Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (093) 202-63-01
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Лекція 3. Вимірювальні перетворювачі. Структура перетворювачів. Характеристики перетворювачів. Види перетворювачів (термоелектричні, терморезисторні, реостатні, тензорезисторні, ємнісні, індуктивні, ультразвукові).

Предмет: 
Тип роботи: 
Лекція
К-сть сторінок: 
12
Мова: 
Українська
Оцінка: 

Електроди термопар із благородних металів виготовляють із дроту діаметром 0,5 мм, а із неблагородних — діаметром 3,5 мм.

Для захисту від зовнішніх впливів (механічних, хімічних і ін.) електроди, ізольовані порцеляновим намистом, поміщують у захисну арматуру у виді циліндра зі спеціальної сталі. Однак вона створює додаткову інерційність, що обмежує застосування даних термопар для дослідження динаміки теплових процесів.
 
Терморезисторні перетворювачі
Принцип дії перетворювачів оснований на залежності електричного опору провідників або напівпровідників від температури.
Для вимірювання температури досить широко застосовують терморезистори, виконані з платинового і мідного дротів, рідше -  вольфрамові і нікелеві терморезистори.
Платинові терморезистори використовують для вимірювання температури в межах - 260 ...+1100 °С, мідні - 200... + 200 °С.
У платинових перетворювачах дріт без ізоляції намотують на каркас зі слюди або кераміки. У мідних терморезисторах застосовують безкаркасну обмотку з ізольованого дроту, зверху покритого фторопластовою плівкою. Для забезпечення необхідної механічної міцності як платинові, так і мідні чутливі елементи вставляють у тонкостінні металеві гільзи, засипають керамічним порошком з високою теплопровідністю і герметизирують.
Залежність електричного опору від температури платинового терморезистора нелінійна. Для мідного вона має вигляд прямої лінії (рис. 3.3, пряма 1) і виражається формулою
 , /3.2/
де α=4,26•10-3  К/м — температурний  коефіцієнт опору; R0 — опір при 0 °С.
Температуру вимірюють також напівпровідниковими терморезисторами, які у порівнянні з металевими мають менші розміри і великі значення температурного коефіцієнта опору.
Залежність опору напівпровідникового перетворювача від температури (рис. 3.3, крива 2) досить добре описується формулою
 , /3.3/
де В - стала, яка має розмірність часу і яка визначає температурну чутливість;  , R0 - опори терморезистора, що відповідають температурам Т і Т0.
Коли для даного терморезистора стала В невідома, то її обчислюють за формулою
 , /3.4/
де R1 і R2 — опори при температурах Т1 і Т2.
Конструктивно напівпровідникові терморезистори виготовляють у виді стрижнів, покритих емалевою фарбою, таблеток і бусинок, оплавлених склом, капсул з металевою оболонкою і т.п. Вони можуть працювати в діапазоні температур - 60... +120°C.
Основним недоліком напівпровідникових перетворювачів, що обмежує область їхнього застосування, є нелінійна характеристика і значний розкид від зразка до зразка як номінального опору, так і сталої В.
Для одержання сигналу вимірювальної інформації опір терморезистора за допомогою моста перетворюється в напругу. Як вимірювальні прилади при вимірюванні температури за допомогою терморезисторів найчастіше використовують логометри з безпосереднім відліком температури за шкалою.
 
Реостатні перетворювачі
Реостатний перетворювач являє собою реостат, повзунок якого переміщується під дією вимірюваної величини. Вхідною величиною перетворювача є переміщення повзунка, а вихідною - опір, який претворюється вимірювальним ланцюгом в напругу.
 Оскільки в переміщення можуть бути перетворені за допомогою механічних пружних елементів багато неелектричних величини, то реостатні перетворювачі використовують також для вимірювання тиску, рівня, витрати, сили тощо.
Реостатні перетворювачі виготовляють із дроту, намотаного на каркас, і у виді реохорда. Як матеріал дроту використовують манганін, костантан і інші матеріали, що мають високий питомий опір. Каркаси виготовляють у виді пластин, циліндрів, кілець тощо. Схема найпростішого перетворювача з рівномірною намоткою дроту наведена на рис.3.4, а.
При Rн=∞ напруга U0 розподіляється рівномірно по довжині реостата і вихідний сигнал перетворювача
 , /3.5/
де k=Uo /l — коефіцієнт перетворювача; х — переміщення повзунка.
Рівняння /3.6/ показує, що характеристика перетворювача - лінійна функція.
 
Рис. 3.4. Електрична схема   (а)   і   характеристики   (б) реостатного перетворювача.
 
При підключенні до виходу перетворювача навантаження   спад напруги уздовж реостата буде нерівномірним, тому що паралельно опорові   підключається опір RH. 
У цьому випадку еквівалентний опір ланцюга
 ,  /3.6/
де Ro — повний опір реостата. 
Вихідний сигнал перетворювача з врахуванням шунтуючої дії навантаження
 . /3.7/
Підставивши у вираз /3.7/ значення Re із рівняння /3.6/ і позначивши  , одержуємо
 . /3.8/
З рівняння /3.8/ випливає, що з врахуванням навантаження характеристика перетворювача нелінійна. Для зручності аналізу рівняння /3.8/ перетворимо до виду
 , /3.9/
Щоб визначити при якому значенні вхідного сигналу х похибка δ досягає максимуму, відшукаємо похідну   і прирівняємо її до нулю. У результаті знайдемо, що δ досягає максимального значення  при x=l/2. Підставляючи в вираз для δ x=l/2, одержимо
 . /3.10/
З рівняння /3.10/ випливає, що при α=0,04 максимальне відхилення   від лінійної залежності /3.5/ не перевищує 1%. Тому характеристику реостатного перетворювача при α >0,04 (або Rн>25 R0) можна вважати лінійною і користуватися залежністю /3.5/, тому що основна похибка перетворювача не перевищує 1%. Характеристики реостатного перетворювача, побудовані за рівняннями /3.5/ і /3.8/, наведені на рис. 3.4,б.
Зона нечутливості перетворювача дорівнює діаметрові дроту, тому що мінімальна зміна вихідної напруги не може бути меншою спаду напруги на одному витку реостата.
Основний недолік реостатних перетворювачів — ковзний контакт, перехідний опір якого вносить додаткову похибку і знижує надійність.
 
Тензорезисторні перетворювачі
Принцип роботи цих перетворювачів оснований на зміні електричного опору провідників і напівпровідників при
Фото Капча