Вимірювання різних неелектричних величин (переміщень, зусиль, температур і т. П.) Електричними методами виконують за допомогою пристроїв і приладів, що перетворюють неелектричні величини в залежні від них електричні, які вимірюють електровимірювальними приладами зі шкалами, градуйованими в одиницях вимірюваних неелектричних величин.
Перетворювачі неелектричних величин в електричні, або датчики. поділяють на параметричні. засновані на зміні будь-якого електричного або магнітного параметра (опору, індуктивності, ємності, магнітної проникності і т. п.) під дією вимірюваної величини, і генераторні. в яких вимірюється неелектричних величин перетворюється в залежну від неї е. д. з. (Індукційні, термоелектричні, фотоелектричні, п'єзоелектричні і інші). Параметричних перетворювачів необхідний стороннє джерело електричної енергії, а генераторні самі є джерелами енергії.
Один і той же перетворювач можна використовувати для вимірювання різних неелектричних величин і, навпаки, вимір будь-якої неелектричної величини можна виконати за допомогою перетворювачів різних типів.
Крім перетворювачів і приладів, установки для вимірювання неелектричних величин мають проміжні ланки - стабілізатори, випрямлячі, підсилювачі, вимірювальні мости і т. П.
Для вимірювання лінійних переміщень застосовують індуктивні перетворювачі - електромагнітні пристрої, у яких параметри електричних і магнітних кіл змінюються при переміщенні феромагнітного магнітопроводу або якоря, з'єднаного з переміщається деталлю.
Для перетворення значних переміщень в електричну величину використовують перетворювач з рухомим феромагнітним поступально рухається магіітопроводом (рис. 1, а). Оскільки положення муздрамтеатру визначає індуктивність перетворювача (рис. 1, б), а отже, і його повне опір, то при стабілізованою напрузі джерела електричної енергії змінного напруги незмінною частоти, що живить ланцюг перетворювача, можна по току судити про переміщення деталі, механічно пов'язаної з магнітопроводом . Шкалу приладу градуируют у відповідних одиницях виміру, наприклад в міліметрах (мм).
Мал. 1. Індуктивний перетворювач з рухомим феромагнітним магнітопроводом: а - схема пристрою, б - графік залежності індуктивності перетворювача від положення його муздрамтеатру.
Для перетворення малих переміщень в зручну для електричного вимірювання величину застосовують перетворювачі із змінним повітряним зазором у вигляді підкови з обмоткою і якорем (рис. 2, а), який жорстко пов'язаний з переміщуваної деталлю. Будь-яке переміщення якоря призводить до зміни струму / в обмотці (рис. 2, б), що дозволяє при незмінному змінній напрузі стабільніше частоти градуювати шкалу приладу електровимірювання в одиницях виміру, наприклад в мікрометрів (мкм).
Мал. 2. Індуктивний перетворювач із змінним повітряним зазором: а - схема пристрою, б - графік залежності струму обмотки перетворювача від повітряного зазору в магнітній системі.
Більшу чутливість мають диференціальні індуктивні перетворювачі з двома однаковими магнітними системами і одним загальним якорем, розташованим симетрично щодо обох магнитопроводов з повітряним зазором однакової довжини (рис. 3), у яких лінійне переміщення якоря з його середнього положення однаково змінює обидва повітряних зазору, але з різними знаками, що порушує рівновагу попередньо врівноваженого моста змінного струму з чотирьох обмоток. Це дає можливість судити про переміщення якоря по току вимірювальної діагоналі моста, якщо він отримує харчування при стабілізованою змінній напрузі незмінною частоти.
Мал. 3. Схема пристрою диференціального індуктивного перетворювача.
Для вимірювання механічних зусиль, напружень і пружних деформацій, що виникають в деталях і вузлах різних конструкцій, застосовують дротові перетворювачі - тензорезистори. які деформуючись, разом з досліджуваними деталями, наміняти своє електричний опір. Зазвичай опір тензорезистора становить кілька сотень ом, а відносна зміна його опору - десяті частки відсотка і залежить від деформації, яка в межах пружності прямо пропорційна докладеним зусиллям і виникають механічних напруг.
Тензорезистори виготовляють у вигляді зигзагоподібно розташованої дроту великого питомого опору (константан, ніхром, манганин) діаметром 0,02 - 0,04 мм або з мідної спеціально обробленої фольги товщиною 0,1 - 0,15 мм, які заклеюють бакелітовим лаком між двома шарами тонкої паперу і піддають термічній обробці (рис. 4, а).
Мал. 4. тензорезисторами: а - схема пристрою: 1 - деформируемая деталь, 2 - тонкий папір, 3 - дріт, 4 - клей, 5 - висновки, б - схема включення в плече неврівноваженого моста резисторів.
Виготовлений тензорезистор приклеюють до ретельно очищеної деформируемой деталі дуже тонким шаром ізоляційного клею так, щоб напрямок очікуваної деформації деталі співпало з напрямком довгих сторін петель дроту. При деформації тіла приклеєний тензорезистор сприймає цю ж деформацію, що змінює його електричний опір внаслідок зміни розмірів дроту датчика, а також структури її матеріалу, яка позначається на питомому опорі дроту.
Оскільки відносна зміна опору тензорезистора прямо пропорційно лінійної деформації досліджуваного тіла, а отже, і механічним напруженням внутрішніх сил пружності, то, користуючись показаннями гальванометра вимірювальної діагоналі попередньо врівноваженого моста резисторів, одним з плечей якого є тензорезистор, можна судити про значення вимірюваних механічних величин (рис . 4, б).
Застосування неврівноваженого моста резисторів вимагає стабілізації напруги джерела живлення або застосування в якості приладу електровимірювання магнітоелектричного логометра, на свідчення якого зміна напруги в межах ± 20% номінального, зазначеного на шкалі приладу, істотного впливу не робить.
Для вимірювання температури різних середовищ застосовують термочутливих і термоелектричні перетворювачі. До термочутливим перетворювачів відносяться металеві і напівпровідникові терморезистори, опір яких в значній мірі залежить від температури (рис. 5, а).
Найбільшого поширення набули платинові терморезистори для вимірювання температури в діапазоні від -260 до +1100 ° С і мідні терморезистори - для інтервалу температур від -200 до +200 ° С, а також напівпровідникові терморезистори з негативним коефіцієнтом електричного опору - термістори, що відрізняються високою чутливістю і малими розмірами в порівнянні з металевими терморезисторами, для вимірювання температур від -60 до +120 ° с.
Для захисту термочутливих перетворювачів від пошкоджень їх поміщають в тонкостінну сталеву трубу з запаяним дном і пристроєм для приєднання висновків до проводів неврівноваженого моста резисторів (рис. 5, б), що дозволяє по току вимірювальної діагоналі судити про вимірювану температурі. Шкалу магнітоелектричного логометра, використовуваного в якості вимірювача, градуируют в градусах Цельсія (° С).
Мал. 5. Терморезистор: а - графіки залежності зміни відносного опору металів від температури, б - схема включення терморезисторов в плече неврівноваженого моста резисторів.
Термоелектричні перетворювачі температури - термопари. генеруючі невелику е. д. з. під впливом нагріву місця з'єднання двох різнорідних металів, поміщають в захисну пластмасову, металеву або порцелянову оболонку в зоні вимірюваних температур (рис. 6, а, б).
Мал. 6. Термопари: а - графіки залежності е. д. з. від температури термопар: ТПП - платинородій-платинової, ТХА - хромель-алюмелеві, ТХК-хромель-копелеві, б - схема установки для вимірювання температури за допомогою термопари.
Вільні кінці термопари з'єднують однорідними провідниками з магнітоелектричним милливольтметром, шкала якого проградуйована в градусах Цельсія. Найбільшого поширення набули такі термопари: платинородій - платинова для вимірювання температур до 1300 ° С і короткочасно до 1600 ° С, хромель-алюмелеві для температур відповідно до вказаних режимам - 1000 ° С і 1300 ° С і хромель-копелеві, призначена для тривалого вимірювання температур до 600 ° С і короткочасного - до 800 ° С.
Електричні методи вимірювання різних неелектричних величин широко застосовують в практиці, оскільки вони забезпечують високу точність вимірювань, відрізняються широким діапазоном вимірюваних величин, дозволяють виконувати вимірювання і реєстрацію їх на значній відстані від місця розташування об'єкту, що контролюється, а також дають можливість проводити вимірювання у важкодоступних місцях.