Лекция: Первинні вимірювачі (перетворювачі) неелектричних величин

Як первинні вимірювальні перетворювачі неелектричних величин використовуються тензорезистори, термоелектричні перетворювачі-термопари та термоперетворювачі електричного опору — терморезистори і термістори.

Менш поширені, але також використовуються п’єзоелектричні і магніто-пружні перетворювачі сил і моментів та індуктивні і ємнісні перетворювачі переміщень в електричний сигнал. Для вимірювання кутової швидкості використовують ще тахогенератори.

Як вторинні електровимірювальні прилади в парі з первинними вимірювальними перетворювачами можуть використовуватись мілі- та мікро-вольтметри або вимірювальні мости та компенсатори.

Як найбільш поширені детальніше розглянемо тензорезистори, термопари, терморезистори і термістори.

Тензорезистор — це мініатюрний дротяний резистор, електричний опір якого змінюється через зменшення діаметра дроту при його розтягуванні. Наклеєний на досліджувану деталь в напрямку її деформації тензорезистор застосовується як давач переміщення — деформації, електричний опір якого є інформативним параметром давача. Наступний рисунок у спрощеному вигляді дає конструктивне уявлення про тензорезистор як давача переміщення — деформації:

1 — досліджувана деталь;

2 -тензорезистор, наклеєний на цю деталь;

х — напрям деформації деталі.

В більшості випадків терморезистори використовуються в парі з вимірювальними мостами постійного струму.

Як первинні вимірювальні перетворювачі температури використовуються термоелектричні перетворювачі — термопари і термоперетворювачі електричного опору — дротяні терморезистори та напівпровідникові термоперетворювачі опору (термістори).

Принцип дії термоелектричного перетворювача — термопари ґрунтується на вимірюванні термоелектричного ефекту, сутність якого полягає у виникненні термоелектрорушійної сили (термо ЕРС) в колі, що складається з двох різнорідних провідників або напівпровідників – термоелектронів, якщо температура t1у містіз’єднання електродів (так званого гарячого або робочого спаю) і температура t2вільних (холодних) кінців неоднакові.

В загальному випадку значення вимірювальної термо ЕРС нелінійна функція температуриt1:

eT=e(t1)+C(t2)

C1=const

тому, як правило, термопара або термістор градуюються з вторинним електровимірювальним приладом для певної температури t2. Стандартні термопари випускаються на температури від (-200-+2500) °С. Термістори мають температурний діапазон: (-196-+300)°С.

Принцип дії термоперетворювачів опору ґрунтується на використанні властивості провідників чи напівпровідників змінювати свій електричний опір при змінюванні температури. Як і термопари терморезистори використовуються з градуювальними таблицями для певних пар первинних перетворювачів та вторинних електровимірювальних приладів.

Інформативними параметрами термоелектричних перетворювачів є напруга, а терморезисторних перетворювачів — електричний опір. Відповідно до цього в парі з термопарами частіше за все використовуються мікро- та мілівольтметри, або автоматичні компенсатори постійного струму. В парі з терморезисторами частіше за все використовуються автоматичні вимірювальні мости та компенсатори постійного струму.

Тахогенераторами бувають: