Электрические измерения неэлектрических величин

Измерение энергии

Схемы включения счетчиков электрической энергии в однофазных и трехфазных цепях переменного тока ничем не отличаются от схем включения ваттметров.

На шкале счетчика активной энергии указываются номинальные напряжения и частота, диапазон токов, у которого меньшая цифра является номинальным током, а верхняя — максимальным током, число оборотов диска на 1 кВт/ч, например, 1 кВт/ч - 2500 оборотов диска.

Величина потребляемой энергии определяется разностью отсчетов по счетному механизму в конце и в начале временного периода.

Неэлектрическая величина Х помощью датчика может быть преобразована в электрическую величину Y — напряжение, ток частоту и т. д. (рис. 14). С выхода датчика электрическая величина подается на усилители и далее — на измерительный прибор (вольтметр, амперметр), шкала которого градуируется в единицах измеряемой величины. В некоторых схемах усилитель или источник питания могут отсутствовать.

Рис. 14. Схема измерения неэлектрической величины

Датчики-преобразователи делятся на две группы: параметрические и генераторные.

К параметрическим датчикам относятся:

- реостатные (рис. 15, а),которые используются для преобразования угловых и линейных перемещений.

Датчик состоит из обмотки на каркасе и щетки. Форма каркаса зависит от характера измеряемого перемещения и других факторов, может иметь вид прямоугольника, цилиндра, призмы и т.д. Для изготовления каркасов применяются диэлектрики — гетинакс, пластмасса и керамика. Проволока для обмотки выполняется из сплавов. Дешевым и часто используемым материалом является константан. При высоких температурах применяются нихром и фехраль. Щетка (движок) выполняется из проволок или из плоских пружинящих полосок.

Достоинство реостатных преобразователей состоит в получении значительного выходного сигнала при сравнительно простой конструкции. Недостаток — наличие скользящего контакта;

- тензометрические (проволочные) преобразователи (рис. 15, б),используют зависимость электрического сопротивления проводника от механического воздействия. Датчик состоит из тонкой проволоки высокого сопротивления на
подложке.

Достоинством этого типа преобразователей являются малые габариты и вес, простота конструкции, надежность и сравнительно высокая точность, недостатком — малая чувствительность.

Тензометрические датчики используются для измерения деформаций, усилий, давлений и т.д.;

- терморезисторные (рис. 15, в),принцип действия которых основан на зависимости электрического сопротивления проводника или полупроводника от температуры.

Полупроводниковые терморезисторы (термисторы) имеют более высокую чувствительность, так как температурный коэффициент электрического сопротивления в 10-15 раз выше, чем у проводниковых материалов. Недостатком термисторов является нелинейный характер функций преобразования.

Термисторные преобразователи применяются для измерения температур, скорости движения газов, измерения вакуума и т.д.;

- индуктивные, используют зависимость изменения индуктивности от положения отдельных элементов магнитопровода, например, якоря (рис. 15, г). С изменением зазора δ
изменяется и индуктивность.

Индуктивные преобразователи используются для измерения механической силы, давления, линейного и углового перемещений;

- емкостные — принцип действия основан на изменении емкости конденсатора (рис. 15, д). Как известно, емкость конденсатора зависит от размеров пластин, расстояния
между пластинами δ и диэлектрической проницаемости диэлектрика между ними.

Применяются для измерения мелких перемещений, силы, давления, уровня жидкости, влажности и т.д.;

- фоторезисторные (рис. 15, е). Фоторезистор — полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от интенсивности падающего на него светового потока.

Применяются для измерения прозрачности жидкостей и газов.

Рис. 15. Измерительные преобразователи: а —реостатный; б — тензометрический; в — терморезисторный; г — индуктивный; д — емкостный; е — фоторезисторный; ж — термоэлектрический

В генераторных преобразователях измеряемая неэлектрическая величина, преобразуется в э.д.с. Наибольшее распространение получили следующие преобразователи:

- термоэлектрические — основаны на термоэлектрическом эффекте, возникающем в цепи термопары (рис. 15, ж)., состоящей из двух разнородных проводников.

Шкала измерительного прибора градуируется непосредственно в единицах измеряемой величины — °С;

- индукционные — в основном это микрогенераторы постоянного и переменного тока, предназначенные для измерения частоты вращения (тахометры);

- пьезоэлектрические — основаны на использовании прямого пьезоэлектрического эффекта, заключающегося в появлении э.д.с. на поверхности некоторых кристаллов, например, кварца, под влиянием механических напряжений.