Medições elétricas de grandezas não elétricas

A medição de várias grandezas não elétricas (deslocamentos, forças, temperaturas, etc.) por métodos elétricos é realizada com a ajuda de dispositivos e instrumentos que convertem grandezas não elétricas em grandezas eletricamente dependentes, que são medidas por instrumentos de medição elétricos com balanças calibradas em unidades de grandezas não elétricas medidas.

Conversores de grandezas não elétricas em elétricas ou sensores divididos em paramétricos com base na alteração de qualquer parâmetro elétrico ou magnético (resistência, indutância, capacitância, permeabilidade magnética, etc.) sob a influência da grandeza medida, e um gerador no qual o quantidade não elétrica medida é transformada em e. etc. (indução, termoelétrica, fotoelétrica, piezoelétrica e outras). Os conversores paramétricos requerem uma fonte externa de energia elétrica e as próprias unidades geradoras são fontes de energia.

O mesmo transdutor pode ser usado para medir diferentes quantidades não elétricas, inversamente, a medição de quaisquer quantidades não elétricas pode ser feita usando diferentes tipos de transdutores.

Além de conversores e dispositivos de medição elétrica, as instalações para medição de grandezas não elétricas possuem conexões intermediárias - estabilizadores, retificadores, amplificadores, pontes de medição, etc.

Para medir deslocamentos lineares, use transdutores indutivos - dispositivos eletromagnéticos nos quais os parâmetros do circuito elétrico e magnético mudam ao mover o circuito magnético ferromagnético ou armadura conectada à parte móvel.

Para converter deslocamentos significativos em um valor elétrico, um transdutor com um condutor mágico ferromagnético móvel em movimento translacional é usado (Fig. 1, a). Como a posição do circuito magnético determina a indutância do conversor (Fig. 1, b) e, portanto, sua impedância, então com uma tensão estabilizada da fonte de energia elétrica com uma tensão alternada de frequência constante alimentando o circuito de um conversor, de acordo com a corrente é possível estimar o movimento da parte conectada mecanicamente ao circuito magnético ... A escala do instrumento é graduada nas unidades de medida apropriadas, por exemplo em milímetros (mm).

Arroz. 1. Conversor indutivo com um circuito magnético ferromagnético móvel: a — diagrama do dispositivo, b — gráfico da dependência da indutância do conversor em relação à posição do seu circuito magnético.

Para converter pequenos deslocamentos em um valor conveniente para medição elétrica, transdutores com entreferro variável são usados ​​\u200b\u200bna forma de ferradura com bobina e armadura (Fig. 2, a), firmemente conectada à parte móvel. Cada movimento da armadura leva a uma mudança na corrente / na bobina (Fig. 2, b), o que permite que a escala do dispositivo de medição elétrico seja calibrada em unidades de medida, por exemplo, em micrômetros (μm), em uma tensão alternada constante com uma frequência estável.

Arroz. 2. Conversor indutivo com entreferro variável: a — diagrama do dispositivo, b — gráfico da dependência da corrente da bobina do conversor com o entreferro do sistema magnético.

Conversores indutivos diferenciais com dois sistemas magnéticos idênticos e uma armadura comum, localizados simetricamente aos dois circuitos magnéticos com um entreferro do mesmo comprimento (Fig. 3), em que o movimento linear da armadura a partir de sua posição intermediária altera ambos os entreferros igualmente, mas com vários sinais que perturbam o equilíbrio da ponte AC pré-balanceada de quatro bobinas. Isso permite estimar o movimento da armadura de acordo com a corrente da diagonal de medição da ponte, se ela receber energia em uma tensão alternada estabilizada de frequência constante.

Arroz. 3. Esquema do dispositivo do conversor indutivo diferencial.

Utilizado para medir forças mecânicas, tensões e deformações elásticas que ocorrem em peças e montagens de diversas estruturas fio - transdutores de tensão, que ao serem deformados, juntamente com as peças em estudo, alteram sua resistência elétrica.Normalmente, a resistência de um extensômetro é de várias centenas de ohms e a mudança relativa em sua resistência é de um décimo por cento e depende da deformação, que nos limites elásticos é diretamente proporcional às forças aplicadas e às tensões mecânicas resultantes.

Os medidores de tensão são feitos na forma de um fio em zigue-zague de alta resistência (constantan, nicromo, manganina) com um diâmetro de 0,02-0,04 mm ou de uma folha de cobre especialmente processada com uma espessura de 0,1-0,15 mm, que são selados com verniz de baquelite entre duas finas camadas de papel e submetido a tratamento térmico (Fig. 4, a).

Arroz. 4. Tenômetro: a — diagrama do dispositivo: 1 — parte deformável, 2 — papel fino, 3 — fio, 4 — cola, 5 — terminais, b — circuito para conectar uma ponte de resistor desbalanceada ao braço.

O extensômetro fabricado é colado a uma peça deformável bem limpa com uma camada muito fina de cola isolante de modo que a direção da deformação esperada da peça coincida com a direção dos lados longos dos laços de arame. Quando o corpo é deformado, o extensômetro colado percebe a mesma deformação, que muda sua resistência elétrica devido a uma mudança nas dimensões do fio sensor, bem como a estrutura de seu material, que afeta a resistência específica do fio.

Como a mudança relativa na resistência do extensômetro é diretamente proporcional à deformação linear do corpo em estudo e, consequentemente, às tensões mecânicas das forças elásticas internas, então, usando as leituras do galvanômetro na diagonal de medição de a ponte de resistores pré-balanceada, em que um dos braços é o extensômetro, pode estimar o valor das grandezas mecânicas medidas (Fig. 4, b).

O uso de uma ponte desbalanceada de resistores requer a estabilização da tensão da fonte de energia ou o uso de uma relação magnetoelétrica como dispositivo de medição elétrica, em cujas leituras uma variação de tensão dentro de ± 20% da tensão nominal indicada na escala do dispositivo não tem efeito significativo.

Use transdutores termossensíveis e termoelétricos para medir a temperatura de vários meios... Os transdutores termossensíveis incluem termistores de metal e semicondutores, cuja resistência depende em grande parte da temperatura (Fig. 5, a).

Os mais difundidos são termistores de platina para medir temperaturas na faixa de -260 a +1100 ° C e termistores de cobre para a faixa de temperatura de -200 a +200 ° C, bem como termistores semicondutores com coeficiente negativo de resistência elétrica - termistores , caracterizado por alta sensibilidade e tamanho pequeno em comparação com termistores de metal, para medir temperaturas de -60 a +120 ° C.

Para proteger os transdutores sensíveis à temperatura contra danos, eles são colocados em um tubo de aço de parede fina com fundo selado e um dispositivo para conectar os fios aos fios de uma ponte de resistor desbalanceada (Fig. 5, b), o que possibilita para estimar a temperatura medida ao longo da corrente da diagonal de medição A escala da relação magnetoelétrica usada como um metro é graduada em graus Celsius (°C).

Arroz. 5. Termistores: a — gráficos da dependência da mudança na resistência relativa dos metais em relação à temperatura, b — um circuito para conectar termistores ao braço de uma ponte de resistores desbalanceada.

Transdutores de temperatura termoelétricos — termopares, geração de pequenos e., etc. c. sob a influência do aquecimento do composto de dois metais diferentes, eles são colocados em uma concha protetora de plástico, metal ou porcelana na área das temperaturas medidas (Fig. 6, a, b).

Arroz. 6. Termopares: a — gráficos da dependência de d, etc. p. para temperatura de termopares: TEP-platina-ródio-platina, TXA-cromel-alumel, THK-cromel-copel, b-diagrama de montagem para medição de temperatura usando um termopar.

As extremidades livres do termopar são conectadas por fios homogêneos a um milivoltímetro magnetoelétrico, cuja escala é graduada em graus Celsius. Os termopares mais amplamente utilizados são: platina-ródio - platina para medir temperaturas de até 1300 ° C e por um curto período de tempo até 1600 ° C, cromol-alumel para temperaturas correspondentes aos regimes indicados - 1000 ° C e 1300 ° C e cromol- bastardo, projetado para medição de longo prazo de temperaturas de até 600 ° C e curto prazo - até 800 ° C.

Métodos elétricos para medir várias grandezas não elétricas. Eles são amplamente utilizados na prática, pois fornecem alta precisão de medição, diferem em uma ampla faixa de valores medidos, permitem medições e seu registro a uma distância considerável da localização do objeto controlado, e também possibilita realizar medições em locais de difícil acesso.