Тема занятия 2.1.10-2.1.11: Измерение неэлектрических величин. Общие принципы измерения. Преобразователи неэлектрических величин

ЗАДАНИЕ: Написать конспект, записать основные определения. Начертить с пояснениями  схему рис.94,95,96,99,100

 Ответить на вопросы.

Результаты (ответы) в виде файлов в форматеWord и скриншота направлять преподавателю на эл.почту khorunzhina@mail.ua или отправить сообщение на страничку Вконтакте https://vk.com/id273504861

Тема занятия 2.1.10-2.1.11: Измерение неэлектрических величин. Общие принципы измерения. Преобразователи неэлектрических величин.

Цель занятия: Познакомиться с змерением неэлектрических величин., общими принципы измерения. преобразователями неэлектрических величин и их действиями.

            Теоретический материал для самостоятельного изучения

            Понятие об измерении неэлектрических величин

Электроизмерительная техника по сравнению с другими видами измерительных устройств обладает большей надежностью, точностью, дешевизной и простотой.
По этим причинам электроизмерительные приборы широко применяют для измерения неэлектрических величин.
Основными частями электрической системы, служащей для измерения неэлектрических величин, являются преобразователь (датчик), промежуточные устройства и индикатор.

Сущность электрических измерений неэлектрических величин заключается в том, что датчик преобразует неэлектрическую величину, например изменение уровня жидкости, температуры, скорости движения и т. п., в изменение электрической величины сопротивления, тока или напряжения, которое измеряется индикатором, представляющим собой обычный электроизмерительный прибор.

                            ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (датчики)         неэлектрических величин

Рассмотрим устройство некоторых электрических датчиков ( реостатный, электроконтактный индукционный, пьезоэлектрический) и примеры их применения для электрических измерений неэлектрических величин.
Реостатный датчик (рис. 94) представляет собой изогнутую (или прямую) пластину 1 из изоляционного материала, на которую намотана проволока 4 из материала с большим удельным сопротивлением. При повороте оси 2 подвижный контакт — щетка 3 датчика перемещается по проволоке, в результате чего изменяется ее сопротивление, что соответственно воздействует на показания электроизмерительного прибора.

Реостатный датчик используется для измерения уровня жидкости в баке.
Действие прибора, предназначенного для определения количества жидкости в баке (рис. 95), основано на использовании реостатного датчика, сопротивление которого меняется при повышении или понижении уровня жидкости.

Этот прибор состоит из датчика 2 и индикатора 1. Ползунок датчика через систему рычагов скреплен с поплавком 3, находящимся на поверхности жидкости в баке. Индикатором служит прибор магнитоэлектрической системы, шкала которого проградуирована в литрах.
Когда в баке много жидкости, поплавок перемещается вверх. Вместе с ним передвигается щетка датчика, сопротивление которого уменьшается. Ток в цепи возрастает и стрелка индикатора отклоняется на большой угол, указывая по шкале количество жидкости. При опускании поплавка сопротивление датчика увеличивается, ток в цепи становится меньше и стрелка прибора отклоняется влево, указывая, что в баке мало жидкости.
Электроконтактные датчики служат для преобразования механического перемещения измерительного штока, соприкасающегося с поверхностью контролируемого объекта, в замыкание или размыкание электрической цепи. Наиболее простым электроконтактным датчиком является однопредельный датчик, который имеет одну пару контактов. Многопредельные датчики с несколькими парами контактов могут одновременно контролировать несколько различных объектов.
На рис. 96 приведена схема устройства и действия электроконтактного датчика, используемого для измерения размеров деталей. Измерительный шток 1 под действием пружины 2 стремится выдвинуться из корпуса датчика вниз.

Если геометрический размер контролируемой детали 3 больше заданного, измерительный шток поднимается, размыкает контакт 4 и замыкает контакт 5. При нахождении под штоком изделия с размером меньше заданной величины контакт 5 размыкается и замыкается контакт 4. При нормальном размере контролируемой детали контакты 4 и 5 остаются разомкнутыми. К датчику можно присоединить электроизмерительные приборы. Отклонение стрелки одного прибора соответствует большему размеру детали, а другого — меньшему размеру.
Положение стрелок у нулевого деления означает, что под щупом датчика проходят детали заданных размеров.
Вместо электроизмерительных приборов можно подключить к датчику электромагнитные счетчики, при помощи которых учитывается количество деталей брака — большего и меньшего размеров.
Счетчики можно заменить разноцветными сигнальными лампами.
Индукционные датчики преобразуют неэлектрические величины в индуктированную э. д. с., которая измеряется электроизмерительным прибором.
В индукционном датчике (рис. 97) катушка 1, помещенная на сердечнике 2, перемещается в зазоре постоянного магнита 3 (или электромагнита) и в ней индуктируется э. д. с.

Для автоматического контроля размеров детали в процессе ее обработки на станке применяют виброконтактный прибор с индукционным датчиком. Он позволяет значительно увеличить производительность станков, облегчает труд рабочих, резко сокращает брак.
Схема устройства виброконтактного прибора приведена на рис. 98. Размеры обрабатываемой детали контролируются датчиком-щупом 6, выполненным в виде рычага. Щуп прижимается к детали 8 под действием плоской пружины 5. Когда по электромагниту 4 пропускают переменный ток, выступ щупа то притягивается к сердечнику этого электромагнита, то отходит от него. При этом щуп получает колебательные движения по вертикали (100 раз в секунду).

Верхний конец щупа соединен с намагниченным от постоянного магнита 2 сердечником 3 второго электромагнита, обмотка которого соединена с электроизмерительным прибором — индикатором 1. Шкала индикатора отградуирована в миллиметрах.
При колебаниях щупа магнитное поле сердечника 3 пересекает витки электромагнита и в ней индуктируется э. д. с., под действием которой по обмотке измерительного прибора начинает проходить ток.
Когда щуп подводят к обрабатываемой детали, его рабочая часть ударяет о ее поверхность. По мере обработки детали размах колебаний щупа изменяется, а вместе с этим меняются индуктируемая в электромагните э. д. с. и сила тока в индикаторе. По положению стрелки на шкале индикатора рабочий следит за размером обрабатываемой детали.
Такой прибор может работать автоматически и в момент достижения заданного размера через специальное устройство остановить станок.
Для измерения скорости вращения вала применяют электрические тахометры. Они состоят из индукционного датчика и индикатора. Датчик представляет собой маленький генератор электрической энергии. Напряжение, даваемое этим генератором, изменяется пропорционально скорости вращения его оси. К зажимам датчика присоединяется индикатор — вольтметр, шкала которого отградуирована в единицах скорости.
Чтобы определить скорость вращения вала машины, ось датчика соединяют с валом при помощи зубчатой или иной передачи. В обмотке датчика индуктируется э. д. с., пропорциональная скорости вращения вала. Ее величину показывает стрелка на шкале прибора.
Для измерения температуры используется зависимость величины э. д. с. термопары от температуры нагрева места ее спая.
На рис. 99 показан термоэлектрический измеритель температуры. Он состоит из датчика 1 в виде термопары и индикатора 2 — электроизмерительного прибора, шкала которого отградуирована в градусах температуры. Этим электротермометром можно измерять температуру, например, в пределах от 0 до 100° С.

На рис. 100 показана схема использования пьезоэлектрического датчика для измерения давления.

Через трубку 1 пьезоэлектрического манометра пар, давление которого необходимо измерить, воздействует на мембрану 2 и через шайбу 3 передается на две пластинки 4 пьезоэлектрика из кварца. При сжатии кварца на его концах, соединенных с электродом 6, появляется отрицательный электрический заряд, а на противоположных концах кварцевых пластинок, соединенных с корпусом 5, — положительный заряд.
Электрод 6 и корпус 5 манометра проводниками соединяются с индикатором — электроизмерительным прибором 7, шкала которого отградуирована в единицах измерения давления.
Этот прибор измеряет величину зарядов, возникающих на кварцевых пластинках, а следовательно, и давление.
Пьезоэлектрические манометры пригодны для измерения больших и очень малых давлений. Это связано с тем, что ничтожно малое количество электричества, появляющееся на концах пьезоэлектриков при весьма малых давлениях, можно подать на усилитель, а затем измерить электроизмерительным прибором.