Pengukuran listrik besaran non-listrik

Pengukuran berbagai besaran nonlistrik (perpindahan, gaya, temperatur, dll.) dengan metode elektrik dilakukan dengan bantuan alat dan instrumen yang mengubah besaran nonlistrik menjadi besaran yang bergantung secara elektrik, yang diukur dengan alat ukur elektrik dengan timbangan yang dikalibrasi dalam satuan besaran non-listrik terukur.

Pengonversi besaran non-listrik menjadi listrik atau sensor dibagi menjadi parametrik berdasarkan perubahan parameter listrik atau magnetik apa pun (resistansi, induktansi, kapasitansi, permeabilitas magnetik, dll.) Di bawah pengaruh kuantitas yang diukur, dan generator di mana Besaran bukan listrik yang terukur diubah menjadi e. dll. (induksi, termoelektrik, fotolistrik, piezoelektrik dan lain-lain). Konverter parametrik memerlukan sumber daya listrik eksternal, dan unit generator itu sendiri adalah sumber daya.

Transduser yang sama dapat digunakan untuk mengukur besaran non-listrik yang berbeda, sebaliknya, pengukuran besaran non-listrik apa pun dapat dilakukan dengan menggunakan jenis transduser yang berbeda.

Selain konverter dan alat pengukur listrik, instalasi untuk mengukur kuantitas non-listrik memiliki koneksi perantara - stabilisator, penyearah, amplifier, jembatan pengukur, dll.

Untuk mengukur perpindahan linier, gunakan transduser induktif - perangkat elektromagnetik di mana parameter sirkuit listrik dan magnetik berubah saat menggerakkan sirkuit magnetik feromagnetik atau angker yang terhubung ke bagian yang bergerak.

Untuk mengubah perpindahan yang signifikan menjadi nilai listrik, digunakan transduser dengan konduktor magi bergerak translasi feromagnetik yang dapat digerakkan (Gbr. 1, a). Karena posisi sirkuit magnetik menentukan induktansi konverter (Gbr. 1, b) dan, oleh karena itu, impedansinya, maka dengan tegangan sumber energi listrik yang stabil dengan tegangan bolak-balik frekuensi konstan memberi makan sirkuit a konverter, menurut arus dimungkinkan untuk pergerakan bagian yang terhubung secara mekanis ke sirkuit magnetik diperkirakan ... Skala instrumen lulus dalam unit pengukuran yang sesuai, misalnya dalam milimeter (mm).

Beras. 1. Konverter induktif dengan sirkuit magnetik feromagnetik bergerak: a — diagram perangkat, b — grafik ketergantungan induktansi konverter pada posisi sirkuit magnetiknya.

Untuk mengubah perpindahan kecil menjadi nilai yang nyaman untuk pengukuran listrik, transduser dengan celah udara variabel digunakan dalam bentuk tapal kuda dengan koil dan angker (Gbr. 2, a), yang terhubung erat ke bagian yang bergerak. Setiap gerakan angker menyebabkan perubahan arus / dalam koil (Gbr. 2, b), yang memungkinkan skala alat pengukur listrik dikalibrasi dalam satuan pengukuran, misalnya dalam mikrometer (μm), pada tegangan bolak-balik konstan dengan frekuensi yang stabil.

Beras. 2. Konverter induktif dengan celah udara variabel: a — diagram perangkat, b — grafik ketergantungan arus kumparan konverter pada celah udara dalam sistem magnetik.

Konverter induktif diferensial dengan dua sistem magnetik identik dan satu angker umum, terletak secara simetris ke dua sirkuit magnetik dengan celah udara dengan panjang yang sama (Gbr. 3), di mana gerakan linier angker dari posisi tengahnya mengubah kedua celah udara sama, tetapi dengan berbagai tanda yang mengganggu keseimbangan jembatan AC empat kumparan pra-seimbang. Hal ini memungkinkan untuk memperkirakan pergerakan angker sesuai dengan arus diagonal pengukur jembatan, jika ia menerima daya pada tegangan bolak-balik yang distabilkan dengan frekuensi konstan.

Beras. 3. Skema perangkat konverter induktif diferensial.

Gunakan untuk mengukur gaya mekanis, tegangan dan deformasi elastis yang terjadi di bagian dan rakitan berbagai struktur kawat - transduser tegangan, yang, saat dideformasi, bersama dengan bagian yang diteliti, mengubah hambatan listriknya.Biasanya, resistansi pengukur regangan adalah beberapa ratus ohm, dan perubahan relatif resistansinya adalah sepersepuluh persen dan bergantung pada deformasi, yang dalam batas elastis berbanding lurus dengan gaya yang diterapkan dan tekanan mekanis yang dihasilkan.

Pengukur regangan dibuat dalam bentuk kawat zigzag tahan tinggi (constantan, nichrome, manganin) dengan diameter 0,02-0,04 mm atau dari foil tembaga yang diproses secara khusus dengan ketebalan 0,1-0,15 mm, yang disegel dengan pernis bakelite di antara dua lapisan tipis kertas dan mengalami perlakuan panas (Gbr. 4, a).

Beras. 4. Tenometer: a — diagram perangkat: 1 — bagian yang dapat dideformasi, 2 — kertas tipis, 3 — kabel, 4 — lem, 5 — terminal, b — sirkuit untuk menghubungkan jembatan resistor yang tidak seimbang ke lengan.

Pengukur regangan buatan direkatkan ke bagian yang dapat dideformasi dengan baik dengan lapisan lem isolasi yang sangat tipis sehingga arah deformasi yang diharapkan dari bagian tersebut bertepatan dengan arah sisi panjang loop kawat. Saat benda berubah bentuk, pengukur regangan yang direkatkan merasakan deformasi yang sama, yang mengubah hambatan listriknya karena perubahan dimensi kawat penginderaan, serta struktur materialnya, yang memengaruhi hambatan spesifik kawat.

Karena perubahan relatif dalam resistansi pengukur regangan berbanding lurus dengan deformasi linier benda yang diteliti dan, karenanya, dengan tekanan mekanis gaya elastis internal, maka, dengan menggunakan pembacaan galvanometer pada pengukuran diagonal jembatan resistor pra-seimbang, salah satu lengannya adalah pengukur regangan, dapat memperkirakan nilai besaran mekanis yang diukur (Gbr. 4, b).

Penggunaan jembatan resistor yang tidak seimbang memerlukan stabilisasi tegangan sumber listrik atau penggunaan rasio magnetoelektrik sebagai alat pengukur listrik, pada pembacaan yang tegangannya berubah dalam ± 20% dari tegangan nominal yang ditunjukkan pada skala perangkat tidak memiliki pengaruh yang signifikan.

Gunakan transduser termosensitif dan termoelektrik untuk mengukur suhu berbagai media... Transduser termosensitif meliputi termistor logam dan semikonduktor, yang resistansinya sangat bergantung pada suhu (Gbr. 5, a).

Yang paling luas adalah termistor platinum untuk mengukur suhu dalam kisaran -260 hingga +1100 ° C dan termistor tembaga untuk rentang suhu dari -200 hingga +200 ° C, serta termistor semikonduktor dengan koefisien hambatan listrik negatif — termistor , ditandai dengan sensitivitas tinggi dan ukuran kecil dibandingkan dengan termistor logam, untuk mengukur suhu dari -60 hingga +120 ° C.

Untuk melindungi transduser yang peka terhadap suhu dari kerusakan, mereka ditempatkan di tabung baja berdinding tipis dengan bagian bawah yang disegel dan perangkat untuk menghubungkan kabel ke kabel jembatan resistor yang tidak seimbang (Gbr. 5, b), yang memungkinkan untuk memperkirakan suhu terukur sepanjang arus diagonal pengukur Skala rasio magnetoelektrik yang digunakan sebagai meteran diukur dalam derajat Celcius (°C).

Beras. 5. Termistor: a — grafik ketergantungan perubahan resistansi relatif logam pada suhu, b — sirkuit untuk menghubungkan termistor ke lengan jembatan resistor yang tidak seimbang.

Transduser suhu termoelektrik — termokopel, generasi e. kecil, dll. c.di bawah pengaruh pemanasan senyawa dari dua logam yang berbeda, mereka ditempatkan dalam cangkang plastik, logam atau porselen pelindung di area suhu yang diukur (Gbr. 6, a, b).

Beras. 6. Termokopel: a — grafik ketergantungan d, dll. p.untuk suhu termokopel: TEP-platinum-rhodium-platinum, TXA-chromel-alumel, THK-chromel-copel, b-assembly diagram untuk mengukur suhu menggunakan termokopel.

Ujung bebas termokopel dihubungkan dengan kabel homogen ke milivoltmeter magnetoelektrik, yang skalanya diukur dalam derajat Celcius. Termokopel yang paling banyak digunakan adalah: platinum-rhodium - platinum untuk mengukur suhu hingga 1300 ° C dan untuk waktu singkat hingga 1600 ° C, chromel-alumel untuk suhu yang sesuai dengan rezim yang ditentukan - 1000 ° C dan 1300 ° C dan chromel- bajingan, dirancang untuk pengukuran suhu jangka panjang hingga 600 ° C dan jangka pendek - hingga 800 ° C.

Metode listrik untuk mengukur berbagai besaran non-listrik Mereka banyak digunakan dalam praktik, karena memberikan akurasi pengukuran yang tinggi, berbeda dalam berbagai nilai terukur, memungkinkan pengukuran dan pendaftarannya pada jarak yang cukup jauh dari lokasi objek yang dikendalikan, dan juga memberikan kemungkinan untuk melakukan pengukuran di tempat yang sulit dijangkau.