Medidas eléctricas de magnitudes no eléctricas

La medición de diversas cantidades no eléctricas (desplazamientos, fuerzas, temperaturas, etc.) por métodos eléctricos se lleva a cabo con la ayuda de dispositivos e instrumentos que convierten cantidades no eléctricas en cantidades eléctricamente dependientes, que se miden con instrumentos de medición eléctricos con Balanzas calibradas en unidades de magnitudes no eléctricas medidas.

Convertidores de cantidades no eléctricas en eléctricas o sensores divididos en paramétricos basados ​​en el cambio de cualquier parámetro eléctrico o magnético (resistencia, inductancia, capacitancia, permeabilidad magnética, etc.) bajo la influencia de la cantidad medida, y un generador en el que el la cantidad no eléctrica medida se transforma en e. etc. (inducción, termoeléctricos, fotoeléctricos, piezoeléctricos y otros). Los convertidores paramétricos requieren una fuente externa de energía eléctrica y las propias unidades generadoras son fuentes de energía.

El mismo transductor se puede usar para medir diferentes cantidades no eléctricas, por el contrario, la medición de cualquier cantidad no eléctrica se puede realizar usando diferentes tipos de transductores.

Además de los convertidores y dispositivos de medición eléctrica, las instalaciones para medir cantidades no eléctricas tienen conexiones intermedias: estabilizadores, rectificadores, amplificadores, puentes de medición, etc.

Para medir los desplazamientos lineales, use transductores inductivos, dispositivos electromagnéticos en los que los parámetros del circuito eléctrico y magnético cambian cuando se mueve el circuito magnético ferromagnético o la armadura conectada a la parte móvil.

Para convertir desplazamientos significativos en un valor eléctrico, se utiliza un transductor con un magi-conductor móvil ferromagnético que se mueve en traslación (Fig. 1, a). Dado que la posición del circuito magnético determina la inductancia del convertidor (Fig. 1, b) y, por lo tanto, su impedancia, entonces con un voltaje estabilizado de la fuente de energía eléctrica con un voltaje alterno de frecuencia constante que alimenta el circuito de un convertidor, según la corriente es posible estimar el movimiento de la parte conectada mecánicamente al circuito magnético... La escala del instrumento está graduada en las unidades de medida apropiadas, por ejemplo en milímetros (mm).

Arroz. 1. Convertidor inductivo con circuito magnético ferromagnético móvil: a — diagrama del dispositivo, b — gráfico de la dependencia de la inductancia del convertidor con respecto a la posición de su circuito magnético.

Para convertir pequeños desplazamientos en un valor conveniente para la medición eléctrica, se utilizan transductores con un entrehierro variable en forma de herradura con una bobina y una armadura (Fig. 2, a), que está firmemente conectada a la parte móvil. Cada movimiento de la armadura provoca un cambio en la corriente / en la bobina (Fig. 2, b), lo que permite calibrar la escala del dispositivo de medición eléctrica en unidades de medida, por ejemplo, en micrómetros (μm), a un voltaje alterno constante con una frecuencia estable.

Arroz. 2. Convertidor inductivo con entrehierro variable: a — diagrama del dispositivo, b — gráfico de la dependencia de la corriente de la bobina del convertidor del entrehierro en el sistema magnético.

Convertidores inductivos diferenciales con dos sistemas magnéticos idénticos y una armadura común, ubicados simétricamente a los dos circuitos magnéticos con un entrehierro de la misma longitud (Fig. 3), en los que el movimiento lineal de la armadura desde su posición media cambia ambos entrehierros. igualmente, pero con varios signos que alteran el equilibrio del puente de CA de cuatro bobinas pre-balanceado. Esto permite estimar el movimiento de la armadura en función de la corriente de la diagonal de medida del puente, si recibe alimentación a una tensión alterna estabilizada de frecuencia constante.

Arroz. 3. Esquema del dispositivo del convertidor inductivo diferencial.

Se utilizan para medir fuerzas mecánicas, tensiones y deformaciones elásticas que se producen en piezas y conjuntos de diversas estructuras alambre - transductores de tensión, que, al deformarse, junto con las piezas en estudio, modifican su resistencia eléctrica.Por lo general, la resistencia de una galga extensiométrica es de varios cientos de ohmios, y el cambio relativo en su resistencia es una décima de porcentaje y depende de la deformación, que en los límites elásticos es directamente proporcional a las fuerzas aplicadas y las tensiones mecánicas resultantes.

Las galgas extensométricas se fabrican en forma de alambre en zigzag de alta resistencia (constantán, nicromo, manganina) con un diámetro de 0,02-0,04 mm o de una lámina de cobre especialmente procesada con un espesor de 0,1-0,15 mm, que se sellan con barniz de baquelita entre dos capas delgadas de papel y sometido a tratamiento térmico (Fig. 4, a).

Arroz. 4. Tenómetro: a — diagrama del dispositivo: 1 — parte deformable, 2 — papel delgado, 3 — alambre, 4 — pegamento, 5 — terminales, b — circuito para conectar un puente de resistencia desequilibrado al brazo.

La galga extensiométrica fabricada se pega a una pieza deformable bien limpia con una capa muy fina de cola aislante de modo que la dirección de la deformación esperada de la pieza coincida con la dirección de los lados largos de los bucles de alambre. Cuando el cuerpo se deforma, la galga extensiométrica pegada percibe la misma deformación, lo que cambia su resistencia eléctrica debido a un cambio en las dimensiones del cable de detección, así como la estructura de su material, lo que afecta la resistencia específica del cable.

Dado que el cambio relativo en la resistencia de la galga extensiométrica es directamente proporcional a la deformación lineal del cuerpo bajo estudio y, en consecuencia, a las tensiones mecánicas de las fuerzas elásticas internas, entonces, utilizando las lecturas del galvanómetro en la diagonal de medición de el puente de resistencias prebalanceado, uno de cuyos brazos es la galga extensiométrica, puede estimar el valor de las cantidades mecánicas medidas (Fig. 4, b).

El uso de un puente desequilibrado de resistencias requiere la estabilización del voltaje de la fuente de alimentación o el uso de una relación magnetoeléctrica como dispositivo de medición eléctrica, en cuyas lecturas un cambio de voltaje dentro de ± 20% del voltaje nominal indicado en la escala del dispositivo no tiene un efecto significativo.

Use transductores termosensibles y termoeléctricos para medir la temperatura de varios medios... Los transductores termosensibles incluyen termistores metálicos y semiconductores, cuya resistencia depende en gran medida de la temperatura (Fig. 5, a).

Los más difundidos son los termistores de platino para medir temperaturas en el rango de -260 a +1100 ° C y los termistores de cobre para el rango de temperatura de -200 a +200 ° C, así como los termistores semiconductores con un coeficiente de resistencia eléctrica negativo — termistores , caracterizado por alta sensibilidad y tamaño pequeño en comparación con los termistores metálicos, para medir temperaturas de -60 a +120 °C.

Para proteger los transductores sensibles a la temperatura contra daños, se colocan en un tubo de acero de pared delgada con un fondo sellado y un dispositivo para conectar cables a los cables de un puente de resistencia desequilibrado (Fig. 5, b), lo que hace posible para estimar la temperatura medida a lo largo de la corriente de la diagonal de medida La escala de la relación magnetoeléctrica utilizada como metro está graduada en grados Celsius (°C).

Arroz. 5. Termistores: a — gráficos de la dependencia del cambio en la resistencia relativa de los metales con la temperatura, b — un circuito para conectar termistores al brazo de un puente de resistencia desequilibrado.

Transductores termoeléctricos de temperatura — termopares, generación de pequeños e., etc. c bajo la influencia del calentamiento del compuesto de dos metales diferentes, se colocan en una carcasa protectora de plástico, metal o porcelana en el área de las temperaturas medidas (Fig. 6, a, b).

Arroz. 6. Termopares: a — gráficas de la dependencia de d, etc. P. para la temperatura de los termopares: TEP-platino-rodio-platino, TXA-cromel-alumel, THK-chromel-copel, b-diagrama de montaje para medir la temperatura usando un termopar.

Los extremos libres del termopar están conectados por hilos homogéneos a un milivoltímetro magnetoeléctrico, cuya escala está graduada en grados Celsius. Los termopares más utilizados son: platino-rodio — platino para medir temperaturas hasta 1300 °C y por breve tiempo hasta 1600 °C, cromel-alumel para temperaturas correspondientes a los regímenes indicados — 1000 °C y 1300 °C y chromel- bastard, diseñado para la medición a largo plazo de temperaturas de hasta 600 ° C y a corto plazo - hasta 800 ° C.

Métodos eléctricos para medir varias cantidades no eléctricas. Son ampliamente utilizados en la práctica, ya que proporcionan una alta precisión de medición, difieren en una amplia gama de valores medidos, permiten mediciones y su registro a una distancia considerable de la ubicación del objeto controlado. y también dan la posibilidad de realizar mediciones en lugares de difícil acceso.