Принципи вимірювання неелектричних величин. У сучасній техніці широко застосовуються вимірювання неелектричних величин (температури, тиску, зусиль та ін.) Електричними методами. У більшості випадків такі вимірювання зводяться до того, що неелектричних величин перетворюється в залежну від неї електричну величину (наприклад, опір, струм, напруга, індуктивність, ємність і ін.), Вимірюючи яку, отримують можливість визначити шукану неелектричну величину.
Пристрій, що здійснює перетворення неелектричної величини в електричну, називається датчиком. Датчики поділяються на дві основні групи: параметричні та генераторні. У параметричних датчиках неелектричних величин викликає зміна будь-якого електричного або магнітного параметра: опору, індуктивності, ємності, магнітної проникності та ін. Залежно від принципу дії ці датчики поділяються на датчики опору, індуктивні, ємнісні і ін.
У генераторних датчиках неелектричних величин викликає поява е. д. з. До цих датчиків належать індукційні, термоелектричні, п'єзоелектричні та ін.
Пристрої для вимірювання різних неелектричних величин електричними методами широко застосовують на е. п. с. і тепловозах. Такі пристрої складаються з датчиків, будь-якого приладу електровимірювання (гальванометра, мілівольтметра, миллиамперметра, логометра і т. Д.) І проміжної ланки, яке може включати в себе електричний міст, підсилювач, випрямляч, стабілізатор і ін.
Електричні термометри опору. Для контролю температури води, що охолоджує дизель, застосовують електричні термометри, датчиком 3 яких (рис. 346) служать терморезистори (термістори). Термістори виконують з напівпровідникових матеріалів. Для запобігання від зовнішніх впливів
датчик укладений в захисну арматуру. Покажчиком 1 служить логометр. Датчик 3 (R1) включається в одне з плечей неврівноваженого моста 2, три інших плеча моста утворюють резистори опорами R1, R2 і R3. Котушки логометра включаються в вимірювальну діагональ моста послідовно з резистором опором R4.
Терморезистори мають значний розкид в характеристиці залежності опору від температури. Тому для отримання необхідної градуювання шкали приладу доводиться застосовувати додаткові додаткові і підганяльні резистори опорами R8 і R9. За допомогою цих резисторів здійснюють урівноваження моста при початковій вимірюваної температурі (градуируют нульову точку шкали).
Мал. 346. Принципова схема електричного термометра з терморезисторним датчиком
Застосування логометра в якості покажчика забезпечує незалежність показань приладу при коливаннях напруги живлення. Для зменшення похибки, обумовленої впливом опору проводів, що з'єднують датчик з покажчиком, застосовано з'єднання їх трьома проводами. Якби вони з'єднувалися двома проводами, під'єднаними до точок Л і С моста, то опору цих проводів складалися з опором датчика Rt і це створювало б похибка вимірювання. При наявності ж трьох сполучних проводів харчування подається в точки а і С, в результаті чого опір R'л одного з проводів складається з опором датчика, а опір R "л іншого проводу - з опором R8. При цьому в два плеча моста додаються однакові опору R'л і R "л, і струм у вимірювальній діагоналі практично не буде залежати від зміни опору сполучних проводів. Резистор з опором R5 забезпечує зменшення напруги, що подається на вимірювальний міст, до встановленого для даного приладу значення.
Для компенсації температурної похибки, яку вносить зміну опору котушок логометра при зміні навколишньої температури, послідовно з котушками включені терморезистори Rt1 і Rt2. При збільшенні температури опір мідного дроту котушок збільшується, а терморезисторов Rt1 і Rt2 - зменшується, в результаті чого сумарний опір котушки і терморезисторов залишається приблизно постійним. Для більш точної підгонки сумарного опору паралельно терморезисторами включають резистори опорами R6 і R7. Резистори опорами R1, R2, R3, R4 і R5 виготовляють з манганина, електричний опір якого мало змінюється при зміні температури, тому вводити температурну компенсацію зміни опору цих резисторів не потрібно.
Датчик поміщають в середу, де потрібно виміряти температуру (наприклад, в воду, яка циркулює в системі охолодження дизеля). При підвищенні температури води порушується рівновага моста і змінюється струм в його вимірювальної діагоналі, куди включено покажчик. Шкала покажчика градуюється безпосередньо в ° С.
У логометри рухома частина при вимкненому живленні займає довільне положення. Тому в даному приладі застосовано примусове повернення стрілки в нульове положення при вимкненому живленні за допомогою так званих безмоментного пружин. Створюваний ними крутний момент значно менше моментів, створюваних котушками логометра, і не робить помітного впливу на показання приладу.
Електричні термометри з термоелектричними датчиками встановлюють на тепловозах для контролю температури газів в циліндрах дизеля. У комплект термометра входить термоелектричний датчик (термопара) і мілівольтметр, службовець указате-
Мал. 347. Принципова схема електричного термометра з термоелектричним датчиком
лем. Термоелектричний датчик виконаний з двох зварених разом дротів або пластин з різнорідні металів або сплавів. Коли два таких провідника А і В (рис. 347) з'єднуються в будь-якій точці і включаються в замкнуте електричне коло, при зміні температури місця їх з'єднання в ланцюзі виникає електрорушійна сила, яка називається термо-е. д. з. Спай 1 двох різнорідних металів термопари називають гарячим спаєм, кінці 2 і 3 - вільними або холодними спаями.
Значення термо е. д. з. залежить тільки від різниці температур t1 нагрітого 1 і t2 холодних 2 і 3-решт провідників А і В і від природи матеріалів, що застосовуються в
Як електроди. Якщо температуру вільних кінців підтримувати постійної і однаковою, то термо е. д. з. буде пропорційна температурі гарячого спаю. Термопари розвивають порівняно невелику термо-е.р.с, тому мілівольтметри, використовувані для її вимірювання, повинні мати точну температурну компенсацію. Шкала такого приладу градуюється в ° С.
На тепловозах застосовують термоелектричні датчики, складені з наступних сплавів: хромель (89% Ni + 10% Cr + 1% Fe) -копель (56% Cu + 44% Ni); хромель - алюмель (95% Ni + 2% Al + 2% Mn + 1% Si). Термопара з цих сплавів створює термо-е.р.с. 4-7 мВ. Якщо електровимірювальні прилади підключити до термопарі мідними проводами, то виникне велика похибка вимірювання, так як при електричному контакті вільних кінців 2 а 3 термопари з сполучними проводами через різницю температур t2 і t0 (в місці установки приладу) з'являться додаткові термо-е. д. з. Для усунення цієї помилки з'єднувальні дроти С і D (їх називають компенсаційними) виготовляють з матеріалів, що володіють тими ж термоелектричними характеристиками, що і електроди термопари. Отже, виникають в місці контактів 2 і 3 термо-е. д. з. матимуть такі ж значення, як і в основній термопарі. Компенсаційні дроти виготовляють з тих же матеріалів, що і електроди термопари, але вони мають меншу площу перетину. У цьому випадку температура решт 2 і 3 може бути різною.
Електричні рівнеміри. Для вимірювання обсягу або рівня рідини в баках і резервуарах застосовують різного роду електричні рівнеміри. Як приклад розглянемо схему електричного рівнеміра з реостатним датчиком (рис. 348, а). У баку з вимірюваної рідиною поміщений поплавок 1, положення якого визначається обсягом або рівнем рідини. Зміна положення поплавця викликає зміна опорів R1 і R2 реостатного датчика 3, включених в два плеча моста постоян-
Мал. 348. Принципові схеми електричних рівнеміра (а) і манометра (б) з реостатними датчиками
ного струму, два інших плеча якого утворені резисторами опорами R3 і R4. Зміна опорів R1 і R2 змінює струм у вимірювальній діагоналі моста, в яку включені котушки логометра 2, що служить дороговказом. Шкала логометра градуюється в одиницях об'єму, займаного рідиною, або одиницях рівня рідини.
Електричні манометри. Для вимірювання тиску масла в системі змащення дизеля на тепловозах встановлюють електричні манометри. Такий манометр має реостатний датчик 5 (рис. 348, б), движок якого пов'язаний з гофрованої мембраною 4. Покажчиком служить логометр, шкала якого градуйована безпосередньо в одиницях тиску. Логометр включений в діагональ електричного моста постійного струму, плечі якого утворені опорами R1 і R2 реостатного датчика і резисторами опорами R3 і R4. Резистори опорами R5 і R6 призначені для отримання необхідної градуювання шкали приладу і температурної компенсації, а резистор опором R7 - для вирівнювання опорів котушок логометра (одна з них має великі розміри, ніж інша). При зміні тиску в корпусі датчика мембрана прогинається і переміщує движок реостата. При цьому змінюються опору R1 і R2 датчика і ток в вимірювальній діагоналі
моста. Отже, стрілка покажчика змінює своє положення.
Електричні тахометри. Частоту обертання валів різних машин (електродвигунів, дизелів та ін.) Вимірюють приладами, званими тахометрами. Найбільшого поширення набули електричні тахометри з асинхронним тахогенератором, принцип дії якого розглянуто в § 84. На тепловозах застосовують магнітно-індукційні тахометри (рис. 349), що вимірюють частоту обертання валу дизеля. Вал тахометра пов'язують безпосередньо або за допомогою гнучкого валу з валом дизеля.
При обертанні вала тахометра приводиться в обертання магнітний вузол, що складається з двох дисків, на яких укріплені постійні магніти 2. При обертанні дисків створюється обертове магнітне поле, яке індукує вихрові струми в розташованому між магнітами токопроводящем диску 1. В результаті взаємодії магнітного поля з вихровими струмами виникає крутний момент М (як і в індукційних приладах), який прагне повернути диск в напрямку обертання електромагнітів. Цей момент пропорційний частоті перетину магнітним полем токопроводящего диска, т. Е. Частоті обертання п вала дизеля: М = c1 n.
Валик, на якому укріплений струмопровідний диск 1, пов'язаний зі стрілкою приладу і спіральної пружиною 3, що створює протидіючий момент МПР = с2 # 966 ;. При рівновазі цих моментів М = МПР. т. е.
Отже, кут відхилення стрілки # 966; пропорційний частоті обертання п, т. е. прилад має рівномірну шкалу.