графика следующая:

Пьезо материал: PZT-5A

Размер комбайна: 10 мм x 10 мм x 0,25 мм

Электроды: полное покрытие обеих поверхностей 10 мм x 10 мм

Поляризация: По толщине 0,25 мм

Механический ввод: динамический (т. е.е. +/-) равномерная деформация, приложенная к кромке 10 мм x 0,025 мм в диапазоне частот

Электрическая мощность: между двумя электродами с воображаемой идеальной схемой

Деформация, а не напряжение используется в качестве независимого механического воздействия по двум причинам:

Пределы механического динамического возбуждения пьезокерамики могут быть легко аппроксимированы как +/- 500E-06 м / метр (т.е. 500 микродеформаций). Эта цифра обычно используется в качестве практического правила, исходя из предела прочности материалов и включается в график как верхний предел.
Намного легче экспериментально измерить поверхностную деформацию различных конструкций и вывести внутренние напряжения, чем непосредственно измерить напряжение.

Ось Y этого графика показывает приложенную +/- равномерную деформацию, ось X показывает частоту приложения синусоидальной деформации. Линии представляют собой «контуры постоянной выходной электрической мощности», показывающие компромисс между приложенной деформацией и приложенной частотой для этого небольшого образца керамики. Для керамики того же размера низкочастотные вибрационные среды потребуют устройств, рассчитанных на более высокие нагрузки, чем высокочастотные вибрационные среды.

Никакой практический дизайн не достигнет этого верхнего предела. Напряжения / деформации редко бывают одинаковыми, никогда не применяются без потерь, а электронные схемы никогда не бывают идеальными. Работа по проектированию комбайна состоит в основном из поиска различных компромиссов. Рассмотрим в качестве примера консольную биморфную балку. Когда балка изгибается, средняя деформация в керамических слоях составляет ровно половину деформации поверхности, поэтому, когда поверхность находится на пределе, напряжение на пластинах будет только 1/2 достижимого максимума, а энергия, запасенная в емкости слоя поэтому будет только 1/4.Но становится еще хуже! Во время вибрации распределение деформации на поверхности неоднородно по длине балки — она высока около точки кантилевера и падает, выходя на наконечник, уменьшая предельный выход, возможно, еще на 1/4 — 1/3. Таким образом, цена удобства биморфа заключается в том, что его электрическая мощность на каждые 10 мм квадрата устройства действительно будет примерно 1/16 от того, что показано на нашем графике. ВНИМАНИЕ: выходная мощность может быть меньше, чем кажется!

Что касается выходной мощности, то процесс проектирования сосредоточен на передаче полной электрической энергии нагрузке при определенной комбинации напряжения и тока (например,грамм. 5 В при 0,05 мА (среднеквадратичное значение)). В принципе, это определение не зависит от конструкции входа и состоит в основном из разделения пьезокерамики на несколько слоев, которые соединяются параллельно.

В качестве справочного руководства общего назначения в таблице 4 показан спектр генераторных преобразователей, обычно используемых в пьезоэлектрических устройствах. Это может быть достигнуто после энергетического расчета путем разделения объема керамики на слои (с параллельной разводкой). Результатом является многослойная конструкция, способная передавать ту же энергию при более низком напряжении и более высоком токе.

Тахогенераторы | Сигналы электрического оборудования

Электромеханический генератор — это устройство, способное производить электрическую энергию из механической энергии, обычно вращения вала. Когда генераторы не подключены к нагрузочному сопротивлению, они будут генерировать напряжение, примерно пропорциональное скорости вращения вала. Благодаря точной конструкции и конструкции генераторы могут быть сконструированы для получения очень точных напряжений для определенных диапазонов скоростей вала, что делает их хорошо подходящими в качестве устройств измерения скорости вала в механическом оборудовании.Генератор, специально разработанный и сконструированный для этого использования, называется тахогенератором или тахогенератором . Часто используется слово «тач» (произносится как «гвоздь»), а не весь мир.

Измеряя напряжение, создаваемое тахогенератором, вы можете легко определить скорость вращения всего, к чему он механически присоединен. Один из наиболее распространенных диапазонов сигнала напряжения, используемых с тахогенераторами, составляет от 0 до 10 вольт. Очевидно, поскольку тахогенератор не может генерировать напряжение, когда он не вращается, ноль не может быть «живым» в этом стандарте сигналов.Можно приобрести тахогенераторы с разными «полномасштабными» (10 вольт) скоростями для различных приложений. Хотя делитель напряжения теоретически может использоваться с тахогенератором для расширения диапазона измеряемых скоростей по шкале 0–10 вольт, не рекомендуется значительно превышать скорость такого точного прибора, как этот, иначе его срок службы будет сокращен.

Тахогенераторы также могут указывать направление вращения по полярности выходного напряжения. Когда направление вращения генератора постоянного тока с постоянным магнитом меняется на противоположное, полярность его выходного напряжения переключается.В системах измерения и управления, где требуется указание направления, тахогенераторы обеспечивают простой способ его определения.

Тахогенераторы часто используются для измерения скорости электродвигателей, двигателей и оборудования, которое они приводят в действие: конвейерные ленты, станки, миксеры, вентиляторы и т. Д.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Датчик крутящего момента, используемый для измерения выходной мощности двигателя

Проблема:

Компания-производитель генераторов рассматривала ряд двигателей, которые потенциально можно было бы включить в конструкцию своих генераторов.Каждый двигатель имел номинальную выходную мощность, но компания хотела независимо измерять выходную мощность различных двигателей, пока они находились в корпусе генератора, получая различные нагрузки от источника питания

Решение:

Для измерения мощности двигателей было решено, что они будут измерять крутящий момент на валу между обмотками двигателя и генератора, а затем умножать его на число оборотов вала. Для регистрации крутящего момента вал был оснащен встроенным датчиком крутящего момента; модуль измерения деформации T24-SA был откалиброван для выдачи крутящего момента в Нм.Число оборотов вала регистрировалось с помощью оптического датчика, который создавал импульс каждый раз, когда белая точка на валу проходила мимо датчика; этот датчик был подключен к модулю сбора импульсов T24-PA, который рассчитывал частоту вращения вала. Изготовитель требовал показания на частоте 100 Гц, поэтому каждый модуль был настроен на передачу на частоте 200 Гц, чтобы учесть радиоколлизии и обеспечить как минимум 100 Гц на канал. Одна базовая станция USB T24-BSu использовалась для сбора всех данных и регистрации с помощью T24-LOG24. После того, как данные были записаны обратно в файл CSV, два собранных значения можно было умножить и рассчитать выходную мощность.

См. Обзор решения ЗДЕСЬ.

Товаров, используемых в этом приложении:

Базовая USB-станция беспроводной телеметрии с расширенным диапазоном

Т24-БСуэ

Передатчик импульсов беспроводного датчика OEM

T24-PA

OEM Беспроводной датчик тензометрического датчика

T24-SA

Беспроводной преобразователь датчика температуры OEM

Т24-ТА

(PDF) Комбинированное повышение производительности ультразвукового генератора и преобразователя

Комбинированное повышение производительности ультразвукового генератора и преобразователя

JAE Vol 10 No 1

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают благодарность профессору.Б. Декерису за поддержку презентации этой работы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1]

В. Домаркас, Р. Казис, «Пьезоэлектрические преобразователи для измерительных приборов», Минтис,

Вильнюс, 1975, с.255.

[2]

C.Kauczor, N.Frohleke, «Инверторные топологии для ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей

с высоким механическим коэффициентом добротности» 35-я ежегодная конференция IEEE Power Electronics Specialis1.r

Conference, 2004, pp.2736-2741 .

[3]

л.Capineri, L.Masotti, M.Rinieri, S.Rocchi, «Ультразвуковой преобразователь как черный ящик: синтез эквивалентной схемы

и проектирование согласованной сети», IEEE Transactions по ультразвуковому оборудованию

, сегнетоэлектрикам и контролю частоты, Vol. 40, No. 6, 1993, pp.694-703.

[4]

В.П. Мейсон, «Электромеханические преобразователи и волновые фильтры», Принстон, Нью-Джерси, Ван

Ностранд, 1948

[5]

М. Редвуд, «Переходные характеристики пьезоэлектрического преобразователя», JASA, 33, 1961,

с.527-536,

[6]

Р. Кримгольц, Д. Лидом, Г. Маттаи, «Новая эквивалентная схема для элементарных пьезоэлектрических преобразователей

», Электронные письма, Электрон. Lett. 6. С. 398-399,1970

[7]

Л.Свилайнис, В.Думбрава, «Измерение комплексного импеданса ультразвуковых преобразователей

», Ультрагарсас, 2007, №1 (62), стр. 26 -29.

[8]

«Примечания по проектированию систем согласования для пьезоэлементов» Примечания к применению

Airmar Technology Corporation, 2005, стр.4.

[9]

Л. Бессер, «Практическое проектирование радиочастотных схем для современных беспроводных систем: пассивные схемы и системы

», Норвуд, США, Artech House, 2003, стр. 529.

[10]

Р. В. Броунли «Согласование сетей для усилителей мощности, работающих при высоких нагрузках

КСВН», High Frequency Electronics, 2004, pp.58-62.

[11]

Л. Свилайнис, В. Думбрава «Применение ВЧ трансформатора для возбуждения ультразвука:

начальное исследование» Ультрагарсас, 58, Каунас, 2006, стр. 25-29.

[12]

Г. Петерсен, «L-согласование выхода стробируемого усилителя RITEC с произвольной нагрузкой

», RITEC Inc., США, стр.8

[13]

Ch.Trask, «Проектирование широкополосных трансформаторов для усилителей мощности HF и VHF»,

QEX / Communications Quarterly, 2, 2005, стр. 3-15.

[14]

Л. Свилайнис, Г. Мотеюнас, «Усилитель мощности для возбуждения ультразвукового преобразователя»,

Ultragarsas, Каунас, 2006, № 1 (58), с.30-36.

[15]

J.A. Браун, Г. Локвуд, «Недорогой высокопроизводительный генератор импульсов для ультразвуковой визуализации

», транзакции IEEE по ультразвуковым сегнетоэлектрикам и управлению частотой

, Том 49, № 6, 2002 г., стр. 848-851.

Преобразователь

ватт, преобразователь активной мощности ватт 9000 1 преобразователь ватт, преобразователь активной мощности ватт

Переменная серии P Частотный вход
Однофазная и трехфазная активная мощность, кВт преобразователь

Powertek
UK Тел .: +44 1788 519911
США Тел .: +1631 913 3242
Электронная почта: info @ powertekus.com
Эл. почта: [email protected]

Вернуться к домашняя страница | [email protected] | свяжитесь с нами

Получать P-серия Технический паспорт PDF

Серия P Ватт-преобразователи бывают предназначен для измерения активной мощности в одно- и трехфазных системах. Они напрямую преобразовывать активную мощность, потребляемую нагрузкой, в изолированный выход постоянного тока пропорционально входной мощности в ваттах или кВт.Серия P измеряют истинную мощность и являются эффективными среднеквадратичными значениями калиброванные преобразователи с 4-20 мА (живым нулем 4 мА) или напряжением (0-10В) выходы.

Дополнительное питание прибора требуется для обеспечения того, чтобы Расчет ватт действителен даже при изменении входного напряжения. Поскольку P серия правда Измерение среднеквадратичного значения, его расчет мощности переменного тока действителен даже с искаженными формами сигналов до 9-й гармоники с пик-фактором 5. Серия P обычно используется для измерения мощности при наличии искаженных форм тока, например, насосы с регулируемой скоростью, контроллеры двигателей, ИБП и тиристорные приводы.Над блоки также используются для проверки систем энергоменеджмента, распределительные щиты, органы управления генераторами и телеметрией. Изоляция 2,5кВ есть между входным и выходным сигналом, позволяя выходу серии P быть безопасно подключаться к компьютерным системам PLC и даже к обычным аналоговым счетчикам

ОСОБЕННОСТИ

Точность от 5 Гц до 500 Гц, заводская
калиброванный
Доступен как в однофазной, так и в трехфазной конфигурации
Двунаправленный ввод и вывод
Доступен с датчиками тока с разъемным сердечником

ПРИЛОЖЕНИЯ

Точный мониторинг реальной (активной) мощности, содержащей компоненты постоянного и несинусоидального переменного тока
Приводы с частотно-регулируемым приводом
Идеально подходит для сложных сигналов переменного тока и цепей включения с регулируемым фазовым углом

Входной диапазон переменной частоты (5 Гц-500 Гц)

РУКОВОДСТВО ПО ВЫБОРУ — ОДНОФАЗНЫЙ (ОДИН ЭЛЕМЕНТ)

РУКОВОДСТВО ПО ВЫБОРУ — ТРЕХФАЗНЫЙ, ТРЕХПРОВОДНЫЙ (ДВУХЭЛЕМЕНТНЫЙ)

РУКОВОДСТВО ПО ВЫБОРУ — ТРЕХФАЗНЫЙ, ЧЕТЫРЕХПРОВОДНЫЙ (ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫЙ)

Модели с твердым сердечником поставляются с 18-дюймовыми кабелями на размеры сенсора C и D. Все остальные модели с твердым сердечником входят в комплект со съемным 8-футовым кабелем. Размер сенсора C с разъемным сердечником модели поставляются с 8-футовым кабелем. Все другие модели с разъемным сердечником поставляются со съемным 8-футовый кабель. Доступны более длинные кабели.

ЗАКАЗ
Для всех устройств требуется прибор 115 В переменного тока. мощность 50/60 Гц.
Дополнительное питание прибора 230 В перем. Тока — добавить суффикс «-22»
ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ДАТЧИК ТОКА С РАЗЪЕМНЫМ ЖИЛОМ
ДОБАВЛЯТЬ СУФФИКС «S» К НОМЕРУ ДЕТАЛИ (укажите текущий диапазон)
ДОСТУПНЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДИАПАЗОНЫ ТОКА
ДАТЧИК РАЗМЕРЫ, ПРЕДСТАВЛЕННЫЕ ВЫШЕ

Возвращаться на Домашнюю страницу

Датчики на эффекте Холла

GOALS :

Опишите эффект Холла.
Обсудить принципы работы генератора Холла.
Обсудите приложения, в которых можно использовать генераторы Холла.

Принципы работы

Fgr. 1 Постоянный ток течет через кусок полупроводникового материала.

Эффект Холла — это простой принцип, широко используемый в промышленности. Cегодня. Эффект Холла был открыт Эдвином Х. Холлом в университете Джонса Хопкинса. Университет 1879 г.

Изначально мистер Холл использовал кусок чистого золота для создания эффекта Холла, но сегодня используется кусок полупроводникового материала, потому что полупроводник материал работает лучше и дешевле в использовании. Устройство часто называется генератором Холла.

Fgr. 1 показано, как возникает эффект Холла. Постоянный ток источник питания подключается к противоположным сторонам куска полупроводника материал. К двум другим сторонам подключен чувствительный вольтметр.

Если ток течет прямо через полупроводниковый материал, напряжение отсутствует. производится через подключение вольтметра.

Fgr. 2 показан эффект приближения магнитного поля к полупроводнику. материал. Магнитное поле вызывает обнаружение пути прохождения тока. в одну сторону от материала. Это вызывает появление потенциала или напряжения. через противоположные стороны полупроводникового материала.

Если полярность магнитного поля поменять местами, путь тока будет обнаруживается в противоположном направлении, как показано на Fgr.3. Это вызывает полярность напряжения, создаваемого генератором Холла, должна измениться. Два фактора определить полярность напряжения, создаваемого генератором Холла:

1. направление протекания тока через полупроводниковый материал; и

2. полярность магнитного поля, используемого для определения тока.

Величина напряжения, производимого генератором Холла, определяется по:

1. величина тока, протекающего через полупроводниковый материал; и

2.сила магнитного поля, используемого для определения пути тока.

Генератор Холла имеет много преимуществ перед другими типами датчиков. С это твердотельное устройство, у него нет движущихся частей или контактов, которые можно было бы износить вне. На него не влияют грязь, масло или вибрация. Генератор Холла представляет собой интегральную схему, которая устанавливается во многих различных типах и стилях. случаев.

Fgr. 2 Магнитное поле определяет путь прохождения тока через полупроводник.

Fgr. 3 Текущий путь обнаруживается в противоположном направлении.

Fgr. 4 Вращающийся магнитный диск создает переменное напряжение.

— Применение генератора Холла —

Датчик скорости двигателя

Генератор Холла может использоваться для измерения скорости вращающегося устройства. Если диск с магнитными полюсами по окружности прикреплен к вращающегося вала, а рядом с диском установлен датчик Холла, напряжение будет производиться при вращении вала.Так как диск имеет чередующиеся магнитные полярности по окружности, датчик будет вырабатывать переменное напряжение. Fgr. 4 показан генератор Холла, используемый таким образом. Fgr. 5 показывает AC форма волны, создаваемая вращающимся диском. Частота переменного напряжения пропорциональна количеству магнитных полюсов на диске и скорости вращения.

Другой метод определения скорости — использование реактора. Отражатель — это диск из черного металла, используемый для отвода магнитного поля от другого объект.В этом типе датчика используется металлический диск с зубцами, прикрепленный к вращающемуся вал. Диск разделяет датчик Холла и постоянный магнит (рис. 6). Когда выемка находится между датчиком и магнитом, создается напряжение. генератором Холла. Когда твердая металлическая часть диска находится между датчик и магнит, магнитное поле отводится от датчика. Это вызывает значительное падение напряжения, создаваемого генератором Холла.

Поскольку полярность магнитного поля не меняется, напряжение генератор Холла — это пульсирующий постоянный ток вместо переменного. Текущий.

Fgr. 7 показаны импульсы постоянного тока, создаваемые генератором. Количество импульсов выработка в секунду пропорциональна количеству зазубрин на реакторе и скорости вращающегося вала.

Fgr. 5 синусоидальная волна.

Fgr. 6 Реле отводит магнитное поле от датчика.

Fgr. 7 Прямоугольные импульсы, создаваемые генератором Холла.

Fgr. 8 Генератор Холла, используемый для определения положения движущегося устройства.

Датчик положения

Генератор Холла можно использовать аналогично концевому выключателю. Если датчик установлен рядом с движущимся оборудованием, а постоянный магнит прикреплен к движущемуся оборудованию, будет производиться напряжение когда магнит движется рядом с датчиком (рис. 8). Преимущества зала датчик состоит в том, что у него нет контактов брони рычага, которые можно износить как обычный предел переключатель, поэтому он может выполнять миллионы операций машины.

Датчик положения на эффекте Холла показан на рис. 9. Обратите внимание, что этот тип Датчик различается по размеру и стилю, чтобы соответствовать практически любому применению. Должность датчики работают как цифровые устройства в том смысле, что они определяют присутствие или отсутствие магнитного поля. У них нет способности ощущать интенсивность поля.

Концевые выключатели на эффекте Холла

Fgr. 9 Датчик положения на эффекте Холла.

Fgr.10 Концевой выключатель на эффекте Холла.

Fgr. 12 Датчик Холла.

Fgr. 11 Датчик Холла определяет, когда в цепи протекает постоянный ток.

Еще одно устройство на эффекте Холла, используемое в очень похожем приложении, — это устройство Холла. концевой выключатель эффекта (Fgr.10). В этом концевом выключателе используется генератор Холла. вместо набора контактов. Магнитный плунжер приводится в действие механически маленькой кнопкой. К переключателю могут быть прикреплены различные типы рычагов, что позволяет использовать его во многих приложениях.

Эти переключатели обычно предназначены для работы от источника постоянного тока напряжением 5 В. для приложений TTL (транзисторно-транзисторная логика) или от 6 до 24 вольт Источник постоянного тока для взаимодействия с другими типами электронного управления или для обеспечения вход для программируемых контроллеров.

Датчик тока

Так как источником тока для генератора Холла предусмотрен отдельный источник питания, магнитное поле не должно двигаться или изменяться для получения выходного напряжения.Если датчик Холла установлен рядом с катушкой провод, напряжение будет создаваться генератором, когда ток течет через провод. Fgr. 11 показывает датчик Холла, используемый для обнаружения постоянного тока. протекает по контуру. Датчик на эффекте Холла показан на рис. 12.

Генератор Холла все чаще используется в промышленности. Поскольку время нарастания и спада сигнала генератора Холла обычно составляет менее 10 микросекунд, он может работать с частотой импульсов до 100000 импульсов в секунду.Это делает его особенно полезным в промышленности.

Fgr. 13 Линейный преобразователь на эффекте Холла.

Линейные преобразователи

Линейные преобразователи

предназначены для создания пропорционального выходного напряжения. к напряженности магнитного поля. Входное напряжение обычно от 8 до 16 вольт, но величина выходного напряжения определяется типом преобразователя. использовал. Линейные преобразователи на эффекте Холла могут быть получены двух типов: выходов.Один тип имеет регулируемый выход и выдает напряжение 1,5. до 4,5 вольт. Другой тип имеет коэффициентно-метрический вывод и дает выходное напряжение составляет от 25% до 75% входного напряжения. Линейный эффект Холла преобразователь показан на рис. 13.

ВИКТОРИНА :

1. Из какого материала был изготовлен первый генератор Холла?

2. Какие два фактора определяют полярность производимого выходного напряжения.

Сущность и принцип действия генераторных преобразователей

Основные виды генераторных преобразователей

Термоэлектрические преобразователи (термопары)

Пьезоэлектрические преобразователи

Индукционные преобразователи

Области применения генераторных преобразователей

Преимущества и недостатки генераторных преобразователей

Метрологические характеристики генераторных преобразователей

Заключение

Генераторные преобразователи

Пьезоэлектрические преобразователи

Индукционные преобразователи

Генераторные преобразователи — Энциклопедия по машиностроению XXL

Генераторный преобразователь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Генераторный преобразователь

Ревин В.Т. (сост.) Методические указания к лабораторной работе Э.6А Генераторные измерительные преобразователи

n1.doc

Параметрические измерительные преобразователи неэлектрических величин

Узнать еще:

Электронный архив РГППУ: Метрология и электрические измерения : учебное пособие

Измерение неэлектрических величин электрическими методами.

1. Реостатные преобразователи

2. Преобразователи контактного сопротивления

3. Проволочные преобразователи

4. Термосопротивления

5. Электролитические преобразователи

6. Индуктивные преобразователи

7. Емкостные преобразователи

8. Ионизационные преобразователи

9. Индуктивные преобразователи

10. Пьезоэлектрические преобразователи

11. Термоэлектрические преобразователи

Тахогенератор — обзор | Темы ScienceDirect

3.3 Управление скоростью

Пьезоэлектрические генераторы | PIEZO.COM

Тахогенераторы | Сигналы электрического оборудования

Датчик крутящего момента, используемый для измерения выходной мощности двигателя

Проблема:

Решение:

Товаров, используемых в этом приложении:

Базовая USB-станция беспроводной телеметрии с расширенным диапазоном

Передатчик импульсов беспроводного датчика OEM

OEM Беспроводной датчик тензометрического датчика

Беспроводной преобразователь датчика температуры OEM

(PDF) Комбинированное повышение производительности ультразвукового генератора и преобразователя

ватт, преобразователь активной мощности ватт 9000 1 преобразователь ватт, преобразователь активной мощности ватт

Датчики на эффекте Холла

Принципы работы

Похожие записи

Преобразователь тока автомобильный. Автомобильный инвертор: как выбрать преобразователь напряжения 12-220В для ноутбука и других устройств

Частотный преобразователь для однофазного двигателя: особенности применения и настройки

Преобразователь первичный измерительный. Первичный измерительный преобразователь: виды, принцип работы, применение

Добавить комментарий Отменить ответ