Термоэлектрические средства измерений температуры-

Термопара(ТЭП)-Электроды А В и два спая (рабочий и свободный) температура которых различна.Возникновение ТЭДС объясняется различной концентрацией электронов в А и В металлах, поэтому возникает контактная разность потэнциалов, также идёт диффузия е от нагретого спая. E_AB(t)=e_AB(t)-e₀,если t₀ =const,

Для измерении ТЭДС в контур вкючают Изм Устройство, в разрыв сразу двух металлов(1 случай)-ТЭДС не меняется при t₀’=t₀’’ , в раз рыв одного металла(2 случай)t₁’=t₁’’

Существуют конструкции с подводящими проводами от ИУ , Условие: ТЭДС подводящих проводов =ТЭДС термоэлектродов.Температура свободных спаев может изменяться, применяются специальные поправки с помощью градуировочных характеристик.

Дифференциальные ТЭП позволяет измерить разность двух температур (рис е)

E_AB(t₂t₁)=k(t_2- t₁), k-коэфф преобразования ТЭП.

Батареи ТЭП (рис ж) позволяют измерять малые температуры, так как имеют большую чувствительность. Ebatarei=nE(tt₀),

Используемые ТЭП: 1) ТХК (хромель копелевый) -50 +600 2)ТХА хромель-алюмель -50 +1000 3) ТПП(платинородий-платиновый) 0 +1300 С.

Для измерений сигналов ТЭП используются магнитоэлектрические милливольтметры, различные потэнциометры и нормирующие преобразователи.

Терморезистивные средства измерения температуры-эффект изменения R при изменении t.

Лин зависимость: R_t=R₀(1+α(t-t₀))

А)Для Металлов: R_t=R₀(1+at+bt²) обычно используются медь,никель, платина,терморезистор в виде двух спиралей(2).t=-200 +650 °C рис(а)

Б)Для Полупроводников: R_t=R₀e^(B(1/T-1/T₀))

Термисторы(П/пр) рис(б-ж) 7-Полупр элемент, 9-Изолятор 10-Кожух,11-13 защитные элементы 14 –изоляц обойма.+Большой Отрицательный ТКС

+Большое удельное сопротивление и малые размеры.

-Нелинейность характеристики, и разброс номинальных параметров.

В конструкции термометров с применением термисторов должна быть обеспечена постоянная площадь плоскости чувствит элемента, и постоянное прижимное усилие измерения.

Полупроводниковые диодные и транзисторные средства измерений температуры:--Зависимость сопротивления р-n перехода от температуры при его включении в запирающем направлении.

А)-схема делителя напряжения (1-источник тока) Обр.Ток, как мера температуры меняется приводя к перераспределению напряжений на R что фиксируется измерительным прибором.

Б)диод является одним из плеч неуравновешенного электрического моста, а разбаланс как сигнал снимается с диагонали а-с с помощью вольтметра.

В)Температурная зависимость обратного тока коллектора подобна приведённой выше зависимости для диода. Значение тока измеряется по падению U на сопротивлении.

t=-250 +150 °C чувствительность 2-500мВ/град, выше у транзистора.

44.

Классификация преобразователей:

а) контактные б) бесконтактные

1)Электромеханические 2)Электрофизические 3)Спектрометрические

Резистивные преобразователи:

Контактный преобразователь:

3,6-контактные пластины, 4-основание, 5-выступ штока, 7-шток.

При растягивающем усилии Штока относительно

Основания происходит контакт –размыкание .

Контактно-резистивные преобразователи:

1)10-угольный порошок 11-резиновая трубка. При приложении растягивающего усилия происходит увеличение общего R преобразователя.

2)Столбик из нескольких слоёв электропроводящих пластин или угольных таблеток(13). При осевом сжатии которых сопротивление образца уменьшается.

R_к=R₀(1±kδ) –Зависимость сопротивления Контактно-резистивных преобразователей

От деформации δ в первом приближении (k=cons’t).

Реостатные преобразователи линейных(д), угловых(е), перемещений.

Представляют собой реостаты, движок(15) которых связан с подвижной частью системы, к их обмотке (19) подсоединяют стабилизированный источник напряжения(18).

Ж-включение резистивного преобразователя как делителя напряжения.

U=(Uст/L)*x; U=(Uст/φ_B)φ, L-длина намотки реостата, x- преобраз-ое лин-ое перемещ-ние, φ_B- верхний предел измерений углового перемещ-я.

Погрешность определяется погрешностью подводимого напряжения. 0,05-1%.

Тензорезистивные преобразователи:

В основе эффект изменения R полупроводников и п/пр. в результате их упругой деформации.Тензоэффект связан как с изменением обьёма проводника, так и с изменением удельного сопротивления.

Основные характеристики: Длина петли решётки А,ширина петли В, Температурный Коэффициент Чувствительности, погрешность.

Для температурной компенсации используют компенсационные тензорезисторные мосты.

Коэффициент относит. тензочувствительности:

S=(1+2μ)+ m

μ -коэфф. Пуассона. m-Постоянная зависящая от изменения удельного сопротивления при деформации- m<<(1+2μ)для металлов, m>>(1+2μ), для п/пр.

Классификация по конструктивному изготовлению:

1)Свободные 1-тензорезистивная проволока, 2-изоляторы, 3 выводы, 4 скобы.

2)Наклеиваемые - преобразователи приклеенные к испытуемому обьекту, чувствительный элемент изготавливается из тензометрического константана. Проволока, фольга или плёнка являются тензорезисторами. Сверху бывают покрыты защитным лаком.XX-ось деформации.

3) Интегральные тензорезистивные преобразователи- Упругий элемент изготовленный из кремния, или сапфира на котором выращен тензорезистор.

Ёмкостные преобразователи:

Эффект изменения ёмкости в результате изменения расстояния между электродами d, или площади S.

а) С=ε₀S/d изменение расстояния электродов d.

в,д) Изменение площади обкладок, линейными и угловыми перемещениями.

Cx=(ε₀k_x/d)x; Cφ=(ε₀k_φ/d)φ Применение ёмкостных преобразователей имеет свои особенности: большое ёмкостное сопротивление даже при больших частотах, малую мощность выходного сигнала, что требует применения усилителей и экранирования.

Схемы включения преобразователей:

1)делитель напряжения:

1-Генератор, 2 усилитель

Когда: R>>x_c=1/2πfC

То: ΔU=(Uпит/2πfc²R)ΔC

Индуктивные преобразователи: Используется изменение индуктивности магнитной системы при воздействии на её элементы перемещений или возникновении деформации этих элементов.

L=gn²f(μ,μ_в)

g-геометрический фактор, n-число витков обмотки, μ,μ_в- магнитная проницаемость ферр.сердечника, или магнитопровода и воздуха.

А)индуктивный преобразователь перемещений ферромагнитной пластины относительно ферромагнитного магнитопровода. При отсутствии воздушного зазора :

При наличии воздушного зазора: L=(n²S_мμ)/l_м; L=(n²S_Bμ_B)/(2d), Zм<<Zв

L изменяется в результате изменения Sв и величины зазора d.

б)дифференциальный индуктивный преобразователь перемещений с разомкнутой магнитной цепью. Перемещения ферр.сердечника (4), вызывает изменения индуктивностей обмоток (1-5).

в)L изменяется при перемещении электропроводящей пластины (8) относительно плоской обмотки(6) на диэлектрике(7).Используется экранирующее действие проводника на магнитное поле. Используется при измерении оч.малых перемещений.

д,е)F Деформация магнитопровода(2) приводит к изменению μ магнитопровода, что приводит к изменению L обмотки(1).

Пьезоэлектрические преобразователи:Действие преобразователей основано на прямом(б) и обратном(в) пьезоэффекте. При воздействии силы на грани кристалла(SiO2) на гранях возникают заряженные частицы, по знаку противоположные ближайщим ионам решётки кристалла. Пьезоэффект вызванный перемещением вдоль электрич., оси – продольный, вдоль механической – поперечным.

3-усилитель с большим Rвх,2электроды, 3-пьезоэлектрич пластина.

Е)Биморфные пьезоэлектрич.,преобразователи.

Получаемая ЭДС определяется формулой: E=k(d/lb)F. Выходная мощность сигнала мала, что требует применения усилителей, заряд на пьезоэлектрике имеет свойство стекания со временем, поэтому преобразователи подходят для измерения сил,быстро изменяющих своё значение во времени.

Механотронные, магнитные и струнные преобразователи. Механотроном называется электронная лампа,в которой имеется возможность взаимного перемещения электродов.

Зависимость напряжения от тока анода определяется формулой, I=k(SU^3/2)/d², где k-коэфф.,S-площадь катода, d-расстояние между анодом и катодом.1-подвижный стержень, 2-упругая мембрана,3-баллон, 4, 7-аноды, 5-стабилизированный ИТ, 6-Вольтметр,8-нить накала,9-ТермоКатод. Под воздействием силы расстояние между одним из анодов и катодом уменьшается, что увеличивает анодный ток, через этот диод, расстояние между другим анодом и катодом увеличивается,что уменьшает ток, это вызывает разбаланс, который измеряется на диагонали a-b, вольтметром. Перемещения 0-100мкм, погрешность 1%.

Магнитные преобразователи .Принцип действия состоит в измерении E магнитного поля магнитометром(13) , которая меняется подвижным магнитом(11) прикреплённым к подвижному элементу(10). Сигнал магнитометра является мерой перемещения.

Струнные преобразователи. Струна(14) закрепляется изоляторами(15) между полюсами постоянного магнита(11), и включается в качестве одного из плеч неуравновешенного электр моста. С диагонали а-с сигнал поступает на вход Усилителя(16), а с выхода на диагональ d-b.При совпадении фаз сигналов, реализуется ПОС.Устройство образует электромеханический генератор, частота которого определяется частотой колебания струны, а она зависит от растягивающей силы. Выходным параметром системы является частота колебаний струны - 100-10000 Гц, ток не превышает 100 мА.Погрешность - 0,5-1%; f=2/2l(√(F/ρS)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: