Файл: Электрические измерения. Общий курс учебник.pdf

рнстикп, которые в значительной мере определяют точность измере­ ния.

Динамические свойства преобразователя могут быть охарактери­

от его частоты, или двумя характеристиками — амплитудно-частот­ ной у = Ух (w) и фазо-частотной ср = cpj (w) для линейных преобра­ зователей, т . е . преобразователей, поведение которых в переходных режимах описывается линейным дифференциальным уравнением;

в) аналитически в виде дифференциального уравнения, связы­ вающего выходную и входную величины, или в виде передаточной функции s (р), определяемой как отношение изображения (по Лап­ ласу) выходной величины у (р) к изображению входной величины

X (р).

Обычно от преобразователя требуется, чтобы он вносил минималь­ ное запаздывание в процесс преобразования.

Кроме рассмотренных свойств, при оценке преобразователей учи­ тываются также и другие показатели их качества работы: влияние внешних факторов (температуры, давления, вибрации и т. д.), взрывобезопасность, устойчивость к механическим, термическим, элект­ рическим и другим перегрузкам, удобство монтажа и обслужива­ ния, габариты, вес, удобство градуировки, стоимость изготовления и эксплуатации, надежность и т . д .

Для удобства изучения измерительные преобразователи класси­ фицируются по принципу их действия, т. е. по тому явлению, кото­ рое используется для преобразования неэлектрической величины в электрическую. Преобразователей, отличающихся принципом дей­ ствия, очень много. Ниже будут рассмотрены только наиболее часто применяемые преобразователи.

42. Параметрические измерительные преобразователи неэлектрических величин в электрические

Общие замечания. В параметрических преобразователях выход­ ной величиной является параметр электрической цепи (r, L , М, С ) . Параметрические преобразователи весьма разнообразны по своему устройству, назначению и областям применения. Ниже приводится описание устройства и основы теории параметрических преобразова­ телей, получивших наибольшее практическое применение.

Реостатные преобразователи. Реостатные преобразователи осно­ ваны на изменении величины электрического сопротивления провод­ ника под влиянием входного перемещения. Реостатный преобразо­ ватель, как показывает само название, представляет собой в простей­ шем случае реостат, щетка (движок) которого перемещается под воздействием измеряемой неэлектрическоп величины. На рис. 235 схематически показаны некоторые варианты конструкций реостат-

318

ных преобразователен для углового (рис. 235, а) и линейного (рпс. 235, 6) перемещений. Преобразователь состоит из обмотки, на­ несенной на каркас, и щетки. Форма каркаса зашісит от характера измеряемого перемещения (линейное, угловое), от вида функции пре­ образования (линейная, нелинейная) и других факторов и может иметь вид цилиндра, тора, призмы и т. д. Для изготовления карка­

Проволока для обмотки выполняется из сплавов. Хорошим, но дорогим материалом является сплав платины с иридием (5—30%). Добавка иридия к платине придает ей большую твердость, увеличи­ вает удельное сопротивление и понижает температурный коэффициент

Рис. 235. Реостатные преобразователи: а — для угловых пере­ мещений; б — для линейных перемещений; в — для функцио­ нального преобразования линейных перемещений

электрического сопротивления. Дешевым и часто используемым ма­ териалом является константан. При высоких температурах приме­ няются нихром и фехраль. Для обмотки преобразователя обычно используется изолированный эмалью или оксидной пленкой провод. После изготовления обмотки изоляция провода счищается в местах соприкосновения его со щеткой.

Щетка преобразователя выполняется либо из проволок, либо из плоских пружинящих полосок, причем используются как чистые металлы (платина, серебро), так и сплавы (платина с иридием, фос­ фористая бронза, медно-серебряные сплавы и т. д.). Качество кон­ такта щетки и обмотки определяется контактным давлением, которое выбирается в широких пределах от десятых долей грамма до сотен граммов в зависимости от материалов контакта и обмотки и условий работы преобразователя.

Габариты преобразователя определяются его конструкцией, со­ противлением и величиной мощности, выделяемой в обмотке.

Для получения нелинейной функции преобразования приме­ няются функциональные реостатные преобразователи. Нужный ха­ рактер функции преобразования очень часто достигается путем про­ филирования каркаса преобразователя (рис. 235, в).

В рассматриваемых реостатных преобразователях зависимость изменения сопротивления от перемещения щетки имеет ступенчатый характер, так как сопротивление изменяется скачками на величину сопротивления одного витка. Это вызывает погрешность преобразо-

319

вания. Максимальная погрешность при этом у — Ar/r, где Ar — мак­ симальное сопротивление одного витка; г — полное сопротивление преобразователя.

Иногда применяются реохордные преобразователи, в которых щетка скользит вдоль оси проволоки. В этих преобразователях от­ сутствует указанная выше погрешность.

Выходной параметр реостатных преобразователей — сопротивле­ ние — измеряется обычно с помощью мостовой схемы.

Достоинство реостатных преобразователей состоит в возможности получения значительного выходного сигнала при сравнительно простой конструкции преобразователя. Недостатки — наличие скользящего контакта, необходимость относительно больших пере­ мещений движка, а иногда и значительного усилия для его переме­ щения .

Применяются реостатные преобразователи для измерения (пре­ образования) сравнительно больших перемещений (угловых, линей­ ных) и других неэлектрических величин (усилия, давления и т. д.), которые могут быть преобразованы в перемещение.

Тензочувствительные (проволочные) преобразователи. Тензочувствительные (проволочные) преобразователи основаны на зависимо­ сти электрического сопротивления проводника от вызываемого в нем механического напряжения.

Если проволоку подвергнуть механическому воздействию, на­ пример растяжению, то сопротивление ее изменится. Относительное изменение сопротивления проволоки

Д г /г = S М/І,

где S — коэффициент тензочувствительности; А/,7 — относительная деформация проволоки.

Изменение сопротивления проволоки при механическом воздей­ ствии на нее объясняется изменением геометрических размеров (длины, диаметра) и удельного сопротивления материала.

Тензочувствительные преобразователи, широко применяемые в-на­ стоящее время (рис. 236), представляют собой тонкую зигзагообразпоуложенную и приклеенную к полоске бумаги (подложке 1) про­ волоку 2. Преобразователь включается в схему с помощью привари­ ваемых или припаиваемых выводов 3. Преобразователь наклеивается на поверхность исследуемой детали так, чтобы направление ожидае­ мой деформации совпадало с осью длинной стороны петель проволоки. При деформации детали сопротивление проволоки изменяется.

Для изготовления преобразователей применяется главным об­ разом проволока диаметров 0,02—0,05 мм из константана, имеющего коэффициент S = 1,9 -т- 2,1. Кроме того, константан обладает малым температурным коэффициентом, что очень важно, так как изменение сопротивления преобразователей при деформациях, например, сталь­ ных деталей соизмеримо с изменением сопротивления преобразова­ теля при изменении температурных условий. В качестве подложки используется тонкая (0,03—0,05 мм) бумага, а также пленка лака пли клея, а при высоких температурах — слой цемента.

320

Применяются также фольговые преобразователи, у которых вместо проволоки используется фольга. Чувствительный элемент преобра­ зователя создается путем травления фольги. При травлении из фольги выбирается часть металла таким образом, что оставшийся металл образует чувствительный элемент необходимой формы и сопротив­ ления.

Для наклеивания проволоки на подложку и всего преобразова­

Преобразователи выполняются различных размеров в зависимо­ сти от назначения. Длина петли (базы) I (рис. 236) у преобразователя

тельных преобразователей применяются мостовые (равновесные и неравновесные) схемы и потенциометрическая схема, представляю­ щая собой делитель напряжения, одно сопротивление которого — преобразователь.

Достоинства этих преобразователей: малые габариты и вес, простота конструкции, надежность (погрешность 1—2%). Недо­ статком их является малая чувствительность.

В тех случаях, когда требуется высокая чувствительность, находят применение тензочувствительные преобразователи, выполненные в виде пластины из полупроводникового материала. Коэффициент тензочувствительности у таких преобразователей достигает несколь­ ких сотен или даже тысяч. Однако воспроизводимость характерис­ тик полупроводниковых преобразователей плохая. Очень удобны