§ 80. Поняття про вимірювання неелектричних величин
Електровимірювальна техніка в порівнянні з іншими видами вимірювальних пристроїв володіє більшою надійністю, точністю, дешевизною і простотою.
З цих причин електровимірювальні прилади широко застосовують для вимірювання неелектричних величин.
Основними частинами електричної системи, що служить для вимірювання неелектричних величин, є перетворювач (датчик), проміжні пристрої і індикатор. Сутність електричних вимірювань неелектричних величин полягає в тому, що датчик перетворює неелектричну величину, наприклад зміна рівня рідини, температури, швидкості руху і т. П. В зміну електричної величини опору, струму або напруги, яке вимірюється індикатором, що представляє собою звичайний електровимірювальні прилади.
Розглянемо пристрій деяких електричних датчиків і приклади їх застосування для електричних вимірювань неелектричних величин.
Реостатний датчик (рис. 94) являє собою вигнуту (або пряму) пластину 1 з ізоляційного матеріалу, на яку намотана дріт 4 з матеріалу з великим питомим опором. При повороті осі 2 рухливий контакт - щітка 3 датчика переміщається по дроті, в результаті чого змінюється її опір, що відповідно впливає на показання приладу електровимірювання.
Реостатний датчик використовується для вимірювання рівня рідини в баку.
Дія приладу, призначеного для визначення кількості рідини в баку (рис. 95), засноване на використанні реостатного датчика, опір якого змінюється при підвищенні або зниженні рівня рідини.
Цей прилад складається з датчика 2 і індикатора 1. Повзунок датчика через систему важелів скріплений з поплавком 3. знаходяться на поверхні рідини в баку. Індикатором служить прилад магнітоелектричної системи, шкала якого проградуйована в літрах.
Коли в баку багато рідини, поплавок переміщується вгору. Разом з ним пересувається щітка датчика, опір якого зменшується. Струм в ланцюзі зростає і стрілка індикатора відхиляється на великий кут, вказуючи за шкалою кількість рідини. При опусканні поплавка опір датчика збільшується, струм в ланцюзі стає менше і стрілка приладу відхиляється вліво, вказуючи, що в баку мало рідини.
Електроконтактні датчики служать для перетворення механічного переміщення вимірювального штока, що стикається з поверхнею контрольованого об'єкта, в замикання або розмикання електричного кола. Найбільш простим електроконтакта датчиком є однопредельний датчик, який має одну пару контактів. Багатограничні датчики з декількома парами контактів можуть одночасно контролювати кілька різних об'єктів.
На рис. 96 приведена схема пристрою і дії електроконтактного датчика, використовуваного для вимірювання розмірів деталей. Вимірювальний шток 1 під дією пружини 2 прагне висунутися з корпусу датчика вниз.
Якщо геометричний розмір контрольованої деталі 3 більше заданого, вимірювальний шток піднімається, розмикає контакт 4 і замикає контакт 5. При знаходженні під штоком вироби з розміром менше заданої величини контакт 5 розмикається і замикається контакт 4. При нормальному розмірі контрольованої деталі контакти 4 і 5 залишаються роз'єднаними . До датчику можна приєднати електровимірювальні прилади. Відхилення стрілки одного приладу відповідає більшому розміру деталі, а іншого - меншому розміру.
Положення стрілок у нульового розподілу означає, що під щупом датчика проходять деталі заданих розмірів.
Замість приладів можна підключити до датчика електромагнітні лічильники, за допомогою яких враховується кількість деталей шлюбу - більшого і меншого розмірів.
Лічильники можна замінити різнокольоровими сигнальними лампами.
Індукційні датчики перетворять неелектричні величини в индуктироваться е. д. з. яка вимірюється електровимірюваннях приладом.
В індукційному датчику (рис. 97) котушка 1. поміщена на осерді 2. переміщається в зазорі постійного магніту 3 (або електромагніту) і в ній індукується е. д. з.
Для автоматичного контролю розмірів деталі в процесі її обробки на верстаті застосовують віброконтактной прилад з індукційним датчиком. Він дозволяє значно збільшити продуктивність верстатів, полегшує працю робітників, різко скорочує шлюб.
Схема пристрою віброконтактной приладу приведена на рис. 98. Розміри оброблюваної деталі контролюються датчиком-щупом 6. виконаним у вигляді важеля. Щуп притискається до деталі 8 під дією плоскої пружини 5. Коли по електромагніту 4 пропускають змінний струм, виступ щупа то притягається до сердечника цього електромагніту, то відходить від нього. При цьому щуп отримує коливальні рухи по вертикалі (100 раз в секунду).
Верхній кінець щупа з'єднаний з намагніченим від постійного магніту 2 сердечником 3 другого електромагніту, обмотка якого з'єднана з електровимірювань приладом - індикатором 1. Область індикаторів отградуирована в міліметрах.
При коливаннях щупа магнітне поле сердечника 3 перетинає витки електромагніту і в ній індукується е. д. з. під дією якої по обмотці вимірювального приладу починає проходити струм.
Коли щуп підводять до оброблюваної деталі, його робоча частина вдаряє об її поверхню. В процесі обробки деталі розмах коливань щупа змінюється, а разом з цим змінюються індукована в електромагніт е. д. з. і сила струму в індикаторі. Відповідно до положення стрілки на шкалі індикатора робочий стежить за розміром оброблюваної деталі.
Такий прилад може працювати автоматично і в момент досягнення заданого розміру через спеціальний пристрій зупинити верстат.
Для вимірювання швидкості обертання валу застосовують електричні тахометри. Вони складаються з індукційного датчика і індикатора. Датчик являє собою маленький генератор електричної енергії. Напруга, що дається цим генератором, змінюється пропорційно швидкості обертання його осі. До зажимів датчика приєднується індикатор - вольтметр, шкала якого отградуирована в одиницях швидкості.
Щоб визначити швидкість обертання валу машини, вісь датчика з'єднують з валом за допомогою зубчастої або іншої передачі. В обмотці датчика индуктируется е. д. з. пропорційна швидкості обертання валу. Її величину показує стрілка на шкалі приладу.
Для вимірювання температури використовується залежність величини е. д. з. термопари від температури нагріву місця її спаяний.
На рис. 99 показаний термоелектричний вимірювач температури. Він складається з датчика 1 у вигляді термопари і індикатора 2 - приладу електровимірювання, шкала якого отградуирована в градусах температури. Цим Електротермометрія можна вимірювати температуру, наприклад, в межах від 0 до 100 ° С.
На рис. 100 показана схема використання п'єзоелектричного датчика для вимірювання тиску.
Через трубку 1 п'єзоелектричного манометра пар, тиск якого необхідно виміряти, впливає на мембрану 2 і через шайбу 3 передається на дві пластинки 4 пьезоелектрика з кварцу. При стисненні кварцу на його кінцях, з'єднаних з електродом 6. з'являється негативний електричний заряд, а на протилежних кінцях кварцових платівок, з'єднаних з корпусом 5. - позитивний заряд.
Електрод 6 і корпус 5 манометра провідниками з'єднуються з індикатором - електровимірюваннях приладом 7. шкала якого отградуирована в одиницях виміру тиску.
Цей прилад вимірює величину зарядів, що виникають на кварцових пластинках, а отже, і тиск.
П'єзоелектричні манометри придатні для вимірювання великих і дуже малих тисків. Це пов'язано з тим, що надто мало електрики, що з'являється на кінцях пьезоелектріков при досить малих тисках, можна подати на підсилювач, а потім виміряти електровимірюваннях приладом.
1. Якими приладами вимірюється сила струму, напруга і опір?
2. Назвіть переваги приладів електромагнітної системи.
3. На якому принципі заснована дія приладів магнітоелектричної системи?
4. Для чого до амперметра підключають шунт?
5. За якою формулою можна обчислити величину додаткового опору, який приєднується до вольтметру?
6. Якими приладами вимірюють витрата електричної енергії?
7. Для чого служать датчики?
8. Зобразіть схему включення ватметра.
9. За якою формулою обчислюється невідоме опір, виміряний мостом, при його електричному рівновазі?