การวัดทางไฟฟ้าของปริมาณที่ไม่ใช้ไฟฟ้า

การวัดปริมาณที่ไม่ใช้ไฟฟ้าต่างๆ (การกระจัด แรง อุณหภูมิ ฯลฯ) โดยวิธีการทางไฟฟ้านั้นดำเนินการโดยใช้อุปกรณ์และเครื่องมือที่แปลงปริมาณที่ไม่ใช้ไฟฟ้าเป็นปริมาณที่ขึ้นกับไฟฟ้า ซึ่งวัดโดยเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าที่มี เครื่องชั่งสอบเทียบในหน่วยของปริมาณที่วัดได้แบบไม่ใช้ไฟฟ้า

ตัวแปลงปริมาณที่ไม่ใช้ไฟฟ้าเป็นไฟฟ้าหรือเซ็นเซอร์ที่แบ่งออกเป็นพาราเมตริกตามการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าหรือแม่เหล็กใดๆ (ความต้านทาน ความเหนี่ยวนำ ความจุ การซึมผ่านของแม่เหล็ก ฯลฯ) ภายใต้อิทธิพลของปริมาณที่วัดได้ และเครื่องกำเนิดซึ่ง ปริมาณที่ไม่ใช้ไฟฟ้าที่วัดได้จะถูกแปลงเป็น e เป็นต้น (การเหนี่ยวนำ เทอร์โมอิเล็กทริก โฟโตอิเล็กทริก เพียโซอิเล็กทริก และอื่นๆ) ตัวแปลงพาราเมตริกต้องการแหล่งพลังงานไฟฟ้าภายนอก และหน่วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเองก็เป็นแหล่งพลังงาน

สามารถใช้ทรานสดิวเซอร์เดียวกันเพื่อวัดปริมาณที่ไม่ใช้ไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ในทางกลับกัน การวัดปริมาณที่ไม่ใช้ไฟฟ้าใดๆ สามารถทำได้โดยใช้ทรานสดิวเซอร์ประเภทต่างๆ

นอกจากคอนเวอร์เตอร์และอุปกรณ์วัดทางไฟฟ้าแล้ว การติดตั้งสำหรับการวัดปริมาณที่ไม่ใช้ไฟฟ้ายังมีจุดเชื่อมต่อระหว่างกลาง เช่น ตัวปรับเสถียร วงจรเรียงกระแส แอมพลิฟายเออร์ สะพานวัด ฯลฯ

ในการวัดการกระจัดเชิงเส้น ให้ใช้ทรานสดิวเซอร์แบบอุปนัย ซึ่งเป็นอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าที่พารามิเตอร์ของวงจรไฟฟ้าและแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงเมื่อเคลื่อนย้ายวงจรแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกหรือเกราะที่เชื่อมต่อกับชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่

ในการแปลงการกระจัดที่มีนัยสำคัญเป็นค่าทางไฟฟ้า จะใช้ทรานสดิวเซอร์ที่มีตัวนำเมไจแม่เหล็กเคลื่อนที่แบบเคลื่อนที่แปลได้ (รูปที่ 1, a) เนื่องจากตำแหน่งของวงจรแม่เหล็กเป็นตัวกำหนดความเหนี่ยวนำของตัวแปลง (รูปที่ 1, b) และดังนั้น อิมพีแดนซ์ของมันจากนั้นด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรของแหล่งพลังงานไฟฟ้าพร้อมแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับของความถี่คงที่ที่ป้อนวงจรของ คอนเวอร์เตอร์ ตามกระแส การเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อทางกลกับวงจรแม่เหล็กนั้นเป็นไปได้โดยประมาณ ... สเกลของเครื่องมือจะวัดในหน่วยการวัดที่เหมาะสม เช่น หน่วยเป็นมิลลิเมตร (มม.)

ข้าว. 1. ตัวแปลงอุปนัยที่มีวงจรแม่เหล็ก ferromagnetic ที่เคลื่อนที่ได้: a — ไดอะแกรมของอุปกรณ์, b — กราฟของการพึ่งพาตัวเหนี่ยวนำของตัวแปลงที่ตำแหน่งของวงจรแม่เหล็ก

ในการแปลงการกระจัดขนาดเล็กให้เป็นค่าที่สะดวกสำหรับการวัดทางไฟฟ้า ทรานสดิวเซอร์ที่มีช่องว่างอากาศแปรผันจะใช้ในรูปของเกือกม้าที่มีขดลวดและกระดอง (รูปที่ 2, a) ซึ่งเชื่อมต่ออย่างแน่นหนากับชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว การเคลื่อนที่ของกระดองแต่ละครั้งจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของกระแส / ในขดลวด (รูปที่ 2, b) ซึ่งช่วยให้สามารถปรับเทียบมาตราส่วนของอุปกรณ์วัดทางไฟฟ้าในหน่วยการวัดได้ เช่น ในหน่วยไมโครเมตร (μm) ที่แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับคงที่พร้อมความถี่คงที่

ข้าว. 2. ตัวแปลงอุปนัยที่มีช่องว่างอากาศแปรปรวน: a — แผนภาพของอุปกรณ์, b — กราฟของการพึ่งพากระแสของขดลวดของตัวแปลงบนช่องว่างอากาศในระบบแม่เหล็ก

ตัวแปลงอุปนัยแบบดิฟเฟอเรนเชียลที่มีระบบแม่เหล็กที่เหมือนกันสองระบบและกระดองทั่วไปหนึ่งอัน ซึ่งอยู่อย่างสมมาตรกับวงจรแม่เหล็กทั้งสองที่มีช่องว่างอากาศที่มีความยาวเท่ากัน (รูปที่ 3) ซึ่งการเคลื่อนที่เชิงเส้นของกระดองจากตำแหน่งตรงกลางจะเปลี่ยนช่องว่างอากาศทั้งสอง เท่าๆ กัน แต่มีสัญญาณต่างๆ ที่ทำให้เสียสมดุลของสะพานไฟ AC สี่คอยล์ที่สมดุลล่วงหน้า สิ่งนี้ทำให้สามารถประเมินการเคลื่อนที่ของกระดองตามกระแสของเส้นทแยงมุมการวัดของสะพานหากได้รับพลังงานที่แรงดันไฟฟ้าสลับที่เสถียรของความถี่คงที่

ข้าว. 3. โครงร่างอุปกรณ์ของตัวแปลงอุปนัยแบบดิฟเฟอเรนเชียล

ใช้วัดแรงเชิงกล ความเค้น และการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นที่เกิดขึ้นในชิ้นส่วนและส่วนประกอบของโครงสร้างต่างๆ ของทรานสดิวเซอร์แบบลวด-ความตึง ซึ่งเมื่อเปลี่ยนรูปร่วมกับชิ้นส่วนที่ทำการศึกษาแล้ว จะเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้าโดยทั่วไปแล้ว ความต้านทานของสเตรนเกจคือหลายร้อยโอห์ม และการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของความต้านทานคือหนึ่งในสิบของเปอร์เซ็นต์และขึ้นอยู่กับการเสียรูป ซึ่งในขีดจำกัดยืดหยุ่นจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงที่ใช้และความเค้นเชิงกลที่เกิดขึ้น

สเตรนเกจทำในรูปแบบของลวดซิกแซกความต้านทานสูง (คอนสแตนแทน นิโครม แมงกานีส) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.02-0.04 มม. หรือจากฟอยล์ทองแดงที่ผ่านกรรมวิธีพิเศษที่มีความหนา 0.1-0.15 มม. ซึ่งปิดผนึกด้วย วานิชเบกาไลต์ระหว่างกระดาษบาง ๆ สองชั้นและผ่านกรรมวิธีทางความร้อน (รูปที่ 4, a)

ข้าว. 4. Tenometer: a — ไดอะแกรมของอุปกรณ์: 1 — ชิ้นส่วนที่เปลี่ยนรูปได้, 2 — กระดาษบาง, 3 — ลวด, 4 — กาว, 5 — ขั้ว, b — วงจรสำหรับเชื่อมต่อสะพานตัวต้านทานที่ไม่สมดุลกับแขน

สเตรนเกจที่ประดิษฐ์ขึ้นนั้นติดกาวเข้ากับชิ้นส่วนที่เปลี่ยนรูปได้ซึ่งทำความสะอาดอย่างดีด้วยชั้นกาวฉนวนที่บางมาก เพื่อให้ทิศทางของการเสียรูปที่คาดไว้ของชิ้นส่วนนั้นสอดคล้องกับทิศทางของด้านยาวของห่วงลวด เมื่อร่างกายเสียรูป สเตรนเกจที่ติดกาวจะรับรู้ถึงการเสียรูปเดียวกัน ซึ่งจะเปลี่ยนความต้านทานไฟฟ้าเนื่องจากขนาดของสายตรวจจับเปลี่ยนไป เช่นเดียวกับโครงสร้างของวัสดุ ซึ่งส่งผลต่อความต้านทานเฉพาะของสาย

เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของความต้านทานของสเตรนเกจเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเสียรูปเชิงเส้นของตัวเรือนภายใต้การศึกษา และตามความเค้นเชิงกลของแรงยืดหยุ่นภายใน ดังนั้น จึงใช้ค่าที่อ่านได้ของกัลวาโนมิเตอร์บนเส้นทแยงมุมของการวัด สะพานตัวต้านทานแบบสมดุลล่วงหน้าซึ่งเป็นหนึ่งในแขนของสเตรนเกจสามารถประมาณค่าของปริมาณเชิงกลที่วัดได้ (รูปที่ 4, ข)

การใช้สะพานตัวต้านทานที่ไม่สมดุลจำเป็นต้องรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงานหรือใช้อัตราส่วนแมกนีโตอิเล็กทริกเป็นอุปกรณ์วัดทางไฟฟ้าในการอ่านซึ่งการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าภายใน± 20% ของแรงดันไฟฟ้าที่ระบุบนมาตราส่วน ของอุปกรณ์ไม่มีผลกระทบอย่างมีสาระสำคัญ

ใช้ทรานสดิวเซอร์ที่ไวต่อความร้อนและเทอร์โมอิเล็กทริกเพื่อวัดอุณหภูมิของสื่อต่างๆ... ทรานสดิวเซอร์ที่ไวต่อความร้อนประกอบด้วยเทอร์มิสเตอร์โลหะและเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งความต้านทานส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ (รูปที่ 5, a)

เทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์แพลทินัมที่แพร่หลายมากที่สุดสำหรับการวัดอุณหภูมิในช่วงตั้งแต่ -260 ถึง +1100 ° C และเทอร์มิสเตอร์ทองแดงสำหรับช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ -200 ถึง +200 ° C เช่นเดียวกับเทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานไฟฟ้าเป็นลบ - เทอร์มิสเตอร์ โดดเด่นด้วยความไวสูงและขนาดเล็กเมื่อเทียบกับเทอร์มิสเตอร์โลหะ สำหรับการวัดอุณหภูมิตั้งแต่ -60 ถึง +120 °C

เพื่อป้องกันทรานสดิวเซอร์ที่ไวต่ออุณหภูมิจากความเสียหาย พวกมันจะถูกวางไว้ในท่อเหล็กผนังบางที่มีก้นปิดผนึกและอุปกรณ์สำหรับต่อสายไฟเข้ากับสายไฟของสะพานตัวต้านทานที่ไม่สมดุล (รูปที่ 5, b) ซึ่งทำให้เป็นไปได้ เพื่อประเมินอุณหภูมิที่วัดได้ตามแนวกระแสของเส้นทแยงมุมการวัด สเกลของอัตราส่วนแมกนีโตอิเล็กทริกที่ใช้เป็นมาตรวัดมีหน่วยเป็นองศาเซลเซียส (°C)

ข้าว. 5. เทอร์มิสเตอร์: a - กราฟของการพึ่งพาการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานสัมพัทธ์ของโลหะกับอุณหภูมิ b - วงจรสำหรับเชื่อมต่อเทอร์มิสเตอร์กับแขนของสะพานตัวต้านทานที่ไม่สมดุล

ทรานสดิวเซอร์อุณหภูมิเทอร์โมอิเล็กทริก — เทอร์โมคัปเปิล การสร้าง e ขนาดเล็ก ฯลฯ ค ภายใต้อิทธิพลของความร้อนสารประกอบของโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันพวกมันจะถูกวางไว้ในพลาสติกป้องกันโลหะหรือเปลือกพอร์ซเลนในบริเวณอุณหภูมิที่วัดได้ (รูปที่ 6, a, b)

ข้าว. 6. เทอร์โมคัปเปิล: a — กราฟของการพึ่งพาอาศัยกันของ d เป็นต้น หน้า สำหรับอุณหภูมิของเทอร์โมคัปเปิล: TEP-platinum-rhodium-platinum, TXA-chromel-alumel, THK-chromel-copel, b-assembly diagram สำหรับการวัดอุณหภูมิโดยใช้เทอร์โมคัปเปิล

ปลายด้านที่ว่างของเทอร์โมคัปเปิลเชื่อมต่อกันด้วยสายที่เป็นเนื้อเดียวกันกับมิลลิโวลต์มิเตอร์แบบแมกนีโตอิเล็กทริก ซึ่งมีหน่วยวัดเป็นองศาเซลเซียส เทอร์โมคัปเปิลที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่: แพลทินัม-โรเดียม — แพลทินัมสำหรับการวัดอุณหภูมิสูงถึง 1300 ° C และในช่วงเวลาสั้น ๆ สูงถึง 1600 ° C, chromel-alumel สำหรับอุณหภูมิที่สอดคล้องกับข้อกำหนดที่ระบุ — 1,000 ° C และ 1,300 ° C และ chromel- ไอ้ที่ออกแบบมาสำหรับการวัดอุณหภูมิในระยะยาวสูงถึง 600 ° C และระยะสั้น - สูงถึง 800 ° C

วิธีการทางไฟฟ้าสำหรับการวัดปริมาณที่ไม่ใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ พวกเขาใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติเนื่องจากมีความแม่นยำในการวัดสูง, แตกต่างกันในค่าที่วัดได้หลากหลาย, อนุญาตให้ทำการวัดและลงทะเบียนในระยะทางที่มากจากตำแหน่งของวัตถุควบคุม และยังให้ความเป็นไปได้ในการวัดในสถานที่ยากต่อการเข้าถึง