Понятие об измерении неэлектрических величин

§ 79. ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕРЕНИИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Электроизмерительная техника по сравнению с другими видами измерительных устройств обладает большей надежностью, точ­ностью, дешевизной и простотой.

По этим причинам электроизмерительные приборы широко при­меняют для измерения неэлектрических величин.

Основными частями элек­трической системы, служа­щей для измерения неэлек­трических величин, являют­ся преобразователь (датчик), промежуточные устройства и индикатор. Сущность электрических измерений неэлек­трических величин заключа­ется в том, что датчик пре­образует неэлектрическую величину, например измене­ние уровня жидкости, темпе­ратуры, скорости движения и т. п., в изменение электри­ческой  величины   сопротивления,  тока  или  напряжения,  которое  измеряется   индикатором, представляющим собой обычный электроизмерительный прибор.

Рассмотрим устройство некоторых электрических датчиков и примеры их применения для электрических измерений неэлектриче­ских величин.

Резисторный датчик (рис. 91) представляет собой изогнутую (или прямую) пластину 1 из изоляционного материала, на которую намотана проволока 4 из материала с большим удельным сопро­тивлением. При повороте оси 2 подвижный контакт-щетка 3 датчи­ка перемещается по проволоке, в результате чего изменяется ее со­противление, что соответственно воздействует на показания электро­измерительного прибора.

Резисторный датчик используют для измерения уровня жидкости в баке.

Действие прибора, предназначенного для определения количества жидкости в баке (рис. 92), основано на использовании резисторного датчика, сопротивление которого меняется при повышении или понижении уровня жидкости.

Этот прибор состоит из датчика 2 и индикатора 1, Ползунок датчика через систему рычагов скреплен с поплавком 3, находя­щимся на поверхности жидкости в баке. Индикатором служит при­бор магнитоэлектрической системы, шкала которого проградуирована в литрах.

Когда в баке много жидкости, поплавок перемещается вверх. Вместе с ним передвигается щетка датчика, сопротивление которо­го уменьшается. Ток в цепи возрастает, и стрелка индикатора откло­няется на большой угол, указывая по шкале количество жидкости. При опускании поплавка сопротивление датчика увеличивается, ток в цепи становится меньше и стрелка прибора отклоняется вле­во, указывая, что в баке мало жидкости.

Электроконтактные датчики служат для преобразования меха­нического перемещения измерительного штока, соприкасающегося с поверхностью контролируемого объекта, в замыкание или размы­кание электрической цепи. Наиболее простым электроконтактным датчиком является однопредельный, который имеет одну пару кон­тактов. Многопредельные датчики с несколькими парами контактов могут одновременно контролировать несколько различных объектов.

На рис. 93 приведена схема устройства и действия электрокон­тактного датчика, используемого для измерения размеров деталей. Измерительный шток 1 под действием пружины 2 стремится выдви­нуться из корпуса датчика вниз.

Если геометрический раз­мер контролируемой детали 3 больше заданного, измери­тельный шток поднимается, размыкает контакт 4 и замы­кает контакт 5. При нахож­дении под штоком изделия с размером меньше заданной величины контакт 5 размы­кается и замыкается контакт 4. При нормальном размере контролируемой детали кон­такты 4 и 5 остаются разом­кнутыми.

К датчику можно присоединить электроизмерительные приборы. Отклонение стрелки одного прибора соответствует большему разме­ру детали, а другого — меньшему размеру. Положение стрелок у нулевого деления означает, что под щупом датчика проходят детали заданных размеров.

Вместо электроизмерительных приборов можно подключить к датчику электромагнитные счетчики, при помощи которых учиты­вается количество деталей брака — большего и меньшего размеров.

Счетчики можно заменить разноцветными сигнальными лам­пами.

Индукционные датчики преобразуют неэлектрические величины 8 индуктированную э. д. с, которая измеряется электроизмеритель­ным прибором.

В индукционном датчике (рис. 94) катушка 1, помещенная на сердечнике 2, перемещается в зазоре постоянного магнита 3 (или электромагнита) и в ней индуктируется э. д. с.

Для автоматического контроля размеров дета­ли в процессе ее обработки на станке применяют виброконтактный прибор с индукционным датчи­ком. Он позволяет значительно увеличить произ­водительность станков, облегчает труд рабочих, резко сокращает брак.

Схема устройства виброконтактного прибора приведена на рис. 95. Деталь обрабатывается шлифовальным кругом 7. Размеры обрабатывае­мой детали контролируются датчиком-щупом 6, выполненным в виде рычага. Щуп прижимается к детали 8 под действием плоской пружины 5. Ког­да по электромагниту 4 пропускают переменный ток, выступ щупа то притягивается к сердечнику

этого электромагнита, то отходит от него. При этом щуп получает колебательные движения по вертикали (100 раз в секунду).

Верхний конец щупа соединен с намагниченным от постоянного магнита 2 сердечником 3 второго электромагнита, обмотка которо­го соединена с электроизмерительным прибором — индикатором 1, Шкала индикатора отградуирована в миллиметрах.

При колебаниях щупа магнитное поле сердечника 3 пересекает витки электромагнита и в ней индуктируется э. д. с, под действием которой по  обмотке измерительного прибора начинает проходить ток.

Когда щуп подводят к обрабатываемой   детали, его рабочая    часть ударяет о ее  поверхность. По  мере обработки детали размах колебаний щупа  изменяется, а вместе  с  этим меняются индуктируемая в электромагните э. д. с. и сила тока в инди­каторе. По   положению   стрелки на шкале индикатора   рабочий   следит за размером обрабатываемой детали,

Такой прибор может работать ав­томатически и в момент достижения заданного размера через   специальное устройство   остановить   станок.

Для измерения скорости враще­ния вала применяют электрические тахометры. Они состоят из индукци­онного датчика и индикатора. Дат­чик представляет собой маленький генератор электрической энергии. Напряжение, даваемое этим генератором, изменяется пропорционально скорости вращения его оси К зажимам датчика присоединяется индикатор-вольтметр, шкал; которого отградуирована в единицах скорости.

Чтобы определить скорость вращения вала машины, ось датчике соединяют с валом при помощи зубчатой или иной передачи. В об­мотке датчика индуктируется э. д. с, пропорциональная скорости вращения вала. Ее величину показывает стрелка на шкале прибора.

Для измерения температуры используется зависимость величи­ны э. д. с. термопары от температуры нагрева места ее спая.

На рис. 96 показан термоэлектрический измеритель температу­ры. Он состоит из датчика 1 в виде термопары и индикатора 2 — электроизмерительного прибора, шкала которого отградуирована в градусах температуры. Этим электротермометром можно измерять температуру, например, в пределах от 0 до 100° С.

На рис. 97 показана схема использования пьезоэлектрического датчика для измерения давления.

Через трубку 1 пьезоэлектрического манометра пар, давление которого необходимо измерить, воздействует на мембрану 2 и через шайбу 3 передается на две пластинки 4 пьезоэлектрика из кварца. При сжатии кварца на его концах, соединенных с электродом 6, по­является отрицательный электрический заряд, а на противоположных концах кварцевых пласти­нок, соединенных с корпусом 5, -- положительный заряд.

Электрод 6 и корпус 5 мано­метра проводниками    соединяются с  индикатором — электроизмерительным прибором 7, шкала которого отградуирована в единицах измерения давления.

Этот прибор измеряет величину зарядов, возникающих на квар­цевых пластинках, а следовательно, и давление.

Пьезоэлектрические манометры пригодны для измерения больших и очень малых давлений. Это связано с тем, что ничтожно ма­лое количество электричества, появляющееся на концах пьезоэлектриков при весьма малых давлениях, можно подать на усилитель, а затем измерить электроизмерительным прибором.

Контрольные вопросы

1. Какими приборами измеряется сила тока,  напряжение и сопротивление?
2. Назовите преимущества приборов электромагнитной системы.
3. На каком принципе основано действие приборов магнитоэлектрической системы?
4. Для чего к амперметру подключают шунт?
5. По какой формуле можно вычислить величину добавочного сопротивления, Присоединяемого к вольтметру?
6. Какими приборами измеряют расход электрической энергии?
7. Для чего служат датчики?
8. Изобразите схему включения ваттметра.
9. По какой формуле вычисляется неизвестное сопротивление, измеренное Гостом, при его электрическом равновесии?