Классификация измерительных преобразователей

По способу формирования выходного сигнала

1) Генераторные (энергетические) ИП характеризуются тем, что их выходные сигналы обладают энергетическими свойствами (ЭДС, электрический ток, давление и т.д.).

2) Параметрические ИП возбуждаются от постороннего источника энергии. В них воздействие входной величины приводит к изменению определенных внутренних параметров - сопротивления, емкости, индуктивности и др.

В зависимости от вида выходного измерительного преобразователя различают ИП с электрическими и неэлектрическими выходными сигналами. Особое значение имеют ИП с электрическим выходом, так как позволяют организовать дальнейшую обработку измерительной информации средствами электронной техники.

В зависимости от формы представления выходного электрического сигнала измерительные преобразователи делят на ИП с непрерывным, дискретным и кодовым (цифровым) выходным сигналами. При дискретной форме выходные сигналы представляют в виде импульсной последовательности с различными законами модуляции..

4. По методу преобразования ИП делят на:

- устройства прямого преобразования

- преобразователи уравновешивания.

5. По виду функции преобразования ИП бывают:

- масштабные, предназначенные для изменения величины в заданное число раз,

- функциональные, у которых выходная величина (сигнал) связана с входным сигналом.

Существуют многие разновидности функциональных ИП:

- многопараметрические, у которых выходная величина связана с двумя и более входными величинами (например, суммирующие преобразователи);

- интегрирующие

- дифференцирующие ИП, связь между входными и выходными величинами у которых определяется соответствующей функцией, и т.д.

Особую группу функциональных МП образуют статистические преобразователи, у которых связь между входом и выходом носит вероятностный хар-р.

6. По месту в структурной схеме средства измерения:

- первичные,

- промежуточные

- выходные (последние в измерительной цепи)

7. По виду преобразования:

Аналоговый ИП – ИП, в котором входная аналоговая величина преобразуется в выходную аналоговую величину.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – ИП, в котором входная аналоговая величина преобразуется в выходной цифровой код, в соответствии с которым на табло устанавливается показание измеряемой ФВ.

Цифро-аналоговый преобраз-ль (ЦАП) – ИП, в котором входной цифровой код преобразуется в квантованную по ур-ню выходную аналоговую вел-ну.

Измерение крутящих моментов

Знание крутящего момента необходимо при проектировании и эксплуатации прокатных станов. Величина крутящего момента при прокатке определяет степень нагрузки электродвигателя, а также контактные и внутренние напряжения в таких деталях и узлах, как соединительные шпиндели, муфты, редукторы и т.д.

Методы определения крутящего момента могут быть косвенные и прямые. К косвенным методам относятся методы измерения момента по измерению мощности и скорости вращения электродвигателя и по измерению давления металла на валки.

ИЗМЕРЕНИЕ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ

Можно идти от очага деформации и от двигателя. По найденному значению мощности и скорости вращения электродвигателя крутящий момент на его валу может быть определен по следующей формуле:

Известно, что М_дв является суммой следующих моментов:

Если давление металла на валки определяют экспериментально, то момент прокатки можно определить по следующей формуле:

Недостаток этого метода состоит в неопределенности величины , которая для разных случаев прокатки может колебаться в пределах 0,35-0,55.

НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ

Прямое измерение крутящих моментов производят с помощью специальных устройств называемых крутильными динамометрами. Для определения момента прокатки их следует разместить непосредственно на бочке валка. Однако это выполнить практически нельзя из-за соприкосновения валков с прокатываемым металлом. В связи с этим крутильные динамометры размещают на шпинделях, а момент прокатки подсчитывают по следующей формуле:

 

Крутильные динамометры известны трех видов. К первому виду относятся крутильные динамометры, основанные на измерении упругой деформации вала, возникающей под действием приложенного момента. Связь между углом скручивания и приложенным моментом определяют по уравнению

 

Ко второму виду относятся крутильные динамометры, основанные на измерении величины тангенциального усилия возникающего при приложении крутящего момента (рис. 64). Умножая полученное значение усилия P на постоянную C=f(R, L), подсчитывают величину крутящих моментов. К третьему виду относятся крутильные динамометры, основанные на эффекте изменения магнитных свойств (магнитная проницаемость) вала или другого передающего крутящий момент звена под действием механических напряжений.

В последнее время все большее распространение получают крутильные динамометры третьего вида, называемые тордукторами. Основное преимущество тордукторов состоит в отсутствии токосъемных устройств и надежном съеме информации с вращающегося вала. Простейшая схема тордуктора, называемого крестовым, показана на рис. 69.

Если материал вала однороден и напряжения в нем равны нулю, то R₁=R₂=R₃=R4 и ток во вторичной обмотке отсутствует.

Под действием растягивающих напряжений магнитная проницаемость увеличивается (магнитное сопротивление уменьшается), а под действием напряжений сжатия уменьшается.

Баланс моста нарушается и во вторичной обмотке появляется ток, пропорциональный напряжениям в вале.

Общий недостаток всех тордукторов - зависимость выходного сигнала от скорости вращения вала. Однако несомненные преимущества, такие как больший сигнал на выходе, отсутствие токосъемных устройств и изнашивающих частей и др., позволяют успешно применить тордукторы не только для измерения крутящих моментов, но и в схемах автоматического регулирования.

Реперные точки

Термометрическое свойство - изменение агрегатного состояния тел.

Реперные точки используются для поверки других средств измерений.

 

Радиационные пирометры

Пирометры излучения относятся к приборам бесконтактного метода измерения температур.

Для измерения радиационных температур на практике используют тепловое действие лучей нагретого тела, температура которого подлежит измерению.

Радиационный пирометр состоит из трех основных частей: устройства для концентрации потока энергии, исходящего из источника, на теплочувствительный орган пирометра; теплочувствительного органа; показывающих или самопишущих приборов. Первые две части объединены конструктивно вместе и составляют часть пирометра, обычно называемую телескопом. Лучи, исходящие из источника на теплочувствительный орган пирометра, обычно концентрируются с помощью вогнутого зеркала или лучепреломляющей оптической линзы. Пирометры с зеркалом называют радиационными пирометрами рефлекторного типа, а пирометры с лучепреломляющими оптическими линзами—рефракторными. В качестве теплочувствительного органа прибора применяют миниатюрную термобатарею из нескольких соединенных термопар, горячие спаи которых обычно монтируют на зачерненной пластинке из фольги. Термобатарею помещают в защитную стеклянную колбу, наполненную воздухом или аргоном.

В качестве показывающих и самопишущих приборов для радиационных пирометров используют пирометрические милливольтметры и потенциометры.

Наибольшее распространение получили радиационные пирометры типа РАПИР.

А-А

 

 

Схема телескопа ТЕРА-50 пирометра РАПИР: 1 – объектив; 2 – диафрагма; 3 – блок с термобатареей (10 миниатюрных термопар); 4 – окуляр; 5 – защитное стекло.

Линза объектива концентрирует поток лучистой энергии, падающей от поверхности нагретого тела на термобатарею, которая состоит из десяти последовательно соединенных между собой миниатюрных термопар. Блок с термобатареей находится в непосредственном тепловом контакте с корпусом телескопа. Компенсационное сопротивление находится в месте расположения свободных концов термобатареи и предназначено для компенсации погрешности, возникающей в показаниях телескопа при изменении температуры корпуса телескопа. Диафрагма, помещенная на резьбовой части фланца блока термобатареи, предназначена для регулирования напряжения на зажимах термобатареи при градуировке его на заводе-изготовителе. Линза окуляра помещена в крышке телескопа и предназначена для обеспечения правильной наводки на объект. Корпус телескопа закреплен крышкой, в которую вмонтировано защитное цветное стекло, предохраняющее глаз от излучения нагретого тела при проверке установки телескопа.

Телескоп ТЕРА-50 может работать в комплекте с одним или двумя вторичными приборами, в качестве которых используются показывающие и самопишущие милливольтметры, а также электронные автоматические потенциометры.

Диапазон измерений может быть разным от 400-1000 С до 2200-3000 С.

Погрешность составляет от 1-1,5 %. Чем выше диапазон измерения, тем выше погрешность.

Классификация измерительных преобразователей

1. По физическим закономерностям, положенным в основу принципа действия:

- механические упругие преобразователи

Их функционирование основано на зависимости между механическими силами и выходными перемещениями, обусловленными упругими свойствами материала преобразователей (мембран, упругих стержней и тд.). Преобразователи этой группы широко распространены в измерениях механических сил, крутящих моментов, давлений газов и жидкостей и т.д.

- электрические и механоэлектрические резистивные преобразователи

В основе их функционирования лежит соотношение между электрическим током и напряжением (закон Ома). Примерами служат: резисторы, потенциометры, тензорезисторы.

- электростатические преобразователи

У таких ИП переносчиком информации является электрический заряд. К этой группе относятся емкостные ИП. Основное назначение этих преобразователей – измерение механических перемещений и скоростей, толщины материалов, уровня жидкости и т.д. К этой же группе относятся пьезоэлектрические преобразователи, которые применяют для измерения механических сил, давлений и ускорений, для построения обратных преобразователей перемещений;

- преобразователи электромеханической группы

Принцип действия основан на возникновении механических перемещений их подвижных элементов под влиянием электрического тока. Например: измерительные стрелочные индикаторы и обратные преобразователи перемещения.

- гальваномагнитные преобразователи

Функционирование данных ИП основано на применении гальваномагнитных эффектов, заключающихся в изменении электрического сопротивления (эффект Гаусса) или появления ЭДС (эффект Холла) под воздействием входного магнитного поля. Использующие эти эффекты магниторезистивные преобразователи и преобразователи Холла в основном распространены в измерениях параметров электрических и магнитных величин.

- электромагнитные преобразователи

Это большая группа ИП, основанных на использовании электромагнитных явлений. В эту группу входят трансформаторные (индуктивные и взаимоиндуктивные), магнитоупругие (магниторезисторные) и индукционные ИП.

- тепловые преобразователи

Функционирование основано на физических закономерностях, определяемых тепловыми процессами. К таким ИП относятся терморезисторы, термопары, термоэлектрические преобразователи, выполненные на основе металлов или полупроводниковых материалов. Основное их назначение — измерение температуры и других физических величин, функционально связанных с тепловыми процессами.

- электрохимические преобразователи

Такие ИП представляют собой электролитическую ячейку, заполненную раствором с помещенными в нем несколькими электродами. Принцип действия их основан на зависимости электрических параметров ячейки от состава, концентрации, температуры и других свойств раствора.

- оптические преобразователи

В основе принципа действии оптических ИП лежит зависимость параметров потока оптического излучения от значения преобразуемой величины. Оптические ИП состоят из ист-ка излучения, оптического канала и приемника излучения. Данные ИП широко распространены для измерения пар-ров оптического излучения, а также в кач-ве передающих преобразователей, предназначенных для модуляции и передачи по оптическому каналу связи измерит-ой инф-ции;

- квантовые преобразователи

Эти ИП используют явления поглощения энергии электромагнитного поля рабочим вещ-вом, находящимся под воздействием таких преобразуемых вел-н, как напряженность пост-го магнитного или электрического поля, давл-е, темп-ра. Использование этого явления позволяет установить связь между частотой резонанса и значениями преобразуемой величины.

2. По виду входной измеряемой величины ИПделят на две основные группы:

1) преобразователи электрических величин

2) преобразователи неэлектрических величин