сделать его минимальным; 9) динамические свойства, определяющие работу преобразователя в переходном режиме. Динамическая характерис­ тика преобразователя задается в виде дифференциального уравнения, передаточной функции, кривой переходного процесса или амплитудо­ фазовой характеристики. При быстрых измерениях динамические свойст­ ва преобразователя влияют на его точность.

Преобразователи можно разделить.на два класса: 1) параметрические и 2) генераторные. Для первых выходной величиной является один из параметров электрической цепи г, L, С или М, а для вторых — э. д. с. или частота.

6.3.Измерение температуры

Внастоящее время измерение температуры производится двумя метода­ ми — контактным и бесконтактным. При измеренйи контактным мето­ дом чувствительный элемент измерительного преобразователя находится в среде, температура которой определяется, а при измерении бесконтакт­ ным — связь среды с чувствительным элементом осуществляется посред­

резистор, изготовленный из проводника или полупроводника, а ТЭП представляет собой термопару, изготовленную из благородных или небла­ городных металлов. Приборы для измерения температуры с использова­ нием терморезистора в качестве чувствительного элемента называются термометрами сопротивления, а с применением термопары — термо­ электрическими термометрами. Некоторые данные о приборах и методах, применяемых в различных диапазонах измерения температуры, приводят­

Медные преобразователи термометров сопротивления изготовляют из изолированной проволоки, бифилярно намотанной на каркас из пластмассы, помещаемый в алюминиевую гильзу. Арматура этих преобра­ зователей такая же, как и для платиновых. Для измерения температуры

впомещениях применяется арматура облегченного типа.

Вкачестве преобразователей при измерении температуры и других физических величин (давление, скорость) могут быть использованы полу­ проводниковые терморезисторы — термисторы. Термисторы представ­ ляют собой объемные резисторы в форме стержней, дисков, шайб, буси­ нок и пленок, изготовленных из смеси окислов металлов. Размеры их мо­ гут быть от десятых долей до десятков миллиметров.

Сопротивление термистора определяется зависимостью

RT = Аев/Г,

где А— постоянная, зависящая от физических свойств полупроводни­ ка, геометрической формы и размеров термистора; В — постоянная, за­

ТКС для термистора имеет отрицательное значение, а величина его при t = 20 °С может быть в пределах 1,5...7,0 %ГС и зависит от В. Тем­ пературные зависимости термистора и медного резистора представлены на рис. 88.

Особенностью термисторов является отрицательный температурный ко­ эффициент сопротивления по модулю примерно на порядок превосходя­ щий температурный коэффициент металлов. Термисторы выпускают в раз­ личных конструктивных исполнениях: герметизированные, используемые в условиях повышенной влажности и в химически активных средах; малогабаритные — для измерения температуры небольших деталей или

•Стяжнаясеребряная-•

лента

'Гильза

алюминиевая

K J

ч-l.

шш

Рис. 97

R — сопротивление преобразователя; ам — максимальный угол поворо­ та ползунка от средней точки; а — угол поворота ползунка; г0 — сопро­

U0 — Uа/2аш

т. е. наблюдается линейная зависимость тока от угла поворота движка. Ток в измерителях рассмотренных схем зависит от напряжения пи­ тания, что в ряде случаев неудобно. Схема с логометром, представленная

на рис. 99, г, не имеет этого недостатка.

Тензопреобразователи. Принцип их действия основан на зависимости активного сопротивления проводника от его механической деформации. Эта зависимость определяется коэффициентом относительной тензочувствительности

и = ед/б/,

где е'я — относительное изменение сопротивления проводника; ez — от­ носительное изменение длины проводника.

При деформации твердых тел изменение их длины связано с изменени­ ем объема. В области упругих деформаций эта зависимость определяется коэффициентом Пуассона

*р = 8ь/е/,

где еь — относительное значение поперечной деформации; b — попереч­ ный размер проводника.

Сопротивление проводника определяется выражением

R = рUs.

Полный дифференциал от R равен

dR = dpljs + dlp/s — ds (p//s2).

нуюизменением температуры тензодатчика. Общая погрешность устройст­ ва с применением тензопреобразователя, включая погрешность указате­ ля, усилителя и других элементов схемы, составляет 10... 15 %.

Приборостроительная промышленность выпускает тензометрические установки — тензостанции, которые обеспечивают измерение и регистра­ цию по нескольким каналам.

На структурной схеме одного канала, приведенной на рис. 101, М — мост с тензодатчиками; У — усилитель выходного сигнала моста; Д — демодулятор; Ф — фильтр; ЭРУ — электрическое регистрирующее уст­ ройство; Г — генератор звуковой частоты; К — устройство контроля ра­ боты схемы; П — элемент установки на нуль.

Питание измерительного канала производится, от генератора часто­ той 1000...3000 Гц. Мост состоит из двух полумостов, один из которых находится на испытуемой конструкции, а другой — в аппаратуре. На вы­ ходе моста получается сигнал с несущей частотой f0, модулированный по амплитуде в соответствии с характером нагружения. Этот сигнал усили­ вается и подается на демодулятор Д, за которым следует фильтр Ф. Фильтр Ф не пропускает несущую частоту и на выходе его получается огибающая подаваемого на него сигнала.

Сигнал с фильтра подается на измерительное или регистрирующее устройство.

Индуктивный преобразователь перемещения представляет собой ка­ тушку с ферромагнетиком, индуктивность которой может изменяться в функции перемещения. Сопротивление катушки индуктивности опреде­ ляется выражением Z = г + /©L. Если магнитопровод преобразователя имеет воздушный зазор, то значение коэффициента самоиндукции опреде­ ляется

, ______ w*

~ 2М+ <5/|V *

где Z„ — магнитное сопротивление ферромагнетика; w — количество виткрв катушки; б — величина воздушного зазора магнитопровода; s — площадь воздушного зазора; р0 — магнитная проницаемость воздуха.

Связав две последние величины с линейным или угловым перемещени­ ем, получаем индуктивный преобразователь перемещения. Его сопротив­ ление составляет

Z = г -f j(ow2/(ZM+ 6/p0s).

Индуктивные преобразователи могут быть выполнены по различным конструктивным схемам (рис. 102), Преобразователь, показанный на рис. 102, а, имеет переменную величину воздушного зазора, а на схеме рис. 102, б — переменную площадь зазора. На рис. 102, ей г показаны пре­ образователи, в воздушном зазоре которых перемещается алюминиевый или медный экран, благодаря которому меняется магнитная проводимость воздушного зазора. Преобразователь на рис. 102, д не имеет замкнутой магнитнрй цепи и его сопротивление связано с положением перемещающе­ гося магнитного сердечника в катушке.

В преобразователе, показанном на рис. 102, е, магнитный поток за­ мыкается через пластину, набранную из листов электротехнической стали. Магнитное сопротивление пластины вдоль н поперек набора

схемы позволяют лучше согласовывать напряжение преобразователя с напряжением питания или сопротивлением преобразователя.

Наряду с индуктивными применяются и трансформаторные (взаимоиндуктивные) преобразователи перемещений. От индуктивных они отли­ чаются наличием двух-обмоток на магнитной системе. Благодаря этому связь между источником питания и указателем всегда трансформаторная.

На рис: 106 показаны две схемы преобразователей, предназначенных для преобразования линейного (а) и углового (б) перемещений. Преобра­ зователь, представленный на рис. 106, б, называют еще ферродинамическим преобразователем угла поворота типа ДФ.

Действие датчика основано на преобразовании угла поворота рамки в изменение напряжения на ее выходе. На шихтованном магнитопроводе помещены две катушки wl и w2. Первая предназначена для подключения датчика к источнику питания, а вторая — для смещения нулевого значе­ ния выходной величины U2 (рис. 107).

Динамические свойства индуктивных преобразователей соответству­ ют свойствам пропорционального звена, передаточная функция которых

W[p) = K,

где К — коэффициент передачи преобразователя.

Емкостный преобразователь перемещений представляет собой конден­ сатор с подвижными пластинами или с подвижным диэлектриком. Ем­ кость плоского конденсатора определяется

С = es/6,

C1 CZ

AX'

•h

г

777777777777,

Рис. 108

уде e — диэлектрическая проницаемость среды; s — площадь поверхности обкладок; 6 — расстояние между обкладками.

Наиболее распространены емкостные преобразователи с перемещени­ ем обкладок. При этом может меняться расстояние между ними или рабо­ чая площадь обкладок (рис. 108). Емкостной преобразователь можно использовать для измерения перемещений физических величин, которые связаны с каким-либо из параметров конденсатора, например с величиной или потерями в диэлектрике. Последнее используется при измерении влажности или состава вещества.

На рис. 109 показана схема емкостного преобразователя для измере­ ния уровня жидкости. Он состоит из металлической трубки, внутри которой жестко укреплен металлический стержень. Преобразователь помеща­ ется в сосуд, в котором измеряется уровень жидкости. Емкость такого

где Я — полная длина преобразователя (длина трубки); h — длина труб­ ки, заполненная жидкостью; е. — диэлектрическая проницаемость жид­ кости; е — диэлектрическая проницаемость воздуха; Rx и R2 — радиу­ сы внутреннего и внешнего электродов.

Наиболее часто применяются дифференциальные емкостные преобра­ зователи (рис. 110). Они имеют близкую к. линейной зависимость Между перемещением и током указателя, а также незначительные электростати­ ческие усилия на подвижном электроде.

Емкостные преобразователи перемещения используются в датчиках давления. В этом случае одной из обкладок конденсатора является упру­ гая мембрана, воспринимающая давление среды. При изменении давле­ ния меняется деформация мембраны, и тем самым меняется расстояние между обкладками. Таким образом, получается зависимость между ем­ костью преобразователя и величиной давления. В преобразователях* такого типа величина емкости меняется на 15...20%.

Динамические свойства емкостного преобразователя перемещения соответствуют свойствам пропорционального звена с передаточной функ­ цией

W(p) = K,

где К — коэффициент передачи преобразователя.