- •Пояснительная записка
- •Тематический план
- •Введение
- •Раздел 1. Основы метрологии и электроизмерительные приборы
- •Тема 1.1 Основные понятия
- •Тема 1.2 Меры электрических единиц. Общие сведения об электроизмерительных приборах
- •Вопросы для самопроверки:
- •Раздел 2. Измерительные механизмы приборов непосредственной оценки Тема 2.1 Магнитоэлектрическая и электромагнитная системы
- •Детали и узлы общего применения.
- •Магнитоэлектрические измерительные механизмы.
- •Магнитоэлектрические логометры.
- •Электромагнитный логометр
- •Тема 2.2 Электродинамическая и ферродинамическая системы
- •Электродинамическая система
- •Логометры электродинамической системы
- •Ферродинамическая система.
- •Тема 2.3 Индукционная и другие измерительные системы
- •Индукционная система.
- •Вибрационная система.
- •Выпрямительные (детекторные) приборы.
- •Раздел 3. Измерение электрических величин Тема 3.1 Измерение тока и напряжения
- •Тема 3.2 Расширение пределов измерения
- •Добавочные сопротивления.
- •Измерительные трансформаторы напряжения.
- •Тема 3.3 Измерение сопротивлений
- •Измерение малых и средних сопротивлений методом сравнения с образцовым сопротивлением
- •Измерение средних и больших сопротивлений методом замещения.
- •Измерение средних и малых сопротивлений одинарным мостом
- •Тема 3.4 Измерение активной и реактивной мощности
- •Электродинамический ваттметр в цепи переменного тока
- •Ферродинамический ваттметр
- •Измерение мощности ваттметром с трансформатором тока
- •Измерение мощности ваттметром с трансформаторами тока и напряжения
- •Измерение мощности в трехпроводных цепях при неравномерной нагрузке фаз.
- •Измерение реактивной мощности в трехфазных цепях
- •Тема 3.5 Измерение активной и реактивной энергии
- •Тема 3.5 Измерение активной энергии в трехфазных цепях
- •Измерение реактивной энергии в трехфазных цепях
- •Электродинамический счетчик
- •Тема 3.6 Измерение коэффициента мощности
- •Электродинамические и ферродинамические фазометры
- •Электромагнитный фазометр
- •Фазоуказатель
- •Тема 3.7 Измерение частоты переменного тока
- •Электродинамические и ферродинамические частотомеры
- •Электромагнитный частотомер
- •Выпрямительный частотомер
- •Раздел 4. Измерение неэлектрических величин. Выбор электроизмерительных приборов Тема 4.1 Параметрические и генераторные преобразователи
- •Параметрические преобразователи
- •Реостатные преобразователи
- •Преобразователи контактного сопротивления
- •Тензочувствительные преобразователи
- •Термочувствительные преобразователи
- •Электролитические преобразователи
- •Индуктивные преобразователи
- •Емкостные преобразователи
- •Фотоэлектрические преобразователи
- •Ионизационные преобразователи
- •Генераторные преобразователи
- •Термоэлектрические преобразователи
- •Индукционные преобразователи
- •Пьезоэлектрические преобразователи
- •Тема 4.2 Правила выбора электроизмерительных приборов
- •Лабораторные работы:
- •Литература Основная
- •Дополнительная
- •Контрольные задания введение
- •Программа экзамена
- •Тема 4.2 Правила выбора электроизмерительных приборов 104
Емкостные преобразователи
Рис. 4.1.10 Емкостные преобразователи с изменяющимся расстоянием между пластинами (а), дифференциальный (б), дифференциальный с переменной активной площадью пластин (в), с изменяющейся диэлектрической проницаемостью среды между пластинами (г)
|
|
Рис. 4.1.11 Принцип работы емкостного динамометра и манометра
|
Рис. 4.1.12 Схема устройства емкостного преобразователя для измерения толщины
|
На рис. 4.1.10 схематически показано устройство различных емкостных преобразователей. Преобразователи на рис. 4.1.10,а представляют собой конденсатор, одна пластина которого перемещается под действием измеряемой величины х относительно неподвижной пластины. Изменение расстояния между пластинами ведет к изменению емкости преобразователя. Функция С = f3 () нелинейная. Чувствительность преобразователя резко возрастает с уменьшением расстояния , поэтому целесообразно уменьшать начальное расстояние между пластинами. При выборе начального расстояния между пластинами необходимо учитывать пробивное напряжение воздух (10 кВ/см для воздуха).
Такие преобразователи используются для измерения малых перемещений (менее 1 мм). Малое рабочее перемещение пластин приводит к появлению погрешности от изменения расстояния между пластинами при колебаниях температуры. Соответствующим выбором размеров деталей преобразователя и материалов эту погрешность можно значительно снизить.
В емкостных преобразователях возникает усилие притяжения между пластинами, определяемое производной от энергии электрического поля WЭ по перемещению подвижной пластины, , где U и С – соответственно напряжение и емкость между пластинами.
Применяются дифференциальные преобразователи (рис. 4.1.10,б), у которых имеется одна подвижная и две неподвижные пластины. При воздействии измеряемой величины х у этих преобразователей одновременно изменяются емкости С1 и С2.
Рис. 4.1.13 Принцип устройства емкостного преобразователя влагометра
|
Рис. 4.1.14 Схема включения фотоэлемента с внешним фотоэффектом
|
Преобразователи с использованием зависимости С = f1 () применяются для измерения уровня жидкостей, влажности веществ, толщины изделий из диэлектриков и т.д. Для примера (рис. 4.1.10,г) дано устройство преобразователя емкостного уровнемера. Емкость между электродами, опущенными в контролируемый сосуд, зависит от уровня жидкости, так как изменение уровня ведет к изменению диэлектрической проницаемости среды между электродами. Изменением конфигурации пластин можно получить желаемый характер зависимости показаний прибора от объема (массы) жидкости. Для измерения выходного параметра емкостных преобразователей применяются равновесные и неравновесные мостовые схемы и схемы с использованием резонансных контуров. Последние позволяют создавать приборы с высокой чувствительностью, способные реагировать на перемещения порядка 10-7 мм. Цепи с емкостными преобразователями обычно питаются током повышенной частоты (до десятков мегагерц), что вызвано желанием увеличить мощность, рассеиваемую в преобразователе: Р = U2 С (а следовательно, и мощность, попадающую на измерительный прибор), и необходимостью уменьшить шунтирующее действие сопротивления изоляции.
Достоинства емкостных преобразователей – простота устройства, высокая чувствительность и возможность получения малой инерционности преобразователя.
Недостатки – влияние внешних электрических полей, паразитных емкостей, температуры, влажности, относительная сложность схем включения и необходимость в специальных источниках питания повышенной частоты.
В емкостных манометрах и динамометрах изменяется воздушный зазор (рис. 4.1.11) между двумя пластинами конденсатора под действием измеряемого давления Р или силы F.
Работа емкостного преобразователя для измерения толщины резиновой ленты 1, которая протягивается между двумя неподвижными электродами 2 (рис. 4.1.12), основана на влиянии толщины ленты на изменение воздушного зазора и емкость преобразователя.
Емкостный преобразователь для измерения влажности зерна, порошка, волокна, пряжи представляет собой цилиндрический конденсатор (рис. 4.1.13). Внутренний электрод имеет форму цилиндрического стержня, наружный электрод – форму стакана, внутреннее пространство до определенного уровня заполняется испытуемым материалом. Содержание влаги в испытуемом материале резко увеличивает емкость вследствие большой диэлектрической проницаемости воды ( = 80).
Рис. 4.1.15 Схема включения фотоэлемента с запирающим слоем |
Рис. 4.1.16 Схема работы фотоэлектрического пирометра |
|
Рис. 4.1.17 Схема работы фотоэлектрических колориметров |
|
Рис. 4.1.18 Принцип работы фотоэлектрического прибора для измерения диаметра проволоки
|