Читайте также:
|
|
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
1. Электромеханические приборы: общие сведения, приборы магнитоэлектрического типа (системы), устройство, работа и область использования.
2. Электромеханические приборы: общие сведения, электродинамические и ферродинамические приборы, устройство, работа и область использования.
3. Электромеханические приборы: общие сведения, электромагнитные и электростатические приборы, устройство, работа и область использования.
Измерительные преобразователи температуры. Термопары. Принцип работы, основное уравнения термопары, способы компенсации температуры холодного спая, типы.
Термопары относятся к категории тепловых преобразователей. (Преобразователи в которых технические параметры (температура, тепловой поток, теплоемкость) преобразовываются в величины иной физической природы (электрическая, механическая и т.д.).)
Т1 |
Т2 |
А |
В |
Горячий спай (рабочий) На измеряемый объект |
Холодный спай (нерабочий) |
Условия возникновении термо-ЭДС: наличие двух разнородных проводников, наличие разности температур. Эффект Зеебека: в замкнутой цепи, состоящей из двух различных проводников, спаи которых находятся при различных температурах возникает электрический ток.
Т0 хол |
А |
В |
n |
2n |
Т1 гор |
n |
2n |
Т2 |
2n |
4n |
Термопара состоит из двух проводников (п/п) с различной работой выхода электронов. Если Т0=Т1 из А в В поступит за определенное время n-электронов, обратно 2n. При температуре равновесия термо-ЭДС=0. Если Т0≠Т2 и Т2>Т1, работа выхода уменьшиться если уменьшиться на половину то из А в В поступит 2n электронов, обратно 4n. В результате на выходных зажимах возникает разность потенциалов, которая зависит от разности температур. Е термо-ЭДС=ктΔТ (кт – коэффициент, учитывающий материал)
Типы термопар: платинородий-платина, хромель-копель, хромель-алюмель, вольфрам-молибден. (выбор термопары обусловлен значением измеряемых температур: для измерения температур до 11000С используют термопары из неблагородных металлов, от 1100 до 1600 из благородных платиновой группы, более 1600 из жароупорных)
Температуру холодного спая необходимо поддерживать постоянной. Ошибка возникающая при Тхол ≠0:
∆Е |
Еизм |
Е |
Т,⁰С |
0⁰С |
β |
∆T |
Способ компенсации:
+U |
ОУ |
R |
Ист питания |
Rю |
Т изм |
Е0 |
Iтм |
Rt |
Тхк |
Измерительные преобразователи температуры. Терморезисторы. Принцип работы, основное уравнение терморезистора, типы, способы подключения в измерительную цепь. Специфика применения терморезисторов.
Термосопротивлением называется проводник или полупроводник с большим температурным коэффициентом сопротивления, находящийся в теплообмене с окружающей средой, вследствие чего его сопротивление резко зависит от температуры и поэтому определяется режимом теплового обмена между проводником и средой.
Имеется 2 вида терморезисторов: металлические (медь, платина, никель) и полупроводниковые (окислы различных металлов).
ТКС металлов положительный, характеристика линейная, например медь:
R |
R0 |
Rt |
T1 |
Tmax |
T⁰C |
Tmin |
β |
1. Основное уравнение: ,
2.
Где –ТКС,
- сопротивление при 0⁰С.
Для 2 формулы должно соответствовать начальной температуре того интервала температур, для которого задано значение
.
Рассмотрим 2 и 3 формулы, из них следует , т.о.
определяется не только углом наклона, но и значением
.
Tmax=180⁰C, Tmin=-50⁰C.
ТКС полупроводников больше, чем у металлов, отрицательный, характеристика нелинейная. Основное уравнение:
,
Где А – постоянная, зависящая от физических свойств п/п, размеров и формы термосопротивления.
В – const, зависящая только от физических свойств.
Т – температура в градусах абсолютной шкалы (К).
R |
T |
R |
RШ |
Т |
п/п |
![]() |
T1 |
T2 |
Rt |
Rш |
T1, T2 – диапазон температур для наиболее линейной части характеристики.
Rt |
Rш |
G |
1/RШ |
Т |
![]() |
T1 |
T2 |
Где - проводимость термистора.
Специфика применения: выбор того или иного термрсопротивления зависит от среды применения и от измеряемой температуры (медный преобразователь можно применять только до температур порядка 180°С в атмосфере, свободной от влажности и корродирующих газов, никель, при условии хорошей изоляции от воздействия среды, можно применять до 250-300°С, платиновую проволоку нельзя применять в восстановительной среде (углерод, пары кремния, калия, натрия и т. д.). Платиновые термометры сопротивления используют обычно от — 200 до +650°С.
УК |
Э/дв |
УС |
R1 |
Uпит |
Rt |
R3 |
R2 |
Схема включения:
R1R2= R3Rt, Uвых=0. При изменении температуры изменяется Rt, R1R2≠ R3Rt Uвых≠0. Дополнительные механизмы служат для уравновешивания моста. Электродвигатель перемещает движок реостата изменяя его сопротивление, одновременно отрабатывая на стрелочном указателе величину пропорциональную Uвых.
Измерительные преобразователи деформации. Тензорезисторы. Конструкция, принцип работы и основное уравнение, типы тензорезисторов, измерительные цепи для включения тензорезисторов, компенсация влияния температуры окружающей среды.
Принцип действия, устройство. В основе работы тензосопротивлений (тензопреобразователей) лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении активного сопротивления проводников при их механической деформации.
Характеристикой тензоэффекта материала является коэффициент относительной тензочувствительности , определяемый как отношение изменения сопротивления к изменению длины проводника:
Где - относительное изменение сопротивления проводника,
- относительное изменение длины проводника.
Для жидких материалов, практически не меняющих своего объема в процессе деформации, — ртути, электролитов — коэффициент тензочувствительности к = 2.
;
Откуда
Где S – площадь поперечного сечения проводника;
V – объем проводника;
- удельное сопротивление материала проводника.
При деформации твердых тел изменение их длины связано с изменением объема, причем величина изменения объема в зоне упругих деформаций для каждого материала постоянна и характеризуется коэффициентом Пуассона
где — относительная величина поперечной деформации;
— поперечный размер проводника квадратного сечения (или радиус для круглого).
Учитывая, что
Получаем (*)
А коэффициент тензочувствительности
При практических изменениях формула (*) не работает. Необходимо учесть изменение структуры материала при его деформации.
У п/п коэффициент тензочувствительности в 50-70 раз больше, чем у металла.
При использовании п/п на результат измерения влияет температура.
Типы тензосопротивлений. Наиболее широкое распространение в настоящее время находят проволочные тензосопротивления, а также появившиеся в последние годы фольговые и пленочные тензосопротивления.
Проволочные тензосопротивления в технике измерений неэлектрических величин используются по двум направлениям.
Первое направление – использование тензоэффекта проводника, находящегося в состоянии объемного сжатия, когда естественной входной величиной преобразователя является давление окружающего его газа или жидкости.
Второе направление — использование тензоэффекта растягиваемой проволоки из тензочувствительного материала. При этом тензосопротивления применяются в виде «свободных» преобразователей и в виде наклеиваемых.
Устройство наиболее распространенного типа наклеиваемого проволочного тензосопротивления. На полоску тонкой бумаги или лаковую пленку наклеивается уложенная зигзагообразно тонкая проволока. К концам проволоки присоединяются (пайкой или сваркой) выводные медные проводники. Сверху преобразователь покрывается слоем лака, а иногда заклеивается бумагой или фольгой. Такой преобразователь, будучи приклеенным к испытуемой детали, воспринимает деформации ее поверхностного слоя. Т.о., естественной входной величиной наклеиваемого тензопреобразователя является деформация поверхностного слоя детали, на которую он приклеен, а выходной – изменение сопротивления преобразователя, пропорциональное этой деформации.
Тензочувствительная проволка |
подложка |
Еще одна разновидность «мощных» тензосопротивлений – эластичные преобразователи. Они представляют собой резиновый капилляр с внутренним диаметром 0,1 – 0,5 мм, заполненный ртутью (иногда электролитом) и снабженный проволочными выводами.наклеенный на объект измерения, такой преобразователь, деформируясь вместе с этим объектом, изменяет свое сопротивление.
Ртуть (электролит) |
контакт |
Приклеивается на измерительный элемент |
контакт |
Резиновая трубка |
Дата добавления: 2015-07-08; просмотров: 624 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Нормативные правовые акты | | | Измерительные цепи. |