Вимірювальні перетворювачі, їх види та застосування.
Загальна структура вимірювальних пристроїв
У процесі вивчення природних явищ або в процесі виробництва різних виробів необхідно визначати і чисельно оцінювати їх фізичні параметри. Для цього трапляться вимірювальні перетворювачі або датчики фізичних величин.
Перетворювачі вимірювальні (датчики) - засоби вимірювання, що перетворюють вимірювану неелектричну величину в іншу фізичну величину, зручну для використання людиною або автоматичним пристроєм.
У перетворювачі необхідно розрізняти первинне і вторинне перетворення вимірюваної фізичної величини.
До первинного перетворення відносяться чутливі елементи, безпосередньо сприймають вимірювану фізичну величину. Наприклад, для вимірювання тиску служать мембрани, анероїдні коробки, сильфони і т. П. Їх завдання - сприйняти тиск і перетворити в механічне переміщення, яке зручніше для подальшого - вторинного перетворення в електричну величину.
Основних видів первинних перетворювачів два:
- перетворювачі, в яких вимірювана величина перетвориться в лінійне або кутове переміщення;
- перетворювачі, що використовують зміна електричних властивостей чутливого елемента при зміні вимірюваної величини.
Принципово існують і інші види перетворювачів, наприклад, хімічні або теплові, але вони не знайшли широкого застосування.
По виду вихідного параметра перетворювачі поділяються на параметричні та генераторні.
Вихідний величиною параметричного перетворювача є пасивний параметр електричного кола - опір, ємність, індуктивність тощо. Їх застосування в вимірювальних схемах вимагає допоміжного джерела живлення. Найбільше застосування знайшли параметричні перетворювачі наступних видів:
- реостатні, засновані на залежності величини опору від положення рухомої щітки реостата (потенціометра). Застосування - при вимірюванні неелектричних параметрів, які можуть бути перетворені в лінійні або кутові переміщення, наприклад, тисків за допомогою анероїда коробок, якщо при цьому не потрібна висока точність.
- тензометричні, засновані на залежності величини опору від розтягування чутливого елемента - тензометрического датчика, що представляє собою петлеобразно покладену тонку і довгу металеву дріт діаметром 0,02-0,05 мм, приклеєну на об'єкт вимірювання. Застосування - для вимірювання деформацій, механічної напруги, тисків і т. П .;
- термочутливих, що використовують залежність опору від температури, виконуються у вигляді котушок з тонкої, зазвичай мідного дроту. Застосування - для вимірювання температури в замкнутому просторі, для вимірювання температури потоків газу або рідини і т. П .;
-индуктивности, що використовують залежність між індуктивністю або взаємною індуктивністю обмоток від положення окремого елемента муздрамтеатру, переміщення якого визначається чутливим елементом. Володіють високою точністю. Застосування - для вимірювання переміщень, тисків і т. П .;
- ємнісні, що використовують залежність між ємністю конденсатора і розміром і розташуванням його обкладок, а також діелектричної проникністю середовища. Мають високу чутливість, малої інертністю і високою точністю. Застосування - для вимірювання рівня рідини, вологості речовин, малих переміщень;
- електролітичні, що використовують залежність між електричним опором електроліту і його концентрацією. Застосування - для вимірювання концентрації розчинів;
- іонізаційні, що використовують залежність між опором газового проміжку і ступеня його іонізації. Застосування - для вимірювання інтенсивності випромінювання, механічного переміщення (іонізаційний манометр), вимірювання щільності та складу газу.
Вихідний величиною генераторного перетворювача є активна електрична величина - е.р.с. або струм. Такі перетворювачі видають виміряну величину у формі електричного сигналу одного з видів - у вигляді рівня електричної напруги постійного, змінного або імпульсного струму. Інформація міститься в одному з електричних параметрів -
в амплітуді, в частоті або в фазі, в числі імпульсів або закодована в коді послідовного або паралельного видів. Найбільше застосування знайшли генераторні перетворювачі наступних видів:
- індукційні, засновані на електромагнітної індукції при переміщенні постійного магніту поблизу котушки, в якій виникає е.р.с. Застосування - для вимірювання швидкості лінійних і кутових переміщень;
- п'єзоелектричні, засновані на використанні п'єзоелектричного ефекту (під дією механічної напруги на поверхні кристала кварцу або іншої речовини виникає електричний заряд). Застосування - для вимірювання параметрів швидко мінливих механічних величин;
- теплоелектричні, засновані на термоелектричному ефекті в ланцюзі термопари (при різній температурі спаїв двох провідників з різнорідних матеріалів в ланцюзі термопари виникає е.р.с.). Застосування - для вимірювання температури в широкому діапазоні;
- гальванічні, засновані на виникненні ЕРС приелектрохімічному взаємодії електродів з розчином. Застосування - вимірювання концентрації іонів в розчинах і газах;
- фотоелектричні, засновані на виникненні е.дс. в деяких металах і напівпровідниках при їх освітленні. Застосування - для вимірювання інтенсивності випромінювання, наприклад, світла.
Вторинні перетворювачі являють собою деяку вимірювальну схему, що сприймає сигнал від первинного перетворювача і перетворює в вид, зручний для споживача. Такими перетворювачами є, наприклад, перетворювачі, які перетворюють амплітуду напруги в код, частоту в напругу, частоту в код і т. П.
Таким чином, загальну структуру вимірювальних пристроїв можна представити у вигляді послідовного з'єднання: первинного перетворювача, вторинного перетворювача і індикаторного (реєструючого) пристрої. Як індикаторних пристроїв в сучасних вимірювальних приладах використовують цифрові індикатори, а в якості реєструючих - пристрої з електронним цифровим пам'яттю.
14.Ісследованіе природних процесів людиною.
Найпростіші системи візуалізації вимірюваних сигналів
та інформації. Електронні осцилографи, їх призначення
Для вивчення природних процесів потрібно мати можливість не тільки вимірювати їх фізичні параметри, а й спостерігати за ходом їх змін. Для цього бажано візуалізнровать ці процеси, т. Е. Зробити їх доступними візуальному спостереженню.
Одним з простих і в той же час найбільш поширених приладів для візуалізації вимірюваних сигналів, що змінюються в часі, є електронний осцилограф.
Основним елементом електронного осцилографа є електронно-променева трубка, яка представляє собою вакуумний балом, розширюється на одному кінці, на внутрішній поверхні цього торця, службовця екраном, нанесений люмінофор, що світиться при попаданні на нього електронів. Безпосередньо перед екраном завдано всередині балкона на його стінки струмопровідний шар, службовець анодом, на який через зовнішній електрод подається висока - від 400 до 5000 Вольт позитивне щодо катода напруга.