Өлшеу түрлендіргіштері. Параметрлік өлшеу түрлендіргіштері

Түрлендіргіштердің ең маңызды метрологиялық сипаттамалары: номиналды статикалық түрлендіру сипаттамасы, сезімталдық, негізгі қателік, қосымша қателер немесе әсер ету функциялары, шығыс сигналының өзгеруі, шығыс кедергісі, динамикалық сипаттамалары және т.б.

Ең маңызды метрологиялық емес сипаттамаларға өлшемдер, салмақ, орнату және техникалық қызмет көрсетудің қарапайымдылығы, жарылыс қауіпсіздігі, механикалық, жылу, электрлік және басқа да шамадан тыс жүктемелерге төзімділік, сенімділік, дайындау және пайдалану құны және т.б.

Шығу сигналының түріне байланысты барлық өлшеу түрлендіргіштері бөлінеді параметрлікжәне генератор.Олар әрекет ету принципі бойынша да жіктеледі. Төменде ең көп пайдаланылған таратқыштар ғана талқыланады.

13.1 Параметрлік түрлендіргіштер

Негізгі ақпарат.Параметрлік түрлендіргіштерде шығыс мәні параметр болып табылады электр тізбегі (R, L, M, C).Параметрлік түрлендіргіштерді пайдалану кезінде энергиясы түрлендіргіштің шығыс сигналын қалыптастыруға жұмсалатын қосымша қуат көзі қажет.

Реостатты түрлендіргіштер.Реостатикалық түрлендіргіштер өзгеріске негізделген электр кедергісікіріс мәнінің әсерінен өткізгіш – орын ауыстыру. Реостат түрлендіргіші – өлшенген электрлік емес шаманың әсерінен щеткасы (қозғалатын контакт) қозғалатын реостат. Суретте. 11-5 бұрыштық реостат түрлендіргіштерінің кейбір конструкцияларын схемалық түрде көрсетеді (11-5-сурет, а)және сызықтық (11-5-сурет, б және в) қозғалыстар. Түрлендіргіш рамаға қолданылатын орамнан және щеткадан тұрады. Рамаларды жасау үшін диэлектриктер мен металдар қолданылады. Орамдық сым қорытпалардан (платинаның иридий, константан, нихром және фехраль қорытпасы) жасалған. Орам үшін әдетте оқшауланған сым қолданылады. Орам жасалғаннан кейін сымның оқшаулауы щеткамен жанасу орындарында тазартылады. Түрлендіргіш щеткасы сымдардан немесе жалпақ серіппелі жолақтардан жасалады және таза металдар (платина, күміс) және қорытпалар (иридий қосылған платина, фосфор қола және т.б.) қолданылады.

Күріш. 11-5. Бұрыштық (а), сызықтық үшін реостат түрлендіргіштері (б)орын ауыстырулар және сызықтық орын ауыстыруларды функционалды түрлендіру үшін (c)

Түрлендіргіштің өлшемдері өлшенген орын ауыстырудың мәнімен, орамның кедергісі мен орамда босатылған қуатпен анықталады.

Сызықты емес түрлендіру функциясын алу үшін функционалды реостатты түрлендіргіштер қолданылады. Трансформацияның қажетті сипаты көбінесе түрлендіргіштің жақтауын профильдеу арқылы қол жеткізіледі (Cурет 11-5, v).

Қарастырылып отырған реостатикалық түрлендіргіштерде статикалық түрлендіру сипаттамасы сатылы сипатқа ие, өйткені кедергі секірулерде өзгереді, қарсылыққа теңқатені тудыратын бір айналым. Кейде реохордалық түрлендіргіштер қолданылады, оларда щетка сымның осі бойымен сырғанайды. Бұл түрлендіргіштерде көрсетілген қате жоқ. Реостатикалық түрлендіргіштер өлшеу тізбектеріне теңестірілген және тепе-тең емес көпірлер, кернеу бөлгіштер және т.б.

Түрлендіргіштердің артықшылықтары алу мүмкіндігін қамтиды жоғары дәлдікшығыс сигналдарының деңгейі бойынша маңызды түрлендірулер және салыстырмалы қарапайымдылықдизайн. Кемшіліктері - сырғанау контактінің болуы, салыстырмалы түрде үлкен қозғалыстардың қажеттілігі, кейде қозғалу үшін айтарлықтай күш-жігер.

Реостатикалық түрлендіргіштер салыстырмалы үлкен орын ауыстыруларды және орын ауыстыруға түрлендіруге болатын басқа электрлік емес шамаларды (күштерді, қысымдарды және т.б.) түрлендіру үшін қолданылады.

Деформацияға сезімтал түрлендіргіштер (датчиктер).Түрлендіргіштердің жұмысы тензорлық әсерге негізделген, ол өткізгіштің (жартылай өткізгіштің) механикалық кернеудің және ондағы деформацияның әсерінен активті кедергісін өзгертуден тұрады.

Күріш. 11-6. Кернеу өлшегіш сым түрлендіргіші

Егер сым механикалық кернеуге ұшыраса, мысалы, созылу, онда оның кедергісі өзгереді. Сымның оған механикалық әсер еткендегі кедергісінің өзгеруі геометриялық өлшемдердің (ұзындығы, диаметрі) және материалдың кедергісінің өзгеруімен түсіндіріледі.

Қазіргі уақытта кеңінен қолданылатын деформацияға сезімтал түрлендіргіштер (11-6-сурет) қағаз (субстрат /) сым жолағына төселген және желімделген жұқа ирек. 2 (сым тор). Түрлендіргіш тізбекке дәнекерленген немесе дәнекерленген сымдар арқылы қосылады 3. Түрлендіргіш зерттелетін бөліктің бетіне күтілетін деформацияның бағыты сым торының бойлық осімен сәйкес келетіндей желімделген.

Түрлендіргіштерді жасау үшін негізінен диаметрі 0,02-0,05 мм константанды сым қолданылады. (S== 1,9 - 2,1). Константанда электр кедергісінің төмен температуралық коэффициенті бар, бұл өте маңызды, өйткені деформациялар кезінде түрлендіргіштердің, мысалы, болат бөлшектердің кедергісінің өзгеруі температураның өзгеруімен түрлендіргіш кедергісінің өзгеруіне сәйкес келеді. Субстрат ретінде жұқа (0,03-0,05 мм) қағаз, сондай-ақ лак немесе желім пленкасы, ал жоғары температурада цемент қабаты қолданылады.

Фольга түрлендіргіштері де қолданылады, оларда сымның орнына фольга және пленка тензометрлері қолданылады, деформацияға сезімтал материалды субстратқа кейіннен тұндыру арқылы алынған.

Сымды негізге және бүкіл түрлендіргішті бөлшекке (ацетонда целлулоидты ерітінді, БФ-2, БФ-4 желім, бакелит және т.б.) желімдеу үшін желімдер қолданылады. Жоғары температура үшін (200 ° C жоғары) ыстыққа төзімді цементтер, силикон лактар ​​мен желімдер және т.б.

Түрлендіргіштер мақсатына қарай әртүрлі өлшемдерде болады. Көбінесе 30-500 Ом кедергісі бар тордың ұзындығы (негізі) 5-тен 50 мм-ге дейінгі түрлендіргіштер қолданылады.

Температураның өзгеруі тензометрлердің трансформация сипаттамаларының өзгеруін тудырады, ол түрлендіргіш кедергісінің температураға тәуелділігімен және тензометрдің материалы мен зерттелетін бөліктің сызықтық кеңеюінің температуралық коэффициенттерінің айырмашылығымен түсіндіріледі. . Температураның әсері әдетте тиісті температуралық компенсация әдістерін қолдану арқылы жойылады.

Қойылған тензометрді түрлендіргішті бір бөліктен алып, екіншісіне қою мүмкін емес. Сондықтан түрлендірудің (коэффициент S) сипаттамаларын анықтау үшін ±1% қателікпен S коэффициентінің мәнін беретін түрлендіргіштерді таңдамалы калибрлеуге жүгінеді. Тензоометрлердің сипаттамаларын анықтау әдістері стандартпен реттеледі. Бұл түрлендіргіштердің артықшылығы – сызықтық статикалық сипаттаматүрлендірулер, шағын өлшемдер мен салмақ, дизайнның қарапайымдылығы. Олардың кемшілігі - сезімталдықтың төмендігі.

Жоғары сезімталдық қажет болған жағдайда жартылай өткізгіш материалдың жолақтары түрінде жасалған деформацияға сезімтал түрлендіргіштер қолданылады. Мұндай түрлендіргіштер үшін S коэффициенті бірнеше жүзге жетеді. Дегенмен, жартылай өткізгішті түрлендіргіштердің сипаттамаларының қайталануы нашар. Қазіргі уақытта интегралды жартылай өткізгішті тензометрлер термиялық компенсация элементтері бар көпір немесе жартылай көпір құрайтын жаппай шығарылады.

Тенометрлер үшін өлшеу схемалары ретінде тепе-теңдік және тепе-теңдік емес көпірлер қолданылады. Деформацияларды және басқа электрлік емес шамаларды: күштерді, қысымдарды, моменттерді және т.б. өлшеу үшін тензоометрлер қолданылады.

Термиялық сезімтал түрлендіргіштер (термисторлар). Түрлендіргіштердің жұмыс істеу принципі өткізгіштердің немесе жартылай өткізгіштердің электр кедергісінің температураға тәуелділігіне негізделген.

Өлшеу процесінде термистор мен зерттелетін орта арасында жылу алмасу жүреді. Термистор электр тізбегіне енгізілгендіктен, оның көмегімен оның кедергісі өлшенеді, ол арқылы ток өтіп, ондағы жылуды шығарады. Термистордың ортамен жылу алмасуы ортаның жылу өткізгіштігінің және ондағы конвекцияның, термистордың өзінің және оған бекітілген арматураның жылу өткізгіштігінің және, ең соңында, сәулеленудің есебінен жүреді. Жылу берудің қарқындылығы, демек, термистордың температурасы оның геометриялық өлшемдері мен пішініне, қорғаныс арматурасының конструкциясына, газдың немесе сұйық ортаның құрамына, тығыздығына, жылу өткізгіштігіне, тұтқырлығына және басқа физикалық қасиеттеріне байланысты. термистор, сондай-ақ температура мен ортаның қозғалыс жылдамдығы туралы .

Күріш. 11-7. Құрылғы(лар) және сыртқы түріфитингтер (b) платина термисторы

Осылайша, температураның тәуелділігі, демек, термистордың жоғарыда аталған факторларға кедергісі газ немесе сұйық ортаны сипаттайтын әртүрлі электрлік емес шамаларды өлшеу үшін пайдаланылуы мүмкін. Түрлендіргішті жобалау кезінде термистордың ортамен жылу алмасуы негізінен өлшенетін электрлік емес шамамен анықталатынын қамтамасыз ету мақсаты қойылады.

Жұмыс режиміне сәйкес термисторлар қызып кеткен және қасақана қызып кетусіз. Қызып кетпейтін түрлендіргіштерде термистор арқылы өтетін ток іс жүзінде қызып кетуді тудырмайды, ал соңғысының температурасы ортаның температурасымен анықталады; бұл түрлендіргіштер температураны өлшеу үшін қолданылады. Қызып кететін түрлендіргіштерде электр тогы ортаның қасиеттеріне байланысты қызып кетуді тудырады. Қызып кету түрлендіргіштері жылдамдықты, тығыздықты, ортаның құрамын және т.б. өлшеу үшін қолданылады. Қызып кету термисторларына орта температурасы әсер ететіндіктен, әдетте бұл әсерді өтеу үшін схема әдістері қолданылады.

Температураны өлшеу үшін ең көп таралған термисторлар платина немесе мыс сымнан жасалған.

Стандартты платина термисторлары температураны -260-тан + 1100 ° C-қа дейін, мыс - 200-ден + 200 ° C-қа дейінгі диапазондағы температураны өлшеу үшін қолданылады (ГОСТ 6651-78). Төмен температуралы платина термисторлары (ГОСТ 12877-76) -261-ден -183 °C аралығындағы температураны өлшеу үшін қолданылады.

Суретте. 11-7, аПлатиналық термистордың құрылғысы көрсетілген. Керамикалық түтіктің арналарында 2 спиральдың екі (немесе төрт) бөлімі бар 3 тізбектей жалғанған платина сымынан жасалған. Спиральдың ұштарына сымдарды дәнекерлеңіз 4, өлшеу тізбегіне термисторды қосу үшін қолданылады. Өткізгіштерді бекіту және керамикалық түтіктің герметизациясы глазурьмен / орындалады. Түтіктің арналары сусыз алюминий оксиді ұнтағымен жабылған, ол оқшаулағыш және спираль үшін ұстағыш ретінде әрекет етеді. Сусыз глинозем ұнтағы жоғары жылу өткізгіштікке және төмен жылу сыйымдылығына ие, жақсы жылу беруді және термистордың төмен инерциясын қамтамасыз етеді. Термисторды сыртқы ортаның механикалық және химиялық әсерінен қорғау үшін оны тот баспайтын болаттан жасалған қорғаныс арматурасына (11-7, б-сурет) орналастырады.

Платиналық стандартты термисторлардың бастапқы кедергілері (0 ° C кезінде) 1, 5, 10, 46, 50, 100 және 500 Ом, мыс - 10, 50, 53 және 100 Ом.

Өлшеу тізбегіне енгізілген кезде термистор арқылы өтетін токтың рұқсат етілген мәні қыздыру кезінде термистор кедергісінің өзгеруі бастапқы кедергінің 0,1% аспайтындай болуы керек.

Кестелер түріндегі статикалық түрлендіру сипаттамалары (калибрлеу) және стандартты термисторлар үшін осы сипаттамалардың рұқсат етілген ауытқулары ГОСТ 6651-78-де келтірілген.

Термисторларды жасау үшін платина мен мыстан басқа, кейде никель қолданылады.

Температураны өлшеу үшін жоғары сезімталдықпен сипатталатын әртүрлі типтегі жартылай өткізгіш термисторлар (термисторлар) қолданылады (TCS термисторы-

қарсылық теріс және 20 °C температурада мыс пен платинаның TCR-дан 10-15 есе жоғары) және өте кішкентай өлшемдерде жоғары қарсылыққа ие (1 МΩ дейін). Термисторлардың кемшілігі - нашар қайталану және түрлендіру сипаттамасының сызықты еместігі:

қайда rtжәне Ро- температурадағы термистордың кедергісі Тжәне Яғни; Бұл- жұмыс диапазонының бастапқы температурасы; В- коэффициент.

Термисторлар -60-тан + 120°С-қа дейінгі температура диапазонында қолданылады.

Температураны -80-ден -f-150 ° C-қа дейін өлшеу үшін температураның әсерінен кедергісі өзгеретін термодиодтар мен термотранзисторлар қолданылады. Р- i-өткізу және осы түйіспедегі кернеудің төмендеуі. Термотранзистордың кернеу сезімталдығы 1,5-2,0 мВ/К құрайды, бұл стандартты термопарлардың сезімталдығынан айтарлықтай асып түседі (11-1 кестені қараңыз). Бұл түрлендіргіштер әдетте көпір тізбектеріне және кернеу бөлгіштер түріндегі тізбектерге кіреді.

Термодиодтар мен термиялық транзисторлардың артықшылығы жоғары сезімталдық, шағын өлшем және төмен инерция, жоғары сенімділік және төмен баға; кемшіліктер - тар температура диапазоны және статикалық түрлендіру сипаттамаларының нашар қайталануы. Әсер ету соңғы кемшілікарнайы тізбектерді қолдану арқылы азаяды.

ГОСТ 6651-78 стандартына сәйкес стандартты термисторлардың жылу инерциясы ортаның және оған енгізілген түрлендіргіштің кез келген нүктесінің температура айырмашылығының 0,37-ге тең болуы үшін қажетті уақыт ретінде анықталатын v ^ жылу инерциясының көрсеткішімен сипатталады. түрлендіргішті тұрақты температурасы бар ортаға енгізу кезіндегі бұл мән , ол тұрақты жылу режимі басталған кезде болған. Жылулық инерция индексі түрлендіргіштің тұрақты режимге сәйкес келетін, яғни экспоненциалды сипатқа ие (жартылай логарифмдік шкалада – түзу) өтпелі жылу процесінің қисығының сол бөлігінен анықталады. Стандартты түрлендіргіштердің әртүрлі түрлері үшін e^ мәні бірнеше ондаған секундтан бірнеше минутқа дейін ауытқиды.

Жылдам төзімді термисторлар қажет болғанда, оларды жасау үшін өте жұқа сым (микро сым) пайдаланылады немесе шағын көлемді термисторлар (моншақ) немесе термотранзисторлар қолданылады.

Күріш. 11-8. Жылу өткізгіштігін өлшеу принципіне негізделген газ анализаторының түрлендіргіші

Rs. 11-9. Газдың жылу өткізгіштігінің қысымға тәуелділігі

Термисторлар газ қоспаларын талдауға арналған аспаптарда қолданылады. Көптеген газ қоспалары бір-бірінен және ауадан жылу өткізгіштігі бойынша ерекшеленеді.

Газды талдауға арналған құрылғыларда - газ анализаторларында - жылу өткізгіштігін өлшеу үшін камераға орналастырылған қызып кететін платина термисторы (11-8-сурет) қолданылады. 2 талданған газбен. Термистордың, арматураның және камераның конструкциясы, сондай-ақ қыздыру тогының мәні ортамен жылу алмасу негізінен газ ортасының жылу өткізгіштігінің есебінен жүзеге асырылатындай таңдалады.

Сыртқы температураның әсерін жою үшін жұмыс температурасынан басқа тұрақты құрамды газбен толтырылған термисторы бар компенсациялық камера қолданылады. Екі камера да бір блок түрінде жасалған, ол камераларды бірдей температуралық жағдайлармен қамтамасыз етеді. Өлшеу кезінде жұмыс және компенсациялық термисторлар көпірдің іргелес иықтарына кіреді, бұл температура әсерінің орнын толтыруға әкеледі.

Термисторлар сиректеу дәрежесін өлшейтін құрылғыларда қолданылады. Суретте. 11-9 денелер арасында орналасқан газдың жылу өткізгіштігінің тәуелділігін көрсетеді Ажәне B,оның қысымынан.

Осылайша, газдың жылу өткізгіштігі көлем бірлігіндегі молекулалар санына, яғни қысымға (сирек болу дәрежесі) тәуелді болады. Газдың жылу өткізгіштігінің қысымға тәуелділігі вакуумметрлерде – сиректеу дәрежесін өлшейтін аспаптарда қолданылады.

Вакуум өлшегіштерде жылу өткізгіштікті өлшеу үшін басқарылатын ортаға қосылған шыны немесе металл ыдысқа салынған металл (платина) және жартылай өткізгіш термисторлар қолданылады.

Термисторлар газ ағынының жылдамдығын өлшеуге арналған құрылғыларда - ыстық сымды анемометрлерде қолданылады. Газ ағынының жолына қойылған қызып кететін термистордың тұрақты күйдегі температурасы ағын жылдамдығына байланысты. Бұл жағдайда конвекция (мәжбүр) термистор мен орта арасындағы жылу алмасудың негізгі жолы болады. Қозғалмалы ортаның оның бетінен жылуды алып тастауына байланысты термистор кедергісінің өзгеруі ортаның жылдамдығымен функционалды түрде байланысты.

Термистордың конструкциясы мен түрі, фитингтер және қыздыру термисторының тогы конвективті қоспағанда, барлық жылу беру жолдары қысқартылатын немесе алынып тасталатындай етіп таңдалады.

Ыстық сымды анемометрлердің артықшылығы жоғары сезімталдық пен жылдамдық болып табылады. Бұл құрылғылар өлшеу тізбегі арқылы 1-ден 100-200 м/с жылдамдықты өлшеуге мүмкіндік береді, оның көмегімен термистордың температурасы автоматты түрде дерлік өзгеріссіз сақталады.

электролиттік түрлендіргіштер. Электролиттік түрлендіргіштер электролит ерітіндісінің электр кедергісінің оның концентрациясына тәуелділігіне негізделген. Олар негізінен ерітінділердің концентрациясын өлшеу үшін қолданылады.

Суретте. 11-10, мысалы, кейбір электролит ерітінділерінің электр өткізгіштігінің концентрацияға тәуелділік графиктері көрсетілген. біргееріген зат. Бұл суреттен белгілі бір концентрация диапазонында электр өткізгіштіктің концентрацияға тәуелділігі бір мағыналы және оны анықтау үшін қолдануға болатыны шығады. бірге.

Күріш. 11-10. Электролит ерітінділерінің электр өткізгіштігінің еріген заттың концентрациясына тәуелділігі

Күріш. 11-11. Зертханалық электролиттік түрлендіргіш

Зертханада концентрацияны өлшеу үшін қолданылатын түрлендіргіш екі электроды бар ыдыс (электролиттік ұяшық) болып табылады (11-11-сурет). Өнеркәсіптік үздіксіз өлшеулер үшін түрлендіргіштер ағынды болып табылады және ыдыстың қабырғалары (металл) екінші электрод рөлін атқаратын конструкциялар жиі қолданылады.

Ерітінділердің электр өткізгіштігі температураға байланысты. Осылайша, электролиттік түрлендіргіштерді пайдалану кезінде температураның әсерін жою қажет. Бұл мәселе ерітіндінің температурасын тоңазытқыштың (жылытқыштың) көмегімен тұрақтандыру арқылы немесе мыс термисторлары бар температураны компенсациялау схемаларын қолдану арқылы шешіледі, өйткені мыс және электролит ерітінділерінің өткізгіштігінің температуралық коэффициенттері қарама-қарсы белгілерге ие.

Тұрақты ток түрлендіргіш арқылы өткенде ерітіндінің электролизі жүреді, бұл өлшеу нәтижелерінің бұрмалануына әкеледі. Сондықтан ерітінді кедергісін өлшеу әдетте айнымалы токта (700-1000 Гц) жүргізіледі, көбінесе көпірлік тізбектерді пайдаланады.

Индуктивті түрлендіргіштер. Түрлендіргіштердің жұмыс істеу принципі орамалардың магниттік контурдағы индуктивтілігінің немесе өзара индуктивтілігінің олардың магнит тізбегі элементтерінің орналасуына, геометриялық өлшемдері мен магниттік күйіне тәуелділігіне негізделген.

Күріш. 11-12. Саңылаулары мен екі орамасы бар магниттік тізбек

Индуктивтілікті және өзара индуктивтілікті b ұзындығына, магниттік контурдың ауа қимасының көлденең қимасына s әсер ету арқылы, магниттік контурдағы қуат жоғалтуларына және басқа әдістермен өзгертуге болады. Бұған, мысалы, жылжымалы ядроны (арматураны) / (11-12-сурет) қозғалмайтынға қатысты жылжыту арқылы қол жеткізуге болады. 2, магнитті емес металл пластинаны енгізу 3 ауа саңылауына және т.б.

Суретте. 11-13 индуктивті түрлендіргіштердің әртүрлі түрлерін схемалық түрде көрсетеді. Ауа саңылауының айнымалы ұзындығы b индуктивті түрлендіргіш (11-13, а-сурет) сызықты емес тәуелділікпен сипатталады. L=f(b). Мұндай түрлендіргіш әдетте якорь 0,01-5 мм қозғалған кезде қолданылады. Сезімталдық айтарлықтай төмен, бірақ сызықтық тәуелділік L=f(s) ауыспалы ауа саңылауының түрлендіргіштері әртүрлі (Cурет 11-13, б).Бұл түрлендіргіштер 10-15 мм-ге дейінгі қозғалыстар үшін қолданылады.

Күріш. 11-13. Айнымалы саңылау ұзындығы (a), айнымалы саңылау бөлімі бар индуктивті түрлендіргіштер (b),дифференциал (v),дифференциалды трансформатор (г), ашық магнит тізбегі бар дифференциалды трансформатор (е)магнитті серпімді (е)

Индуктивті түрлендіргіштегі арматура электромагниттен (қажет емес) тартылыс күшін сезінеді.

қайда Вм- магнит өрісінің энергиясы; Л- түрлендіргіш индуктивтілігі; / - түрлендіргіш орамасынан өтетін ток.

Кең тараған индуктивті дифференциалдық түрлендіргіштер (11-13-сурет, v),онда өлшенетін шаманың әсерінен электромагниттердің екі саңылауы бір уақытта және оның үстіне әртүрлі белгілермен өзгереді. Дифференциалды түрлендіргіштер сәйкес өлшеу тізбегімен (әдетте көпір) үйлесімде жоғары сезімталдыққа ие, түрлендіру сипаттамасының сызықты еместігі азырақ, дифференциалды емес түрлендіргіштерге қарағанда сыртқы факторлардың әсері және электромагниттен якорьге әсер етуші күштің азаюы. .

Суретте. 11-13, Гшығыс мәндері өзара индуктивті болып табылатын дифференциалды индуктивті түрлендіргіштің коммутациялық тізбегін көрсетеді. Мұндай түрлендіргіштер өзара индуктивті немесе трансформатор деп аталады. Бастапқы орам айнымалы токпен және электромагниттерге қатысты якорьдің симметриялы орналасуымен қоректенетін кезде шығыс терминалдардағы ЭҚК нөлге тең болады. Арматураны жылжытқанда шығыс терминалдарында эмф пайда болады.

Салыстырмалы түрде үлкен орын ауыстыруларды (50-100 мм-ге дейін) түрлендіру үшін ашық магниттік тізбегі бар трансформаторлық түрлендіргіштер қолданылады (11-13-сурет, О).

Тұрақты статордан және орамалары бар жылжымалы ротордан тұратын айналу бұрышының трансформаторлық түрлендіргіштерін қолданыңыз. Статор орамасы айнымалы токпен қоректенеді. Ротордың айналуы оның орамында индукцияланған ЭҚК мәні мен фазасының өзгеруіне әкеледі. Мұндай түрлендіргіштер үлкен бұрыштық жылжуларды өлшеу үшін қолданылады.

Индуктозиндер шағын бұрыштық ығысуларды өлшеу үшін қолданылады (11-14-сурет). Ротор / және статор 2 индуктосин басып шығарылған орамалармен қамтамасыз етіледі 3, ұқсайды радиалды растр. Индуктозиннің әрекет ету принципі жоғарыда сипатталғанға ұқсас. Орамдарды басып шығарылған әдіспен қолдану арқылы көп полюсті орама қадамдарын алуға болады, бұл түрлендіргіштің айналу бұрышының өзгеруіне жоғары сезімталдығын қамтамасыз етеді.

Күріш. 11-14. Құрылғы (а) және басып шығарылған орама түрі (б)индуктосин

Егер түрлендіргіштің ферромагниттік өзегі механикалық кернеуге ұшыраса F,содан кейін ядро ​​материалының магниттік өткізгіштігінің өзгеруіне байланысты контурдың магниттік кедергісі өзгереді, бұл индуктивтіліктің өзгеруіне әкеледі Лжәне өзара индуктивтілік Морамдар. Магнитосерпімді түрлендіргіштер осы принципке негізделген (сурет 11-13, e).

Түрлендіргіш конструкциясы өлшенген орын ауыстыру ауқымымен анықталады. Түрлендіргіш өлшемдері қажетті шығыс сигналының қуаты негізінде таңдалады.

Индуктивті түрлендіргіштердің шығыс параметрін өлшеу үшін көпірлік (тепе-теңдік және тепе-теңдік емес) тізбектер, сонымен қатар дифференциалды трансформатор түрлендіргіштерінің компенсациялық (автоматты құрылғыларда) тізбегі кеңінен қолданылады.

Индуктивті түрлендіргіштер орын ауыстыруды және орын ауыстыруға түрлендіруге болатын басқа электрлік емес шамаларды (күш, қысым, момент және т.б.) түрлендіру үшін қолданылады.

Басқа ығыстыру түрлендіргіштерімен салыстырғанда индуктивті түрлендіргіштер жоғары қуатты шығыс сигналдарымен, жұмысының қарапайымдылығымен және сенімділігімен ерекшеленеді.

Олардың кемшілігі – түрлендіргіштің зерттелетін объектіге кері әсері (электромагниттің якорьге әсері) және якорь инерциясының жиілік сипаттамаларықұрылғы.

Күріш. 11-15. Пластиналар арасындағы айнымалы қашықтығы бар сыйымдылық түрлендіргіштері (a), дифференциалды (b), пластиналардың айнымалы белсенді ауданы бар дифференциал (c) және пластиналар арасындағы ортаның өткізгіштігі өзгеретін (d)

Сыйымдылықты түрлендіргіштер.Сыйымдылықты түрлендіргіштер конденсатордың электр сыйымдылығының өлшемдерге, оның пластиналарының салыстырмалы орналасуына және олардың арасындағы ортаның өткізгіштігіне тәуелділігіне негізделген.

Суретте. 11-15 әртүрлі сыйымдылық түрлендіргіштердің орналасуын схемалық түрде көрсетеді. Суреттегі түрлендіргіш. 11-15, аконденсатор болып табылады, оның бір пластинасы өлшенетін шаманың әсерінен қозғалады Xбекітілген пластинаға қатысты. C(b) түрлендірудің статикалық сипаттамасы сызықты емес. Түрлендіргіштің сезімталдығы қашықтық азайған сайын артады 6. Мұндай түрлендіргіштер шағын орын ауыстыруларды (1 мм-ден аз) өлшеу үшін қолданылады.

Пластиналардың шағын жұмыс қозғалысы температура ауытқулары бар плиталар арасындағы қашықтықты өзгерту қатесіне әкеледі. Түрлендіргіш бөлшектері мен материалдарының өлшемдерін таңдау арқылы бұл қателік азаяды.

Сыйымдылық түрлендіргіштерде пластиналар арасында (қажет емес) тартылыс күші бар

қайда W 3- электр өрісінің энергиясы; Ужәне C - сәйкесінше пластиналар арасындағы кернеу мен сыйымдылық.

Дифференциалды түрлендіргіштер де қолданылады (11-15, б-сурет), олардың бір жылжымалы және екі қозғалмайтын пластинасы бар. Өлшенген мәнге ұшыраған кезде Xбұл түрлендіргіштер бір уақытта сыйымдылықты өзгертеді. Суретте. 11-15, vпластиналардың айнымалы белсенді ауданы бар дифференциалды сыйымдылық түрлендіргішін көрсетеді. Мұндай түрлендіргіш салыстырмалы түрде үлкен сызықтық (1 мм-ден астам) және бұрыштық орын ауыстыруларды өлшеу үшін қолданылады. Бұл түрлендіргіштерде пластиналарды профильдеу арқылы қажетті түрлендіру сипаттамасын алу оңай.

Түрлендіргіштер (е) сұйықтықтардың деңгейін, заттардың ылғалдылығын, диэлектрлік өнімдердің қалыңдығын және т.б. өлшеу үшін қолданылады. Мысалы (11-15-сурет, G)сыйымдылық деңгейін өлшейтін түрлендіргіштің құрылғысы берілген. Ыдысқа түсірілген электродтар арасындағы сыйымдылық сұйықтық деңгейіне байланысты, өйткені деңгейдің өзгеруі электродтар арасындағы ортаның орташа өткізгіштігінің өзгеруіне әкеледі. Пластиналардың конфигурациясын өзгерту арқылы құрал көрсеткіштерінің сұйықтық көлеміне (массасына) тәуелділігінің қажетті сипатын алуға болады.

Сыйымдылық түрлендіргіштердің шығыс параметрін өлшеу үшін резонанстық тізбектерді қолданатын көпірлік тізбектер мен тізбектер қолданылады. Соңғысы 10~7 мм орын ауыстыруларға жауап бере алатын жоғары сезімталдығы бар құрылғыларды жасауға мүмкіндік береді. Сыйымдылық түрлендіргіштері бар тізбектер әдетте жоғары жиілікті токпен (ондаған мегагерцке дейін) қоректенеді, бұл өлшеу құрылғысына түсетін сигналды жоғарылату ниетінен және оқшаулау кедергісінің маневрлік әсерін азайту қажеттілігінен туындайды.

ионизациялық түрлендіргіштер.Түрлендіргіштер газдың иондану құбылысына немесе иондаушы сәулелердің әсерінен белгілі бір заттардың люминесценциясына негізделген.

Егер құрамында газы бар камера, мысалы, p-сәулелерімен сәулеленетін болса, онда электр тізбегіне кіретін электродтар арасында ток өтеді (11-16-сурет). Бұл ток электродтарға берілетін кернеуге, газ ортасының тығыздығы мен құрамына, камера мен электродтардың өлшеміне, иондаушы сәулеленудің қасиеттері мен қарқындылығына және т.б. тәуелді. Бұл тәуелділіктер әртүрлі электрлік емес шамаларды өлшеу үшін қолданылады. : газ ортасының тығыздығы мен құрамы, бөлшектердің геометриялық өлшемдері және т.б.

Күріш. 11-16. Иондаушы түрлендіргіштің сұлбасы

Күріш. 11-17. Иондаушы түрлендіргіштің вольт-амперлік сипаттамасы

Иондаушы агенттер ретінде радиоактивті заттардың a-, p- және y-сәулелері, әлдеқайда сирек - рентген және нейтрондық сәулелер қолданылады.

Иондану дәрежесін өлшеу үшін түрлендіргіштер – ионизация камералары және иондану есептегіштері пайдаланылады, олардың жұмысы екі электрод арасындағы газ саңылауының ток-кернеу сипаттамасының әртүрлі бөлімдеріне сәйкес келеді. Суретте. 11-17 тұрақты газ құрамы бар камерадағы токтың (11-16-сурет) берілген кернеуге тәуелділігін көрсетеді. Ужәне сәулелену қарқындылығы. Орналасқан жер қосулы Асипаттамалары, ток кернеуге тура пропорционалды түрде артады, содан кейін оның өсуі баяулайды және аймақта Бқанықтылыққа жетеді. Бұл камерада түзілетін барлық иондардың электродтарға жететінін көрсетеді. Орналасқан жер қосулы Виондану тогы қайтадан өсе бастайды, ол бастапқы электрондар мен иондар бейтарап молекулалармен соқтығысқан кездегі екінші реттік иондану нәтижесінде пайда болады. Кернеудің одан әрі жоғарылауымен (бөлім G)иондану тогы бастапқы иондануға тәуелді болуды тоқтатады және келеді

үздіксіз разряд (бөлім D)бұл енді радиоактивті сәулеленудің әсеріне тәуелді емес.

Сюжеттер А және Вток-кернеу сипаттамалары иондану камералары мен секциялардың әрекетін сипаттайды Вжәне G -иондану есептегіштері. Ионизациялық түрлендіргіштер ретінде иондану камералары мен есептегіштерден басқа сцинтилляциялық (люминесцентті) есептегіштер қолданылады. Бұл санауыштардың жұмыс істеу принципі белгілі бір заттарда – люминофорларда (күміспен белсендірілген мырыш сульфиді, кадмий сульфиді және т.б.) – радиоактивті сәулелену әсерінен есептегіштерде тіркелетін жарық жарқылдарының (сцинтилляциялардың) пайда болуына негізделген. фотокөбейткіштер арқылы. Бұл жыпылықтаулардың жарықтығы, демек, фотокөбейткіштің ток күші радиоактивті сәулеленумен анықталады.

Иондаушы түрлендіргіштің түрін таңдау көбінесе иондаушы сәулеленуге байланысты.

Альфа сәулелері (гелий атомының ядролары) жоғары иондаушы күшке ие, бірақ ену қабілеті төмен. Қатты денелерде а-сәулелері өте жұқа қабаттарда (бірнеше-ондаған микрометрге дейін) жұтылады. Сондықтан а-сәулелерді пайдаланған кезде а-эмиттер түрлендіргіштің ішіне орналастырылады.

Бета-сәулелері – электрондар ағыны (позитрондар); олардың а-сәулелеріне қарағанда иондаушы күші әлдеқайда төмен, бірақ олардың ену қабілеті жоғары. Қатты денелердегі жол ұзындығы бірнеше миллиметрге жетеді. Сондықтан эмитент түрлендіргіштің ішінде де, сыртында да орналасуы мүмкін.

Электродтар арасындағы қашықтықтың, электродтардың қабаттасу аймағының немесе радиоактивті сәулелену көзінің ионизациялық камераларға немесе есептегіштерге қатысты орналасуының өзгеруі ионизация токының мәніне әсер етеді. Сондықтан бұл тәуелділіктер әртүрлі механикалық және геометриялық шамаларды өлшеу үшін қолданылады.

Суретте. 11-18 мысал ретінде ионизациялық мембраналық манометр көрсетілген, мұндағы / - эмитент; 2 - мембрана; 3 - мембранадан оқшауланған бекітілген электрод. Электродтар арасында 2 а 3қаныққан токқа жету үшін жеткілікті потенциалдар айырымы қолданылады. Қысым өзгерген кезде Рмембрана иілу арқылы электродтар арасындағы қашықтықты және ионизациялық токтың мәнін өзгертеді.

Күріш. 11-18. Иондаушы диафрагмалық манометр

Күріш. 11-19. Газ разрядының есептегіші

Гамма сәулелері – радиоактивті түрленулер кезінде пайда болатын толқын ұзындығы өте аз (10 ~ 8 -10 ~ «см) электромагниттік тербелістер.Гамма-сәулелердің ену қабілеті жоғары.

Иондаушы камералар мен есептегіштердің конструкциялары әртүрлі және сәулелену түріне байланысты.

Жеке бөлшектерді тіркеу үшін, сондай-ақ шағын y-сәулеленуді өлшеу үшін әрекеті бөлімдермен сипатталатын газ разрядтық есептегіштер кеңінен қолданылады. Вжәне G ток кернеуінің сипаттамалары. Газ разрядының есептегішінің құрылғысы күріште көрсетілген. 11-19. Есептегіш металл цилиндрден / тұрады, оның ішінде жұқа вольфрам сымы созылған 2. Бұл электродтардың екеуі де шыны цилиндрге орналастырылған. 3 синертті газ. Газ иондалған кезде есептегіш контурда ток импульстері пайда болады, олардың саны есептеледі.

a-, p- және y-сәулелену көздері ретінде әдетте радиоактивті изотоптар қолданылады. Өлшеу технологиясында қолданылатын сәулелену көздері айтарлықтай жартылай ыдырау периоды және жеткілікті сәулелену энергиясы болуы керек (кобальт-60, стронций-90, плутоний-239 және т.б.).

Иондаушы сәулеленуді пайдаланатын құрылғылардың басты артықшылығы - бұл, мысалы, агрессивті немесе жарылыс қауіпті ортада, сондай-ақ жоғары қысым немесе жоғары температура жағдайында өлшеу кезінде үлкен мәнге ие контактсыз өлшеу мүмкіндігі. Бұл құрылғылардың негізгі кемшілігі - сәулелену көзінің жоғары белсенділігі кезінде биологиялық қорғанысты қолдану қажеттілігі.

13.2 Генератор түрлендіргіштері

Негізгі ақпарат.В генератор түрлендіргіштерішығыс шама – өлшенетін электрлік емес шамаға функционалды түрде байланысты ЭҚК немесе заряд.

Термоэлектрлік түрлендіргіштер.Бұл түрлендіргіштер термопар тізбегінде болатын термоэлектрлік әсерге негізделген.

Температуралық айырмашылық нүктелермен / және 2, екі бірдей емес өткізгіштердің қосылуы А және В(11-20, а-сурет), терможұпты құра отырып, терможұп тізбегінде термо-ЭҚК пайда болады.

ТермоЭҚК өлшеу үшін термопар тізбегіне электрлік өлшеуіш құрылғы (милливольтметр, компенсатор) кіреді (11-20-сурет, б).Өткізгіштердің (электродтардың) қосылу нүктесі термопардың жұмыс ұшы, нүктелері деп аталады. 2 және 2" - еркін аяқталады.

Терможұп тізбегіндегі термо-ЭҚК жұмысшы ұшының температурасымен бірмәнді анықталуы үшін термопардың бос ұштарының температурасын бірдей және өзгеріссіз ұстау қажет.

Күріш. 11-20. Термопар (а) және құрылғыны термопар тізбегіне қосу әдісі (б)

Термоэлектрлік термометрлерді калибрлеу - температураны өлшеу үшін термопарларды пайдаланатын құрылғылар әдетте бос ұштардың 0 ° C температурасында жүзеге асырылады. Стандартты терможұптар үшін калибрлеу кестелері де бос ұштардың температурасы 0 ° C-қа тең болған жағдайда құрастырылады. Термоэлектрлік термометрлерді практикалық қолдануда термопардың бос ұштарының температурасы әдетте 0 ° C-қа тең емес, сондықтан түзетуді енгізу керек.

Қазіргі уақытта температураны өлшеу үшін қолданылатын термопарларды өндіру үшін негізінен арнайы қорытпалар қолданылады.

Жоғары температураны өлшеу үшін TPP, TPR және TVR типті термопарлар қолданылады. Асыл металдардан жасалған термопарлар (ТРП және ТПР) жоғары дәлдікпен өлшеулерде қолданылады. Басқа жағдайларда қымбат емес металдан жасалған термопарлар (TXA, TXK) қолданылады.

Сыртқы әсерлерден (қысым, агрессивті газдар және т.б.) қорғау үшін термопар электродтары термисторлық фитингтерге құрылымы жағынан ұқсас қорғаныс фитингтеріне орналастырылады (11-7-сурет, б).

Бос ұштардың температурасын тұрақтандыруға ыңғайлы болу үшін кейде термопара сәйкес термоэлектродтық материалдардан немесе электродтарға қарағанда арзанырақ және термоэлектрлік сәйкестік жағдайын қанағаттандыратын арнайы таңдалған материалдардан жасалған ұзартқыш сымдар деп аталады. негізгі термопарамен бос ұштардың мүмкін болатын температуралар диапазонында (әдетте 0-ден 100 ° C-қа дейін). Басқаша айтқанда, ұзартқыш сымдар көрсетілген температура диапазонындағы термо-ЭҚК-нің негізгі термопара сияқты температураға тәуелділігі болуы керек.

Терможұптардың инерциясы жылулық инерцияның көрсеткішімен сипатталады. Жылулық инерция индексі 5-20 с болатын жылдам жауап беретін термопарлардың конструкциялары белгілі. Кәдімгі фитингтердегі термопарлар бірнеше минуттық термиялық инерцияға ие.

Индукциялық түрлендіргіштер сызықтық және бұрыштық орын ауыстырулардың жылдамдығын өлшеу үшін қолданылады. Бұл түрлендіргіштердің шығыс сигналы уақыт бойынша электрлік біріктіру немесе дифференциалдау құрылғыларының көмегімен біріктірілуі немесе дифференциялануы мүмкін. Осы түрлендірулерден кейін ақпараттық сигнал параметрі сәйкесінше орын ауыстыруға немесе үдеуге пропорционал болады. Сондықтан индукциялық түрлендіргіштер сызықтық және бұрыштық орын ауыстырулар мен үдеулерді өлшеу үшін де қолданылады.

Индукциялық түрлендіргіштер бұрыштық жылдамдықты өлшеуге арналған аспаптарда (тахометрлер) және діріл параметрлерін өлшеуге арналған аспаптарда кеңінен қолданылады.

Тахометрлерге арналған индукциялық түрлендіргіштер роторы сыналатын білікке механикалық түрде жалғанған, әдетте тұрақты магниттен тәуелсіз қозуы бар тұрақты немесе айнымалы токтың шағын (1-100 Вт) генераторлары болып табылады. Тұрақты ток генераторын пайдаланған кезде бұрыштық жылдамдық генератордың ЭҚК арқылы бағаланады, ал айнымалы ток генераторы жағдайында бұрыштық жылдамдықты ЭҚК мәнінен немесе оның жиілігінен анықтауға болады.

Суретте. 11-21 кері қозғалыстың амплитудасын, жылдамдығын және үдеуін өлшеуге арналған индуктивті түрлендіргішті көрсетеді. Түрлендіргіш магниттік тізбектің сақиналы саңылауында қозғалатын цилиндрлік катушка/ 2. Цилиндрлік тұрақты магнит 3 сақиналы саңылауда тұрақты радиалды магнит өрісін жасайды. Орам қозғалған кезде магнит өрісінің күш сызықтарын кесіп өтеді және онда қозғалыс жылдамдығына пропорционалды эмф пайда болады.

Күріш. 11-21. Индукциялық түрлендіргіш

Индукциялық түрлендіргіштердің қателіктері негізінен магнит өрісінің уақыт бойынша өзгеруімен және температураның өзгеруімен, сондай-ақ орама кедергісінің температуралық өзгеруімен анықталады.

Индукциялық түрлендіргіштердің негізгі артықшылықтары конструкциясының салыстырмалы қарапайымдылығы, сенімділігі және жоғары сезімталдығы болып табылады. Кемшілігі - өлшенетін мәндердің шектеулі жиілік диапазоны.

Пьезоэлектрлік түрлендіргіштер.Мұндай түрлендіргіштер сыртқы көріністен тұратын тікелей пьезоэлектрлік әсерді қолдануға негізделген электр зарядтарымеханикалық кернеулердің әсерінен кейбір кристалдардың (кварц, турмалин, Рошель тұзы және т.б.) бетінде.

Кварц кристалынан пластина кесілген, оның шеттері оптикалық оське перпендикуляр болуы керек. Оз,механикалық ось OUжәне электр осі Окристалды (11-22-сурет, а және б).

Fxбеттеріндегі электр осі бойымен Xалымдар пайда болады Q x = kF x,қайда к- пьезоэлектрлік коэффициент (модуль).

Күш пластинасының әсеріне ұшыраған кезде Fyмеханикалық ось бойымен бірдей беттерде Xалымдар туындайды Q y = kF y a/b,қайда ажәне б- пластина беттерінің өлшемдері.

Оптикалық ось бойымен пластинадағы механикалық әсер зарядтардың пайда болуын тудырмайды.

Ауыспалы газ қысымын өлшеуге арналған пьезоэлектрлік түрлендіргіштің құрылғысы күріш. 11-23. Қысым Рметалл мембрана арқылы / металл тығыздағыштар арасында сэндвичке беріледі 2 кварц тақталары 3.

Күріш. 11-22. Кварц кристалы (а) және пластина (b),одан ойылған

Доп 4 кварц пластиналарының бетіне қысымның біркелкі таралуына ықпал етеді. Ортаңғы аралық жақсы оқшаулағыш материалдың втулкасы арқылы өтетін 5-пинге жалғанған. Қысымға ұшыраған кезде Р 5 түйреуіш пен түрлендіргіш корпусының арасында потенциалдар айырмасы пайда болады .

Пьезоэлектрлік түрлендіргіштерде негізінен пьезоэлектрлік қасиеттері жоғары механикалық беріктікпен және жоғары оқшаулау қасиеттерімен, сонымен қатар пьезоэлектрлік сипаттаманың кең диапазондағы температурадан тәуелсіздігімен біріктірілген кварц қолданылады. Сондай-ақ барий титанаты, титанат және қорғасын цирконатының поляризацияланған керамикасы қолданылады.

Күріш. 11-23. Пьезоэлектрлік қысымды түрлендіргіш

Пластиналардың өлшемдері мен олардың саны жобалық ойлар мен қажетті заряд мәні негізінде таңдалады.

Пьезоэлектрлік түрлендіргіште пайда болатын заряд оқшаулау мен кіріс тізбегі бойымен «ағып кетеді». өлшеу құралы. Сондықтан пьезоэлектрлік түрлендіргіштердегі потенциалдар айырмасын өлшейтін құрылғылар жоғары кіріс кедергісіне (10 12 -10 15 Ом) ие болуы керек, бұл іс жүзінде кіріс кедергісі жоғары электронды күшейткіштерді қолдану арқылы қамтамасыз етіледі.

Зарядтың «ағызуына» байланысты бұл түрлендіргіштер тек тез өзгеретін шамаларды (айнымалы күштерді, қысымдарды, діріл параметрлерін, үдеулерді және т.б.) өлшеу үшін қолданылады.

Пьезоэлектрлік түрлендіргіштер – пьезоэлектрлік түрлендіргіштер қолданылады, оларда тура және кері пьезоэлектрлік әсерлер қолданылады. Соңғысы, егер түрлендіргіштің электродтарына айнымалы кернеу қолданылса, онда пьезосезімтал пластинада механикалық тербелістер пайда болады, олардың жиілігі ( резонанстық жиілік) қалыңдығына байланысты hпластина, серпімділік модулі Ежәне оның материалының тығыздығы p. Мұндай түрлендіргіш генератордың резонанстық тізбегіне енгізілгенде, туындайтын электрлік тербелістердің жиілігі f p жиілігімен анықталады. Мәндерді өзгерту кезінде олнемесе р механикалық немесе термиялық әсерлердің әсерінен жиілік /p өзгереді және сәйкесінше тудырылған тербелістердің жиілігі өзгереді. Бұл принцип қысымды, күшті, температураны және басқа шамаларды жиілікке түрлендіру үшін қолданылады.

Гальваникалық түрлендіргіштер. Түрлендіргіштер гальваникалық контурдың электр қозғаушы күшінің электролит иондарының химиялық белсенділігіне, яғни иондардың концентрациясына және электролиттегі тотығу-тотықсыздану процестеріне тәуелділігіне негізделген. Бұл түрлендіргіштер ерітіндінің сутегі иондарының активтілігіне байланысты ерітіндінің (қышқылдық, бейтарап, сілтілі) реакциясын анықтау үшін қолданылады.

Дистилденген су әлсіз, бірақ жақсы анықталған электр өткізгіштікке ие, ол судың иондануымен түсіндіріледі.Химиялық активтілік a эквивалентті концентрация мен белсенділік коэффициентінің көбейтіндісіне тең (ерітіндінің шексіз сұйылтуымен бірлікке бейім).

Егер диссоциация кезінде Н+ иондарын түзетін қышқыл суда ерітілген болса, онда ерітіндідегі Н+ иондарының концентрациясы таза суға қарағанда жоғары болады, ал бөліктің рекомбинациялануынан OH ~ иондарының концентрациясы төмен болады. H + иондарының OH иондарымен.

Сонымен, ерітіндінің сутегі иондарының химиялық белсенділігі ерітінді реакциясының сипаттамасы болып табылады. Ерітінді реакциясы сандық түрде сутегі иондарының белсенділігінің теріс логарифмімен сипатталады – рН мәні.Дистилденген су үшін рН мәні 7 рН бірлігін құрайды.

рН диапазоны сулы ерітінділерсағ t = 22 °С 0-14 рН бірлігін құрайды.

РН өлшеу үшін электродтық (шекаралық) потенциалды өлшеуге негізделген әдіс қолданылады.

Егер металл электродты оның аттас иондары бар ерітіндіге батырса, онда электрод потенциалға ие болады. Сутегі электроды да осылай әрекет етеді.

Сутегі мен ерітінді арасындағы электродтық потенциалды алу үшін сутегі электроды деп аталатын электрод болуы керек. Сутегі электродты платина, иридий және палладий бетіндегі сутегінің адсорбциялық қасиетін пайдалану арқылы жасауға болады. Әдетте, сутегі электроды сутегі газы үздіксіз жеткізілетін платина қара жабыны бар платина электроды болып табылады. Мұндай электродтың потенциалы ерітіндідегі сутегі иондарының концентрациясына байланысты.

Іс жүзінде шекаралық потенциалдың абсолютті мәнін өлшеу мүмкін емес. Сондықтан гальваникалық түрлендіргіш әрқашан бір-бірімен электрлік байланысқан екі жартылай ұяшықтан тұрады: электродпен сыналатын ерітінді болып табылатын жұмыс (өлшеу) жартылай ұяшықтан және тұрақты шекаралық потенциалы бар салыстырмалы (көмекші) жартылай ұяшықтан. , электрод пен тұрақты концентрациясы бар ерітіндіден тұрады. Эталондық жартылай ұяшық ретінде сутегі иондарының қалыпты тұрақты концентрациясы бар сутегі электроды пайдаланылады. Өнеркәсіптік өлшемдер үшін неғұрлым ыңғайлы анықтамалық каломель электроды қолданылады.

Күріш. 11-24. Гальваникалық түрлендіргіш

Суретте. 11-24 сутегі иондарының концентрациясын өлшеуге арналған түрлендіргішті көрсетеді. Каломель электроды салыстырмалы жартылай элемент қызметін атқарады. Бұл шыны ыдыс 4, оның түбіне аз мөлшерде сынап, ал оның үстіне каломель (Hg2Cb) пастасы орналастырылған. Паста үстіне калий хлоридінің ерітіндісі (KC1) құйылады. Потенциал каломель-сынап интерфейсінде пайда болады. Сынаппен жанасу үшін ыдыстың түбіне платина электрод 5 дәнекерленген.Каломель электродының потенциалы каломельдегі сынаптың концентрациясына, ал сынап иондарының концентрациясы, өз кезегінде, хлорид концентрациясына байланысты. калий хлориді ерітіндісіндегі иондар.

Зерттелетін ерітіндіге сутегі электроды батырылады. Жартылай ұяшықтардың екеуі де түтік болып табылатын электролиттік кілтпен қосылған 2, әдетте KC1 қаныққан ерітіндісімен толтырылады және жартылай өткізгіш тығындармен жабылады 3. Мұндай түрлендіргіштің ЭҚК рН функциясы болып табылады.

Өнеркәсіптік типтегі құрылғыларда жұмыс істейтін сутегі электродтарының орнына қолайлырақ сурьма немесе хингидроды электродтар қолданылады. Шыны электродтар деп аталатындар да кеңінен қолданылады.

Гальваникалық түрлендіргіштердің ЭҚК-ін өлшеу үшін негізінен компенсациялық құрылғылар қолданылады. Шыны электродтар үшін өлшеу тізбегі жоғары кіріс кедергісіне ие болуы керек, өйткені шыны электродтардың ішкі кедергісі 100-200 МΩ жетеді. Гальваникалық түрлендіргіштермен рН өлшеу кезінде температура әсерлеріне түзетулер енгізу қажет.

1. Құрылғы, жұмыс принципі және қолданылуы дегеніміз не?

а) фотоэлектрлік түрлендіргіштер;

Фотоэлектрлік түрлендіргіштер - түрлендіргішке түсетін жарық ағынына байланысты шығыс сигналы өзгеретін түрлендіргіштер. Фотоэлектрлік түрлендіргіштер немесе біз оларды келесідей атайтын болсақ, фотоэлементтер үш түрге бөлінеді:

1) сыртқы фотоэффектті фотоэлементтер

Олар вакуумды немесе газ толтырылған сфералық шыны ыдыстар, олардың ішкі бетіне фотосезімтал материал қабаты жағылады, катодты құрайды. Анод сақина немесе никель сымының торы түрінде жасалады. Қараңғы күйде электродтар арасындағы термиондық эмиссия және ағып кету нәтижесінде фотоэлемент арқылы күңгірт ток өтеді. Жарықтандыру кезінде фотокатод жарық фотондарының әсерінен электрондарға еліктейді. Егер анод пен катод арасында кернеу болса, онда бұл электрондар электр тогын құрайды. Электр тізбегіне кіретін фотоэлементтің жарықтандыруы өзгерген кезде осы контурдағы фототок сәйкесінше өзгереді.

2) ішкі фотоэффектті фотоэлементтер

Олар контактілері бар біртекті жартылай өткізгіш пластина, мысалы, кадмий селенидінен жасалған, ол жарық ағынының әсерінен оның кедергісін өзгертеді. Ішкі фотоэффект заттың ішінде бос қалған атомдардың электронды орбиталарынан жарық кванттарымен сөндірілетін бос электрондардың пайда болуынан тұрады. Жартылай өткізгіш сияқты материалдағы бос электрондардың пайда болуы электрлік кедергінің төмендеуіне тең. Фоторезисторлар жоғары сезімталдыққа және сызықтық ток-кернеу сипаттамасына (CVC), яғни. олардың кедергісі берілген кернеуге тәуелді емес.

3) фотоэлектрлік түрлендіргіштер.

Бұл түрлендіргіштер белсенді жарыққа сезімтал жартылай өткізгіштер болып табылады, олар жарық жұтылған кезде тосқауыл қабатындағы фотоэффекттердің әсерінен бос электрондар мен ЭҚК түзеді.

Фотодиод (ФД) екі режимде жұмыс істей алады - фотодиод және генератор (клапан). Фототранзистор - екі немесе одан да көп p - "-өткізулері бар сәулелік энергияның жартылай өткізгішті қабылдағышы, онда фотодиод пен фототок күшейткіші біріктірілген.

Фототранзисторлар, фотодиодтар сияқты, жарық сигналдарын электрлік сигналдарға түрлендіру үшін қолданылады.

б) сыйымдылықты түрлендіргіштер;

Өлшенетін электрлік емес шаманың әсерінен сыйымдылығы өзгеретін конденсаторды сыйымдылық түрлендіргіш деп атайды. Сыйымдылықты түрлендіргіш ретінде жалпақ конденсатор кеңінен қолданылады, оның сыйымдылығын C \u003d e0eS / 5 формуласымен көрсетуге болады, мұндағы e0 - ауаның диэлектрлік өткізгіштігі (e0 \u003d 8,85 10 "12 Ф/м; e - конденсатор пластиналарының арасындағы ортаның салыстырмалы өткізгіштігі;S-қабатты аймақ;5-қабаттар арасындағы қашықтық)

Өлшенетін электрлік емес шама осы параметрлердің кез келгеніне функционалды түрде байланысты болуы мүмкін болғандықтан, сыйымдылық түрлендіргіштердің конструкциясы қолданбаға байланысты өте әртүрлі болуы мүмкін. Сұйық және түйіршікті денелердің деңгейлерін өлшеу үшін цилиндрлік немесе жалпақ конденсаторлар қолданылады; шағын орын ауыстыруларды, тез өзгеретін күштер мен қысымдарды өлшеу үшін – пластиналар арасындағы айнымалы саңылаулары бар дифференциалды сыйымдылық түрлендіргіштері. Әртүрлі электрлік емес шамаларды өлшеу үшін сыйымдылық түрлендіргіштерді пайдалану принципін қарастырыңыз.

в) термиялық түрлендіргіштер;

Жылулық түрлендіргіш – қоршаған ортамен жылу алмасуда болатын, жоғары температуралық коэффициенті бар ток өткізгіш немесе жартылай өткізгіш. Жылу алмасудың бірнеше жолы бар: конвекция; ортаның жылу өткізгіштігі; өткізгіштің өзінің жылу өткізгіштігі; радиация.

Өткізгіш пен қоршаған орта арасындағы жылу алмасудың қарқындылығы келесі факторларға байланысты: газ немесе сұйық ортаның жылдамдығы; ортаның физикалық қасиеттері (тығыздығы, жылу өткізгіштігі, тұтқырлығы); қоршаған орта температурасы; өткізгіштің геометриялық өлшемдері. Өткізгіштің температурасының бұл тәуелділігі, демек, оның аталған факторларға кедергісі болуы мүмкін.

газды немесе сұйық ортаны сипаттайтын әртүрлі электрлік емес шамаларды өлшеу үшін қолданылады: температура, жылдамдық, концентрация, тығыздық (вакуум).

г) ионизациялық түрлендіргіштер;

Иондаушы түрлендіргіштер – өлшенетін электрлік емес шама газ ортасының электрондық және иондық өткізгіштігінің тогымен функционалды түрде байланысты болатын түрлендіргіштер. Электрондар мен иондардың ағыны ионизациялық түрлендіргіштерде не сол немесе басқа иондаушы агенттің әсерінен газ ортасын ионизациялау, не термиондық эмиссия, не газ ортасының молекулаларын электрондармен бомбалау және т.б.

Кез келген иондану түрлендіргішінің міндетті элементтері сәулелену көзі және қабылдағышы болып табылады.

д) реостатты түрлендіргіштер;

Реостат түрлендіргіші – қозғалтқышы өлшенген электрлік емес шаманың әсерінен қозғалатын реостат. Сым оқшаулағыш материалдан жасалған жақтауда біркелкі қадаммен оралған. Жақтаудың үстіңгі шекарасындағы сымның оқшаулауы тазартылады, ал щетка металдың үстінен сырғанайды. Қосымша щетка сырғымалы сақинаның үстінен сырғанайды. Екі щетка да жетекші роликтен оқшауланған. Реостатикалық түрлендіргіштер рамаға сыммен орамалы да, реохорда түрімен де жасалады. Сым материалы ретінде нихром, манганин, константан және т.б.қолданылады.Сыни жағдайларда жанасу беттерінің тозуға төзімділігіне қойылатын талаптар өте жоғары болғанда немесе жанасу қысымдары өте төмен болғанда иридий, палладий және т.б платина қорытпалары қолданылады. Бір-бірінен іргелес бұрылыстарды оқшаулау үшін реостат сымы эмальмен немесе оксидтер қабатымен жабылуы керек. Қозғалтқыштар 0,003 ... 0,005 Н контакт қысымы бар екі немесе үш сымнан (платинадан иридий) немесе 0,05 ... 0,1 Н күшпен пластинкалы (күміс, фосфор қола) жасалған. Жара сымының жанасу беті. жылтыратылған; жанасу бетінің ені екі немесе үш сым диаметріне тең. Реостатикалық түрлендіргіштің жақтауы оқшаулағыш лакпен немесе оксидті пленкамен қапталған текстолиттен, пластиктен немесе алюминийден жасалған. Жақтаудың пішіндері әртүрлі. Реостат түрлендіргіштерінің реактивтілігі өте аз және әдетте дыбыс диапазонындағы жиіліктерде елемеуге болады.

Реостатикалық түрлендіргіштер шектеулі жиілік диапазоны бар дірілдің үдеулерін және дірілдің орын ауыстыруын өлшеу үшін пайдаланылуы мүмкін.

f) тензометрлер;

Тензоометр (тензометр) — созылу немесе қысу деформациясы кезінде кедергісін өзгертетін өткізгіш. Өткізгіштің ұзындығы / және көлденең қимасының ауданы S оның деформациясымен өзгереді. Кристалдық тордың бұл деформациялары өткізгіштің р кедергісінің өзгеруіне, демек, жалпы кедергінің өзгеруіне әкеледі.

Қолданылуы: деформациялар мен механикалық кернеулерді, сондай-ақ жол, үдеу, күш, иілу немесе айналдыру моменті, газ немесе сұйықтық қысымы сияқты қосалқы серпімді элементтің (серіппенің) деформациясына пропорционал басқа статикалық және динамикалық механикалық шамаларды өлшеу үшін, т.б. Бұл өлшенген шамаларды масса (салмағы), резервуарды толтыру деңгейі және т.б. сияқты туынды шамаларды анықтау үшін пайдалануға болады. 0,005 ... 0,02-ден 1,5 ... 2% -ға дейінгі салыстырмалы деформацияларды өлшеу үшін қағаз негізіндегі сым тензорметрлер, сондай-ақ фольга және пленка тензорметрлері қолданылады. 6...10% дейінгі деформацияларды өлшеу үшін бос сым тензометрлерді пайдалануға болады. Тензоометрлер іс жүзінде инерциясыз және 0...100 кГц жиілік диапазонында қолданылады.

ж) индуктивті түрлендіргіштер;

Индуктивті өлшеу түрлендіргіштері позицияны (орын ауыстыруды) түрлендіруге арналған электрлік сигнал. Олар машина жасауда және аспап жасауда сызықтық өлшемдерді өлшеуді автоматтандыру мәселелерін шешуге арналған ең ықшам, шуға төзімді, сенімді және үнемді өлшеу түрлендіргіштері болып табылады.

Индуктивті түрлендіргіш жылжымалы бағыттағыштарға шпиндель орналастырылған корпустан тұрады, оның алдыңғы ұшында өлшеуіш ұшы, ал артқы жағында - якорь бар. Бағыттауыш резеңке манжетпен сыртқы әсерлерден қорғалған. Шпиндельге қосылған якорь корпуста бекітілген орамның ішінде орналасқан. Өз кезегінде, катушкалар орамдары корпуста бекітілген кабельге электрлік қосылған және конустық серіппе арқылы иілуден қорғалған. Кабельдің бос ұшында түрлендіргішті екінші құрылғыға қосу үшін қолданылатын қосқыш бар. Корпус пен шпиндель шыңдалған баспайтын болаттан жасалған. Арматураны шпиндельге қосатын адаптер титан қорытпасынан жасалған. Өлшеу күшін тудыратын серіппе орталықта орналасқан, ол шпиндель қозғалған кезде үйкелісті болдырмайды. Түрлендіргіштің бұл дизайны кездейсоқ қатені азайтуды және көрсеткіштердің 0,1 мкм-ден аз деңгейге дейін өзгеруін қамтамасыз етеді.

Индуктивті түрлендіргіштер негізінен сызықтық және бұрыштық орын ауыстыруларды өлшеу үшін кеңінен қолданылады.

з) магнитті серпімді түрлендіргіштер;

Магнитосерпімді түрлендіргіштер – электромагниттік түрлендіргіштердің бір түрі. Олар ферромагниттік денелерге механикалық күштердің Р әсерімен (созылу, қысу, иілу, бұралу) байланысты оларда пайда болатын σ механикалық кернеулерге байланысты ферромагниттік денелердің магниттік өткізгіштігінің μ өзгеру құбылысына негізделген. Ферромагниттік ядроның магниттік өткізгіштігінің өзгеруі RM ядросының магниттік кедергісінің өзгеруіне әкеледі. RM өзгеруі ядрода орналасқан катушка индуктивтілігінің өзгеруіне әкеледі. Осылайша, магнитті серпімді түрлендіргіште келесі түрлендіру тізбегі бар:

P -> σ -> μ -> Rm -> L.

Магнитосерпімді түрлендіргіштердің екі орамасы болуы мүмкін ( трансформатор түрі). Магниттік өткізгіштіктің өзгеруіне байланысты күштің әсерінен орамдар арасындағы өзара индуктивтілік М және екінші реттік ораманың индукцияланған ЭҚК Е өзгереді.Бұл жағдайда түрлендіру тізбегі пішінге ие болады.

P -> σ -> μ -> Rm -> M -> E.

Механикалық деформациялардың әсерінен ферромагниттік материалдардың магниттік қасиеттерінің өзгеру әсерін магнитосерпімді әсер деп атайды.

Магнитосерпімді түрлендіргіштер қолданылады:

Жоғары қысымды өлшеу үшін (10 Н/мм2 немесе 100 кг/см2-ден жоғары), өйткені олар қысымды тікелей қабылдайды және қосымша түрлендіргіштерді қажет етпейді;

Күшті өлшеу үшін. Бұл жағдайда құрылғының өлшеу шегі магнитті серпімді түрлендіргіштің ауданымен анықталады. Бұл түрлендіргіштер күш әсерінен өте аз деформацияланады. Иә, сағат л= 50 мм, △ л < 10 мкм они имеют высо­кую жесткость и собственную частоту до 20... 50 кГц. Допустимые напряжения в материале магнитоупругого преобразователя не дол­жны превышать 40 Н/мм2 .

и) электролиттік кедергі түрлендіргіштері;

Электролиттік түрлендіргіштер – электрохимиялық түрлендіргіштердің бір түрі. Жалпы жағдайда электрохимиялық түрлендіргіш - бұл түрлендіргішті өлшеу тізбегіне айналдыруға қызмет ететін электродтары бар ерітіндімен толтырылған электролиттік ұяшық. Электр тізбегінің элементі ретінде электролиттік ұяшықты ол дамытатын ЭҚК, өтетін токтан кернеудің төмендеуі, кедергісі, сыйымдылығы және индуктивтілігімен сипаттауға болады. Осы электрлік параметрлер мен өлшенетін электрлік емес шама арасындағы байланысты бөліп көрсету, сондай-ақ басқа факторлардың әсерін басу арқылы сұйық және газ тәрізді орталардың құрамы мен концентрациясын, қысымды, орын ауыстыруды, жылдамдықты өлшеуге арналған түрлендіргіштерді жасауға болады. үдеулері және басқа шамалар. Элементтің электрлік параметрлері ерітінді мен электродтардың құрамына, жасушадағы химиялық өзгерістерге, температураға, ерітіндінің қозғалыс жылдамдығына және т.б. байланысты.Электрохимиялық түрлендіргіштердің электрлік параметрлері мен электрлік емес шамалар арасындағы байланыс анықталады. электрохимия заңдары бойынша.

Электролиттік түрлендіргіштердің жұмыс істеу принципі электролиттік элементтің кедергісінің электролиттің құрамы мен концентрациясына, сондай-ақ элементтің геометриялық өлшемдеріне тәуелділігіне негізделген. Электролиттік түрлендіргіштің сұйық бағанының кедергісі:

R = ρh/S = k/૪

мұндағы ૪= 1/ρ – электролиттің меншікті өткізгіштігі; k – конвертер константасы, оның геометриялық өлшемдерінің қатынасына байланысты, әдетте эксперименттік түрде анықталады.

Жалпы ескертулер.Параметрлік түрлендіргіштер, 1-бөлімде айтылғандай, сыртқы көзден келетін энергия ағынының параметрлерін басқарады және екі режимнің бірінде жұмыс істей алады. Олардың біріншісінде түрлендіргіш тұрақты ток немесе кернеу реттегіші болып табылады.

Өлшеу ақпараты электрлік шама деңгейінің өзгеру заңымен жүзеге асырылады. Мұндай түрлендіргіш негізінен сызықты емес жүйе болуы керек болса да, белгілі бір жағдайларда оның шығыс сигналын кіріспен сызықтық байланысты деп санауға болады, тіпті генератордың MEP-мен ұқсастығы бар. Мысалы, қарапайым жағдайда, электр кедергісі бар түрлендіргіш жүктемемен тізбектей жалғанған және көзден қуат алады және ішкі қарсылықСыртқы әсер түрлендіргіштің кедергісін өзгертеді, соның нәтижесінде тізбектегі ток шамасына өзгереді.

Трансформацияның сызықты еместігі Ho at өнімін енгізеді

Егер кедергі MEP кіріс мәнімен сызықты түрде байланысты болса (әдетте бұл орын ауыстыру, яғни, онда біз жаза аламыз.

Егер түрлендіргіште электрлік күш әрекет етсе және қай жерде тәуелді болмаса, онда күш балансының теңдеуі пішінді алады.

Соңғы екі теңдеу (1) және (2) теңдеулер жүйесіне ұқсас, ал егер онда мұндай түрлендіргіш MEP генераторына баламалы және оны квазиинвертивті деп атауға болады. Ол үшін 2-бөлімнің жалпы ескертулері күшінде қалады. тұрақты ток, қуат көзінің энергиясы негізінен түрлендіргіште электр немесе магнит өрісін құруға жұмсалған жағдайда ғана квази қайтымды болуы мүмкін. Егер өріс кішкентай болса, онда пондеромоторлар болмайды.Кіріс және шығыс мәндерінің спектрлік құрамының айырмашылығына байланысты айнымалы токпен қоректендіру кезінде іс жүзінде бірдей нәтиже алынады (түрлендіргіш модулятор бола отырып, спектр, 10 тарауды қараңыз).

Түрлендіргіштің шығыс сигналы ток болуы мүмкін (жүктемеде немесе кернеуде (қарсы жағдайда).

Ағымдық реттегіш режимінен басқа, параметрлік МЭК өздігінен қоздырғыш генератордың жиілікті орнату тізбегінің бөлігі бола отырып, қоздырғыш режимінде жұмыс істей алады. Өлшенетін мән өндірілген кернеудің жиілігін модуляциялайды. Жиілік өзгерісі шығыс сигнал ретінде тікелей пайдаланылуы немесе басқа түрге (дискретті немесе аналогты) түрлендірілуі мүмкін. Бұл режимде түрлендіргіш әрқашан қайтымсыз.

Күріш. 10. Сыйымдылық түрлендіргіші: o - айнымалы саңылаумен (аудан); 6 - ауыспалы өткізгіштігі бар; c – дифференциал

Айнымалы токпен қоректенетін параметрлік ҚОҚМ шығыс сигналы әдетте күшейткіш-түрлендіргіш жабдықта орындалатын анықтауға (демодуляцияға) ұшырауы керек. Бұл сигнал пайдалы ақпаратты тасымалдамайтын басқа фонында әрекет ететіндіктен, бірақ оны таңдау дифференциалды немесе көпір схемалары арқылы жүзеге асырылатындықтан күштірек.

Сыйымдылықты түрлендіргіш.Бұл түрлендіргіштің жұмыс істеу принципі өткізгіштер арасындағы сыйымдылықтың олардың өзара орналасуына, олардың арасындағы ортаның өлшеміне және қасиеттеріне тәуелділігіне негізделген. Жазық конденсатордың қарапайым жағдайында оның сыйымдылығы тең болады

электродтардың ауданы қайда; 6 - олардың арасындағы алшақтық; тиімді (яғни қасиеттердің біркелкі еместігін ескере отырып) электродаралық кеңістіктің өткізгіштігі. Сыйымдылықты түрлендіргіштің мүмкін схемалық диаграммалары күріште көрсетілген. 10. Электродтардың біреуінің х орын ауыстыруына сыйымдылық тәуелділігінің екі түрі бар:

Олардың біріншісі ауданның өзгеруіне немесе тиімді өткізгіштікке сәйкес келеді, екіншісі - саңылаудың өзгеруіне.

Бірінші түрі үшін

және екіншісі үшін

Сонымен (30) теңдеуді келесі түрде жазуға болады:

мұнда немесе тиісінше 1 және 2 түрлер үшін.

Өрнегі негізінен түрлендіргіштің электрлік режиміне байланысты. Талдаудың күрделілігіне байланысты, жалпы алғанда, біз тұрақты кернеу көзінен қуат алған кезде өзімізді екі төтенше жағдаймен шектейміз.

1 Сыйымдылықтың өзгеруі соншалықты баяу болатыны сонша, қоректендіру көзінің сыйымдылықты дерлік кідіріссіз зарядтауға уақыты бар, ондағы бірдей кернеуді сақтай отырып, егер түрлендіргішпен тізбектей басқа сыйымдылықтар қосылмаса, тең.Одан кейін (32) келесі пішінді алады:

Екінші жағынан, және тең болғандықтан немесе -

Сыйымдылықтағы заряд болғандықтан

зарядтың айнымалы бөлігі қайда орналасқан, онда 2-түрі үшін мынаны жаза аламыз:

2.Сыйымдылықтың өзгеруінің тез болатыны сонша, ондағы заряд айтарлықтай өзгеріп үлгермейді және бастапқы мәнге тең болып қалады.Сондықтан сыйымдылықтағы кернеу заң бойынша өзгереді.Егер заряд өзгермесе, онда сыйымдылық арқылы өтетін ток нөлге тең, ал қуат көзі тек сыйымдылықтың бастапқы заряды үшін қажет (ағып кету тогын елемей). Дегенмен, сыртқы күштің жұмысымен қамтамасыз етілген жүктеме арқылы шағын ток бар Сыйымдылықтың бірінші түрінің орын ауыстыруға тәуелділігі үшін (197-бетті қараңыз)

яғни тұрақты күштен басқа қосымша электрлік серпімділік бар. Тәуелділіктің екінші түрі үшін

(32) теңдеу келесі түрде жазылады

екiншi мүшесiнiң басындағы ( at ) кедергiсiнiң сыйымдылығымен түсiндiрiледi? және жүктеме емес, бастапқы токтың сипатын анықтайды.

Барлық режимдердегі түрлендіргіш теңдеулері және олардың шешімдері Кестеде жинақталған. 2.

2. Сыйымдылық түрлендіргіштің теңдеулері

(сканерлеуді қараңыз)

Үстелден. 2 өрнектен барлық жағдайда шығыс токтың тікелей немесе жанама тәуелді екенін көруге болады.Тұрақты кернеу режимінде және серпімді сипатта жұмыс істегенде түрлендіргіш дифференциатор болып табылады. Тұрақты зарядтау режимінде шығыс сигналы жүктеме түріне байланысты, атап айтқанда, егер жүктеме белсенді болса, онда ток күшке пропорционал болады. Дегенмен, кез келген жағдайда тұрақты күштерді немесе орын ауыстыруларды өлшеу мүмкін емес. 2 режимдердің бірінде түрлендіргіштің квазиреверсивті екенін көрсетеді.

Түрлендіргіш айнымалы кернеу көзінен қуат алған кезде, сыйымдылық өзгермесе де, ол арқылы ток өтеді, ал ток оның өзгеруінің кез келген заңы үшін сыйымдылықтың өлшемі бола алады. Есептеу үшін функцияның не екенін ескере отырып (32) теңдеуді қолдану керек.Мысалы, синусоидалы жиілік кернеуінен қоректену кезінде кестедегі формулалар. 2, шығыс тоғының амплитудасын анықтауға болады, егер алдыңғы өрнектің орнына оның модулін тасымалдаушы деп аталатын жиілікте алсаңыз, одан да көп нәрсені таңдаңыз. ең жоғары жиілікспектрде арақатынасына байланысты түрлендіргіш қысқа тұйықталудың және бос жүрістің екі экстремалды режимінде жұмыс істей алады.Олардың біріншісінде теңдеу орын алады.

және екіншісінде

Өрнектері екі бөлікке бөлінген, біріншісі уақытқа тәуелсіз, ал екіншісі жиілікпен пульсирленген, олар әрқашан дерлік еленбейді (төменде қараңыз), түрлендіргіш қайтымсыз болып саналады.

Есептеу көрсеткендей, сағат дұрыс таңдаукез келген режимде түрлендіргіштің шығыс жетегінің амплитудасы түсірілген күшке пропорционал болуы мүмкін. Мысалы, бос режим және айнымалы саңылау үшін

Сондықтан бөлгіш тұрақты болатындай етіп таңдау керек. Кедергінің серпімді сипатымен бұл белсенді жүктемеге сәйкес келеді: Өлшеу үшін әдетте көпір тізбектері қолданылады.

Түрлендіргіш электродтардың ең жоғары меншікті тарту күші бұзылу өрісінің күшімен анықталады, ал ауа үшін . Егер барлық режимдердегі әсер етуші күш электрлік әсерлесу күшінен әлдеқайда көп болса, онда түрлендіргішті пайдалану кіріс мәнінің өзгеруінің мүмкін диапазонын ғана тарылтады. Көбею түрлендірудің сызықты еместігінің жылдам өсуіне әкеледі, оны әртүрлі сызықтық әдістерді қолдану арқылы азайтуға болады. Олардың бірі дифференциалды түрлендіргіштерді қолдану болып табылады (10-сурет, в), оларда сыйымдылықтар әртүрлі бағытта бір уақытта өзгереді. Бұл жағдайда сызықтандыру және сезімталдықты арттырумен қатар сыртқы жағдайлардың әсерінің жақсы өтеміне қол жеткізіледі. Сыйымдылықтың өзгеруі сияқты шығыс A C кері болса, сызықтық айтарлықтай артады. Оның х-пен сызықтық байланысы түрлендіргіш электродтары жабылғанша байқалады. Тікелей сызықтандыруды шығыс сигналын қосымша микропроцессорлық блокқа түрлендіру арқылы жасауға болады, бұл қазір тіпті өздігінен жұмыс істейтін құрылғыларда әбден мүмкін.

Егер сыйымдылық айнымалы кернеу генераторының қозғаушы тізбегіне кірсе, онда токтарды немесе кернеулерді емес, уақыт параметрлерін - жиілікті немесе ұзақтығын өлшеуге болады. Индуктивтілігі бар классикалық осцилляторда тербеліс периоды пропорционалды, ал RC осцилляторында ол сызықты түрде C-ге тәуелді. Бұл әдіс үлкен икемділікке ие, өйткені сіз әрқашан шығыс сигналының оңтайлы түрін таңдай аласыз. Мысалы, резистивті-сыйымдылық генераторының тізбегіндегі айнымалы саңылаумен түрлендіргішті қосқанда тербеліс жиілігі

Жиілік өзгерісі х-ке пропорционал және оны шығыс сигнал ретінде қолданған жөн. Егер түрлендіргіштің айнымалы ауданы болса, онда тербеліс периоды орын ауыстырумен сызықты түрде байланысты болады.

Сондықтан, екі жағдайда да жоғары шамадан тыс жүктемеге төзімділікпен жоғарыда аталған шектеусіз жұмыс істеуге болады. Түрлендіргішті тербелмелі контурға қосқанда, бұл қасиеттер негізінен жоғалады, бірақ генератор параметрлерінің әлдеқайда үлкен тұрақтылығына қол жеткізіледі. Сондықтан соңғы әдіс сезімталдығы жоғары және тұрақты өлшеу жүйелерінде кеңінен қолданылады. Жиілік шығысы бар инвертор барлық жағдайларда қайтымсыз.

Сыйымдылық түрлендіргіштің сезімталдығы оның геометриялық байланыстарымен, қоректендіру кернеуімен және құрылымдық тұрақтылығымен анықталады. Ең жоғары сезімталдыққа ауыспалы саңылау арқылы қол жеткізіледі, бірақ сонымен бірге өлшеудің жоғарғы шегі азаяды. Сондықтан айнымалы ауданы және айнымалы саңылаулары бар түрлендіргіштердің қолдану аймақтары әртүрлі. Механикалық кернеуге өткізгіштігінің үлкен тәуелділігі бар кристалды заттар болғанымен, ауыспалы өткізгіштігі бар түрлендіргіштер механикалық өлшемдерде сирек қолданылады. Мұндай диэлектриктер күш пен қысымды түрлендіргіштерде тиімді болуы мүмкін.

Сыйымдылықты түрлендіргіштер күштер мен оларға азайтылған шамаларды, сондай-ақ орын ауыстыруларды, әсіресе шағын және ультра кішкентайларды өлшеу үшін қолданылады.

Индуктивті түрлендіргіш.Индуктивті МЭҚ-лардың әрекеті тогы бар контурдың индуктивтілігінің немесе қосылған екі контурдың өзара индуктивтілігінің олардың өлшеміне, пішініне, өзара орналасуына және олар орналасқан ортаның магниттік өткізгіштігіне тәуелділігін пайдалануға негізделген. Атап айтқанда, саңылауы бар магниттік өзегі бар катушканың индуктивтілігі соңғысының ұзындығына байланысты (I-сурет).

Орамның сыртында өтетін күш сызықтары тұйықталған сақиналы саңылау соншалықты кішкентай, оны елемеуге болады деп алайық. Егер ядроның абсолютті магниттік өткізгіштігімен белгіленсе; I – ядродағы электр желісінің орташа ұзындығы; өзегі жоқ катушканың индуктивтілігі, содан кейін суретте көрсетілген индуктивтілік. 11 катушкалар, онда тиімді магниттік өткізгіштік саңылау берілген;

Бұл формула If, осыдан басқа, онда үшін дұрыс

Осылайша,

индуктивтілік қай жерде

Күріш. 11. Индуктивті түрлендіргіш: 1 - қозғалмайтын ядро; 2 - катушка; 3 - жылжымалы өзек

Катушкадағы магнит өрісінің энергиясы

мұндағы ток Егер біз кішіліктің 2-ші ретінің мүшелерімен шектеліп, оны ескерсек, онда

Осы шамаларды (30), (31) сандарына қойып, түрлендіргіш теңдеулерді аламыз.

Осы теңдеулерден түрлендіргіштің коэффициенті (бірақ ) тең болатын квази қайтымды екенін көруге болады.

Шығу тогы

Әдеттегідей, резонанстық аймақта түрлендіргіш дифференциатор болып табылады, ал резонанстан тыс ол масштабты болып табылады. Индуктивті түрлендіргіштің қуат көзі тұрақты кернеуқолданылмайды, өйткені сыйымдылықтан айырмашылығы, ол өзінің белсенді кедергісіне пайдасыз жұмсалған энергияны тұтынады. Айнымалы кернеуден қуат алған кезде энергия шығыны азаяды және болады

мүмкін болатын тұрақты мәндерді өлшеу. Шығу параметрлері сыйымдылық түрлендіргіші сияқты есептеледі. Өлшеу мен сызықтандырудың уақыттық немесе жиілік әдістерін қолдану мүмкіндігі туралы қорытындылар күшінде қалады.

Түрлендіргіштердің көптеген дизайн сорттары бар. Өзек қозғалысына ең үлкен сезімталдықпен сипатталатын саңылау ұзындығы өзгермелі түрлендіргіштерден басқа, айнымалы саңылау аймағы бар түрлендіргіштер белгілі; ашық магнит тізбегі бар (қозғалмайтын ядросыз); өзгермелі өзара индуктивтілігімен және т.б. Олардың сезімталдығы дейінгі орын ауыстыруларды өлшеуге жеткілікті

Индуктивті түрлендіргіштер орын ауыстыруларды және оларға түрленетін күштер мен қысымдарды өлшеу үшін қолданылады.

Магнитосерпімді түрлендіргішиндуктивтіліктен индуктивтіліктің өзгеру механизмі бойынша ерекшеленеді. Ол ферромагниттік өзекке тікелей күш әсер ету арқылы жүзеге асады (12-сурет). Ферромагнетиктің өткізгіштігі материалдағы механикалық кернеулерге байланысты екені белгілі. Кернеу болмаған кезде өткізгіштік тең болса, онда кернеуді құру a оны өзгертеді Ферромагнетиктің кернеулерге сезімталдығы a тәуелді коэффициентпен және ферромагнетиктегі өрістің белгілі бір диапазонында сипатталады. өзгерту, содан кейін катушканың индуктивтілігін жоғарғы ұшын, биіктігін, содан кейін алуға болады

Күріш. 12. Магнитосерпімді түрлендіргіш: 1 - өзек; 2 - катушка

Бұл мәнді (30) орнына қойып, түрлендіргіштің шығыс тогының теңдеуін аламыз. Магнитосерпімді түрлендіргіш әрқашан айнымалы кернеумен қоректенеді, бұл оны іс жүзінде қайтымсыз етеді. Шығыс сигналы (35) ұқсас формула бойынша табылады. Коэффицент мәндері бірнеше жүздегенге жетуі мүмкін болғандықтан, түрлендіргіш шағын кернеулерге сезімтал. Дегенмен, ферромагнетиктегі шу және гистерезис құбылыстары ең аз өлшенетін кернеулерді реттік мәнге дейін шектейді.

Магнитосерпімді түрлендіргіштің табиғи қолдану өрісі күштер мен қысымдарды өлшеу болып табылады. Бірақ ол индуктивті шамаға қарағанда азырақ қолданылады, негізінен бір таңбаның баяу өзгеретін шамаларын өлшеу үшін.

Резистивті түрлендіргіштер.Резистивтік МЭП-тердің әрекеті электр кедергісі формуласына енгізілген шамалардың – оның көлденең қимасының өткізгішінің ұзындығы мен материалдың меншікті электр өткізгіштігінің y – механикалық әсерлерге тәуелділігін пайдалануға негізделген. Қарапайым жағдайда резистивті MEP - жылжымалы контактінің орнымен анықталатын ауыспалы белсенді ұзындығы бар түзу немесе спираль тәрізді сым (Cурет 13). Мұндай түрлендіргіш реостат деп аталады. Бейнеленген бұрандалы орама түрлендіргіш аналогты емес, бірақ бұрылыстан бұрылу қашықтығына тең қадаммен дискретті.Контакті х-қа жылжытқанда, қарсылықтың салыстырмалы өзгерісі мұндағы I орамның ұзындығы. Осылайша, ол бірліктен әртүрлі болуы мүмкін, бірақ әдетте контактінің бастапқы позициясы орамның ортасында таңдалады. Тағы бір мысал – тензометр – деформацияға ұшырайтын ток өткізгіш элемент, көбінесе бір осьті (14-сурет). Бұл жағдайда қарсылық тәуелді болатын барлық шамалар өзгереді.

Тензомердің материалының қасиеттерін бағалау үшін деформация кезіндегі сым өлшемдерінің өзгеруін есептеуге тең деформацияға сезімталдық коэффициенті енгізіледі.

мәні үшін береді, мұндағы Пуассон қатынасы, тең Бірақ, өйткені бұған қоса, материалдың тығыздығы өзгереді, демек, заряд тасымалдаушылардың концентрациясы және кристалдық тор деформацияланады, металдар үшін әлдеқайда үлкен болып шығады). Жартылай өткізгіштерде заряд тасымалдаушылардың екі түрі бар және механикалық кернеулер энергетикалық жолақтардың құрылымын және тасымалдаушылардың қозғалғыштығын өзгертеді, деформацияға сезімталдық коэффициенті шамадан жоғары болады, бірақ өткізгіштік түріне, оның мәніне және бағытына байланысты. материалдың кристаллографиялық осьтеріне қатысты резистор осінің.

Күріш. 13. Реостатикалық түрлендіргіш

Күріш. 14. Деформацияны өлшейтін түрлендіргіш

Резистивті түрлендіргіштерде механикалық жағынан электрлік жағының әсерін толығымен елемеуге болады және екеуін де тәуелсіз деп санауға болады. Тензомердің механикалық кедергісі салыстырмалы түрде аз және серпімді сипатта болады; реостат түрлендіргішінде сырғымалы контакт сызықты емес элемент болып табылады (мысалы, майлаусыз үйкеліс). Сезімталдық резистивті түрлендіргіштерекі түрі де, мысалы, ток бойынша, формулалармен анықталады

мұндағы – объект деформациясының тензометрдің деформациясына айналу коэффициенті Деформацияны беру не тензометрдің бүкіл ұзындығы бойынша, не жеке нүктелерде жүзеге асырылады. Деформацияға төзімді MEA конструкциялары әртүрлі. Олар сымнан, фольгадан, шашыратылған пленкадан немесе монокристалдан жасалған әртүрлі пішіндерден жасалған.

Деформацияға төзімді MEA сезімталдығы динамикалық деформацияларды өлшеуге мүмкіндік береді

Салыстырмалы түрде үлкен салыстырмалы орын ауыстыруларды өлшеу үшін реостатикалық түрлендіргіштер, ал тензорезистивті түрлендіргіштер деформацияларды және оларға түрленетін шамаларды: күштерді, қысымдарды, моменттерді өлшеу үшін қолданылады.

Айнымалы сипаттамасы бар түрлендіргіштер.Параметрлік MEC ерекше түрі түрлендіргішке механикалық әсер еткенде өзгеретін сызықты емес ток-кернеу сипаттамасы бар түрлендіргіштер болып табылады. Типтік мысал - мехатрондық түрлендіргіш - жылжымалы электроды бар электровакуумдық құрылғы. Суретте. 15-те жылжымалы аноды бар диодты мехатрон схемалық түрде көрсетілген. Анод серпімді мембранаға күш әсер еткенде пайда болатын катодқа қатысты қозғалғанда диод – анодтық токтың электродтар арасындағы кернеуге тәуелділігі өзгереді. Мұны анодтық токтың формуласынан көруге болады

мұндағы B - катодтың материалы мен температурасына және электродтардың ауданына байланысты коэффициент; анодтық кернеу. Өзгеріс күріште көрсетілген. 16, оң жақ квадрантта әртүрлі электродаралық қашықтықтарда сипаттамалар тобы көрсетілген.Тәуелділіктерді графиктер түрінде көрсету көбінесе жеткілікті дәлдікпен аналитикалық өрнектер болмаған жағдайда ғана мүмкін болады. Жүктеме резисторы диод тізбегіне енгізілгендіктен, теңдік орындалады, нәтижесінде ток динамикалық сипаттамаға сәйкес өзгереді, оның құрылысы суреттің сол жақ квадрантында көрсетілген. 16. Бастапқы I–V сипаттамалардың айқын сызықты еместігіне қарамастан, динамикалық сипаттама түзу сызыққа жақын.

Күріш. 15. Диодты мехатронды түрлендіргіш: 1 - мембраналық, 2 - жылжымалы йод

Күріш. 16. Түрлендіргіштің динамикалық сипаттамаларын құру схемасы

Анодтың орын ауыстыруын x бастапқы қашықтықтан 60 санап және белгілей отырып, сондықтан түрлендіргіш теңдеулерін жазуға болады:

Осылайша, екі теңдеу де тәуелсіз. Түрлендіргіштің шығыс тогы

Механотронның механикалық кедергісі айтарлықтай. Әдетте MEP осы түрі үшін жұмыс аймағы болып табылатын резонанс алдындағы аймақта түрлендіргіш масштабталады.

Диодты механотрон жылжымалы электродтары бар түрлендіргіштердің ішіндегі ең қарапайымы болып табылады. Екі анодты және дифференциалды коммутация тізбегі бар конструкциялар әзірленді, олар бір микрометрге бірнеше жүз микроамперге дейінгі сезімталдықпен диодтық және триодтық тізбектерге сәйкес жасалған. Механотрондар жоғары қаттылыққа байланысты күштер мен қысымдарды өлшеуге қолайлы.

Вакууммен қатар қатты дене түрлендіргіштері белгілі - жартылай өткізгіш диодтаржәне триодтар (транзисторлар), оларда кристалдың белсенді аймағына әсер ететін механикалық кернеудің функциясы болып табылады: -өту, арна. Бұл мақсат үшін жартылай өткізгіш құрылғылардың барлық дерлік белгілі түрлерін қолдануға болады. Мұндағы әсер активті аймақтың өлшемі өзгерген кезде заряд тасымалдаушылардың концентрациясы мен қозғалғыштығы өзгеретіндіктен, ал өрістік эффект транзисторыоқшауланған қақпасы бар пьезоэлектрлік поляризация оқшаулағыш қабатта да орын алады. Осы типтегі жартылай өткізгішті MEA механикалық кедергісі механотронға қарағанда әлдеқайда төмен және шағын күштерді өлшей алады, өйткені олардың сезімталдығы жоғары; бірақ

тұрақтылық жеткіліксіз. Әзірге олар кең тараған жоқ.

резонаторлық түрлендіргіштер.Бұл түрдегі түрлендіргіштер жиілік-селективті элемент арқылы электромеханикалық кері байланысы бар генераторлар болып табылады, олардың параметрлері оған жасалған әсерге байланысты (17-сурет). Кері байланыс тізбегіндегі пьезоэлектрлік резонаторы бар генератор пайдаланылған дыбыс толқындарының таралу жылдамдығына тең жиілікте қоздырады; бүтін сан; I - резонатордағы толқын жолының ұзындығы. Егер резонаторға күш әсер етсе, оның өлшемдері мен механикалық қасиеттері және олармен генерация жиілігі, бірінші жуықтауда күшке пропорционалды өзгереді. Осылайша, түрлендіргіш жиілік модуляциясы бар күшпен басқарылатын осциллятор болып табылады және жиілік шығысы бар сыйымдылық немесе индуктивті MEA-ға жақын, алайда соңғысы механикалық емес, электрлік резонансты пайдаланады. Бірақ

резонатордың массасы қайда; қалыңдық; бағыттағы ығысу модулі

Тұрақтылық жақшадағы геометриялық және серпімді параметрлердің қосындысының тұрақтылығымен анықталады. Маңыздылығысонымен бірге резонаторда пайда болатын энергияның ағып кетуін жоюға ие, бұл қозған толқындардың түрін, резонатор мен байланыстырушы элементтердің конструкциясын ұтымды таңдау арқылы қол жеткізіледі.

(1) және (2) теңдеулер жүйесі бойынша резонаторлық МЭП-терді сипаттау орынсыз, өйткені оларда жиілік шығысы бар және кері әсер етумеханикалық жағындағы электрлік жағы кішіліктің екінші ретті әлсіз әсерлерімен анықталады және оны елемеуге болады.

Ең көп тарағандары басқа түрдегі резонаторлы МЭП-тер - тербеліс-жиілік (жол) деп аталатындар. Олардың әрекеті күшпен созылған жіптің табиғи жиілігі пропорционал болатынын қолдануға негізделген.Сондықтан, егер онда жиіліктен ауытқу

бастапқы мән пропорционалды Алайда, қатты денелі резонаторлар жақсы перспективаға ие, өйткені олардың бірқатар артықшылықтары бар, атап айтқанда, жылдамдық бойынша. Олардың сезімталдығы шамалық тәртіптегі кернеулерді тудыратын күштерді өлшеуге мүмкіндік береді.Сонымен қатар клистрондық типті таза электрлік резонаторлары бар түрлендіргіштер де белгілі, бірақ олар айтарлықтай операциялық қолайсыздықтарға байланысты зертханалық зерттеулер шеңберінен шықпады. Резонаторлық МЭП-тер оларға азайтуға болатын күштер мен шамаларды өлшеу үшін қолданылады.

Күріш. 18. Құйынды ток түрлендіргіші

Құйынды ток түрлендіргіші.Құйынды ток (немесе құйынды ток) түрлендіргіштерінің әрекеті электромагниттік индукция құбылысын қолдануға негізделген. Токтың магнит өрісінде өткізгіш дене болса, өріс өзгерген кезде оның ішінде қысқа тұйықталған (құйынды) токтар қозып, өрістің энергиясын сорып алады)