Генераторные преобразователи неэлектрических величин

Некоторые виды электроизмерительных преобразователей способны преобразовывать давление, температуру, перемещение в электрический сигнал. Такие устройства называют генераторными преобразователями неэлектрических величин в электрические.

Наиболее распространенными среди генераторных преобразователей: термоэлектрические, индукционные, пьезоэлектрические и гальванические.

Термоэлектрический преобразователь (ТП)

Термоэлектрический преобразователь (ТП), способный преобразовывать температуру в электричество иначе называют термопарой. ТП представляет собой спаянные по концам проводники из разнородных металлов.

При нагреве одной из точек соединения между металлами начинается обмен молекулами, это явление называется термо ЭДС. Если в разрыв термопары подключить милливольтметр, и нагревать один из концов, прибор покажет некоторое значение ЭДС.

Таким образом, по шкалам соответствия напряжение/температура устанавливается измеряемая температуры.

Градуировку термоэлектрических термометров с применением термопар производят при температуре разомкнутых концов 0°С. Если эксплуатационная температура термопар отличается от 0°С, применяют таблицы поправок.

При использовании термопар можно встретить следующие обозначения:

• ТПП – платинародий (10% родия) -платина; tном=1300°С; tмакс=1600°С
  
• ТПР – платинародий (30% родия) - платинародий (6% родия); tном=1600°С; tмакс=1800°С;
  
• ТХА – хромель-алюмель; tном=1000°С; tмакс=1300°С;
  
• ТХК – хромель–копель; tном=600°С; tмакс=800°С;
  
• ТВР – вольфрамрений (5% рений) – вольфрамрений (20% рений); tном= 2200°С; tмакс= 2500°С.
  

Наиболее точными считаются термопары ТПП и ТПР. Основным недостатком термоэлектрических преобразователей считается их инерционность, которая составляет несколько минут.

Индукционные преобразователи (Инд.П)

Представляют собой магнитоэлектрическую систему, состоящую из не замкнутого магнитопровода, источника магнитного поля, и катушки, вращающейся в зазоре магнитопровода. В качестве источника магнитного поля служит постоянный магнит.

Принцип работы основан на пропорциональной зависимости ЭДС катушки, от скорости изменения магнитного поля:

E=-w*dФ/dt

где w – количество витков катушки;

dФ/dt – скорость изменения магнитного поля.

Если вращать катушку в магнитном поле, то по уровню и частоте ЭДС можно судить о скорости вращения катушки.

Такие датчики получили широкое применение для приборов, измеряющих угловую скорость или количество оборотов (тахометры), а также для измерения поступательного движения и параметров вибрации. Сердечник катушки присоединяют к валу механизма, параметры которого необходимо измерить.

Погрешность Инд.П определяется изменением магнитного поля во времени и при изменении температуры преобразователя, а также при изменении температуры катушки. Достоинством Инд.П является простота конструкции, высокая точность и надежность. Основным недостатком является узкий диапазон измерений.

Пьезоэлектрические преобразователи (Пэ.П)

Пьезоэлектрический эффект заключается в появлении заряда на поверхности материала под воздействием механических деформаций. Такими свойствами обладают такие минералы как: турмалин, кварц, сегнетовая соль и др.

В Пэ.П главным образом применяется кварц, обладающий сравнительно высокой механической прочностью, хорошими изоляционными свойствами и независимым от температуры пьезоэлектрическим эффектом.

На изображении Пэ.П кварцевые пластины 3 находятся между металлическими пластинами 2. Под действием давления р, на поверхности кварцевых пластин появляется электрический заряд, который стекает по штоку 5. По разности напряжений между штоком 5 и корпусом судят о величине давления.

Заряд с поверхности пластин стекает по изоляции, из-за чего такие преобразователи применяют для измерения быстроизменяющихся величин: переменных усилий, давления, параметров вибрации, ускорения и т. п.

В измерительных системах нашли применение устройства, работающие по принципу обратного пьезоэлектрического эффекта, их называют пьезорезонаторами. Принцип работы заключается в преобразовании подведенного к электродам напряжения в механические вибрации материала с частотой fр.

Частота колебаний fр зависит от толщины материала h, модуля его упругости E и его плотности ρ. При включении пьезорезонатора в резонансный контур генератора, частота колебаний будет зависеть от fр.

Изменяя параметры ρ, Е или h можно регулировать частоту на выходе генератора.

Гальванические преобразователи (Гл.П)

Гальванические преобразователи (Гл.П) применяют для определения реакции растворов рН, которая зависит от активности ионов водорода в растворе. В основу работы таких преобразователей положена зависимость ЭДС гальванической цепи от химической активности ионов электролита.

Гл.П состоит из рабочего и сравнительного полуэлементов. Рабочий полуэлемент представляет собой сосуд с измеряемым раствором, а сосуд сравнительного элемента заполнен раствором с известной концентрацией ионов водорода. К раствору сравнительного сосуда подведен один из электродов измерительной системы.

Второй электрод , называемый водородным, опускается в рабочий полуэлемент. Сосуды связаны между собой трубкой, наполненной раствором электролита.

При погружении водородного электрода в измеряемую жидкость, ионы водорода устремляются к его поверхности, образуя при этом электрический ток. Величина ЭДС между двумя электродами характеризует степень активности ионов водорода, и соответственно реакцию раствора рН.

При использовании Гл.П необходимо пользоваться поправками на температуру.