Методы электрического сопротивления

Одним из наиболее распространен­ных электропараметрических методов НК является метод электрического сопротив­ления, сущность которого заключается в контроле технического состояния ОК пу­тем измерения значения его активного электрического сопротивления R или электрической проводимости (электро­проводности) g.

К числу объектов, эффективно кон­тролируемых данным методом, относятся различные изделия из электропроводящих материалов, металлы, неметаллические твердые, жидкие и газообразные материа­лы, узлы трения машин и механизмов (подшипники и опоры качения, скольже­ния, зубчатые сопряжения) и др.

При этом решаются задачи толщинометрии, термо­метрии, контроля влагосодержания, уров­ня и концентрации, дефектоскопии, кон­троля отклонений формы поверхностей, комплексного диагностирования и про­гнозирования состояния механических ОК.

В зависимости от решаемой задачи, материала и конструктивных особенно­стей ОК методы электрического сопро­тивления основываются на различных принципах (физических и химических явлениях), имеют свою специфику и осо­бенности практической реализации.

При контро­ле изделий из электропроводящих мате­риалов, прежде всего металлов, метод электрического сопротивления по своей сущности и технической реализации бли­зок к рассмотренному выше электропотенциальному методу: ОК подключают к источнику электрического тока и определяют активное электрическое со­противление путем измерения падения напряжения на контролируемом участке ОК.

Электроёмкостные методы

Электроемкостный метод базиру­ется на введении ОК или его участка в электростатическое поле, в качестве ис­точника которого используют электриче­ский конденсатор.

Конденсатор, являю­щийся в данном случае первичным преоб­разователем, выполняет преобразование физических и геометрических характери­стик ОК в электрический параметр.

В качестве измеряемой величины мо­гут выступать физико-механические и гео­метрические свойства и параметры объ­екта контроля, воздей­ствующие на один из параметров конден­сатора, например относительную диэлек­трическую проницаемость; размеры и фор­му; плотность; содержание компонентов в смесях; влажность; химический состав; размеры несплошностей; механические напряжения и т. п.

Параметры электрического конденса­тора изменяются вследствие изменения под действием измеряемой величины площади перекрытия обкладок, расстоя­ний между обкладками или диэлектриче­ской проницаемости среды, находящейся между обкладками. Емкостные методы относят к параметрическим, так как у кон­денсатора с изменением измеряемой вели­чины изменяется электрическая емкость или угол диэлектрических потерь, являющиеся составляющими комплексной проводимости. Они рассматри­ваются как первичные информативные параметры электроемкостного метода контроля.

Преимуществами электроемкостных методов получения информации являются:

- однозначность зависимости между входной и выходной величинами обычно без гистерезиса;

- простота и технологичность конструкции, удобство монтажа и эксплуатации;

- простота адаптации формы конден­сатора к измерению различных неэлектрических величин;

- однонаправленность действия, т. е. нагрузка выходной цепи не оказывает никакого влияния на измеряемую неэлек­трическую величину;

- большая перегрузочная способ­ность;

- малая постоянная времени, позволяющая проводить измерения в динамиче­ском режиме;

- возможность изготовления конден­сатора с высокой точностью и малыми потерями;

- возможность получения информа­ции о параметрах ОК как в сравнительно больших объемах материала, так и в его локальных участках и на определенной глубине.

Неоспоримыми преимуществами ем­костного элемента являются также

значи­тельно более низкие уровни шумов, чем у резистивных и индуктивных элементов, и отсутствие самонагрева.

Основными недостатками, ограничи­вающими применение электроемкостных методов, являются малая емкость конден­саторов, используемых в качестве преоб­разователей, влияние на величину емкости температуры окружающей среды, влажности воздуха или диэлектрика, располо­женного между их пластинами, а также других внешних факторов. В то же время, температура, положение, вибрация и т. п. причины оказывают влияние, которое час­то можно учесть при конструировании преобразователей.

В зависимости от того, какой пара­метр датчика является информативным (связанным функционально с измеряемой величиной), с какой средой и в каких внешних условиях он должен работать, выбирают принципы его проектирования: принцип действия и конструктивное ис­полнение, материалы элементов конст­рукции, технологию изготовления и прин­ципы преобразования выходного сигнала в форму, удобную для передачи и регистрации.

Области использования емкостных методов получения информации весьма разнообразны. Наибо­лее широко они используются для измере­ния малых перемещений и величин, легко преобразуемых в перемещение, например давлений, и контроля свойств тел: диэлек­трической постоянной и связанных с нею величин, например влажности, уровня и температуры. При современном уровне технологии изготовления преобразователей порог чувствительности емкостных методов по перемещению оценивается значениями порядка 10^-4 м, а как наиболее высоко­чувствительные они нашли применение в научных исследованиях, при измерениях, проводимых в условиях сверхнизких тем­ператур. С их помощью проводят измере­ния влажности: зерна — в диапазоне 8 ... 35 %; бумаги и текстиля — 5 ... 30 %; угля - 5... 20 %, а диапазон измерения промышленных влагомеров составляет 0 ... 80 % с погрешностью 0,3 ... 2 %.

Емкостные методы позволяют кон­тролировать толщину пластин, оболочек и диэлектрических покрытий на проводнике и даже на диэлектрике при условии, что этот диэлектрик имеет иную диэлектриче­скую проницаемость, чем материал по­крытия. Промышленно выпускаемые

тол­щиномеры позволяют измерять толщину диэлектриков в диапазоне 0... 5 мм с по­грешностью ± 0,25 %, а проводящих объ­ектов контроля в том же диапазоне с по­грешностью ± 10^-5 м. Их использование позволяет контролировать поперечные размеры линейно-протяженных проводя­щих и диэлектрических изделий (нитей, стержней, лент, прутков), проводить лока­лизацию проводящих и диэлектрических включений и другие работы. Для измере­ния диаметров тонких проволок, волокон и подобных им изделий используются ем­костные преобразователи с погрешностью измерения 1,5 % от верхнего предела из­мерения.

Косвенным путем также можно оп­ределить и другие физические характери­стики материала: плотность, содержание компонентов в гетерогенных системах, в частности коэффициент армирований, композитных материалов, степень поли­меризации и старения, механические па­раметры и пр.

По конструктивному решению чувст­вительных элементов (конденсаторов) емкостные преобразователи подразделяют на плоскопараллельные, коаксиальные, стержневые, с обкладками, выполненными из сеток, и т. д.

Принцип действия емкостных преобразователей основан на зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения его обкладок и от диэлектрической проницаемости среды между ними.