Желбаков И.Н., Кончаловский В.Ю., Солодов Ю.С. Метрология, стандартизация, сертификация - файл n1.doc

приобрести
Желбаков И.Н., Кончаловский В.Ю., Солодов Ю.С. Метрология, стандартизация, сертификация
скачать (8721.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc8722kb.07.07.2012 01:23скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   41

3.6.1. Принцип действия.



На рис. 3.12 показана модель емкостного преобразователя. Между двумя пластинами плоского конденсатора находится диэлектрик (серый цвет). Ёмкость такого конденсатора
, (3.15)
где ? – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика;

?0 = (4?·9)-110-9 ? 8,84·10-12 Ф / м – диэлектрическая проницаемость вакуума; S – площадь пластин; l – расстояние между ними.

Рис. 3.12. Модель емкостного преобразователя.
При работе на синусоидальном токе модуль реактивного сопротивления конденсатора
, (3.16)
где ? = 2?f – круговая частота переменного тока, протекающего через ёмкость.

В емкостных преобразователях разных конструкций используется изменение ёмкости при изменении любой из трёх величин: l, S и ?. Примеры конструкций емкостных ИП приведены в {3К18}.


3.6.2. Измерительные цепи.



Основная измерительная цепь с емкостными преобразователями – неравновесный мост переменного тока, имеющий однако существенные особенности по сравнению с мостами с индуктивными преобразователями:

1. Мост необходимо питать от генераторов высокой частоты (100 кГц… 10 МГц). Дело в том, что значения емкостей у емкостных преобразователей небольшие: обычно это 10…100 пФ. Их емкостное сопротивление даже на средних частотах в несколько килогерц очень велико. Например, у ёмкости 100 пФ на частоте 1 кГц это сопротивление примерно равно 1,6 МОм. Поэтому выходное сопротивление моста будет тоже очень большим и измеритель напряжения, подключаемый к диагонали моста, будет оказывать шунтирующее действие.

2. С малой рабочей ёмкостью преобразователя соизмеримы паразитные ёмкости между соединительными проводами, они могут существенно исказить результаты измерений, если не принять меры по тщательной экранировке. {3К19}


ВОПРОСЫ:

1. Что представляет собой емкостной измерительный преобразователь? Для измерения каких неэлектрических величин он используется?

2. Каков принцип действия емкостного измерительного преобразователя?

3. Нарисуйте простейшие схемы включения емкостных измерительных преобразователей.
3.7. Индукционные измерительные преобразователи.

3.7.1 Принцип действия.



Принцип действия индукционного ИП иллюстрирует рис. 3.13. Постоянный магнитный поток ? пронизывает контур, совершающий возвратно-поступательное движение небольшого размаха l (вибрация). При этом в контуре наводится ЭДС, пропорциональная скорости движения:


,

где S – коэффициент преобразования скорости в ЭДС.


Рис. 3.13. Принцип действия индукционного преобразователя.
На рис. 3.14 показана конструкция 1 индукционного преобразователя, предназначенного для измерения вибрации. Магнитный поток, созданный в магнитопроводе постоянными магнитами, пересекает витки вибрирующей катушки и в ней индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости вибрации.



Рис. 3.14. Конструкция 1 индукционного преобразователя.

Когда расстояние между вибрирующим объектом и неподвижной базой велико, применяют конструкцию 2, показанную на рис. 3.15.


Рис. 3.15. Конструкция 2 индукционного преобразователя.
Постоянный магнит с полюсными наконечниками висит на мягких пружинах и практически неподвижен относительно базы, а катушка вместе с объектом вибрирует относительно него; в ней на водится ЭДС, пропорциональная скорости вибрации. Уравнение для сил, приложенных к подвижной части, можно представить в виде
,
где m – масса подвижной части; z – перемещение подвижной части относительно базы; Р – коэффициент демпфирования; y – перемещение подвижной части относительно вибрирующего объекта; W – коэффициент жёсткости пружин.

Здесь первое слагаемое – это сила инерции подвижной части (произведение массы на ускорение); второе – сила демпфирования, третье – сила, возникающая от сжатия и растяжения пружин. Если сила демпфирования мала и ей можно пренебречь, то

Если перемещение вибрирующего объекта относительно неподвижной базы обозначить x, то z = x + y и тогда

Если масса большая, а пружины мягкие, то
>> Wy

и тогда

а, следовательно, y = - x, т.е. z = 0 – магнит висит неподвижно относительно базы.

ЭДС, индуцируемая в катушке, пропорциональна скорости вибрации катушки относительно магнита, а значит и скорости вибрации объекта относительно базы:

Параметрами вибрации являются перемещение l; скорость и ускорение . Если предположить, что вибрация является синусоидальной, то
l = lmsin?t;
где lm; ?lm; ?2lm – амплитуды перемещения, скорости и ускорения.

В этом случае достаточно знать круговую частоту ? = 2?f и одну из трёх амплитуд, чтобы найти две других.

3.7.2. Измерительные цепи.



Обычно вибрация не является чисто синусоидальным процессом, поэтому для измерения перемещения к выходу индукционного преобразователя подключают интегрирующий преобразователь, а для измерения ускорения – дифференцирующий (рис. 3.16).


Рис. 3.16. Подключение интегрирующего (а) и дифференцирующего (б) преобразователей (Инт; Диф) к выходу индукционного преобразователя (ИП) для измерения перемещения и ускорения вибрирующего тела. {3К20}
Индукционный преобразователь особой конструкции применяется для измерения расхода жидкости (рис. 3.17).




Рис. 3.17. Идея электромагнитного расходомера.
В трубу, по которой течёт жидкость, вставляется кусок трубы длиной L из изоляционного и немагнитного материала (оранжевый цвет на рисунке). С помощью постоянного магнита этот кусок трубы пронизывается магнитным потоком с индукцией В. Если жидкость электропроводная (в частности, это может быть вода), то, протекая между электродами (чёрный цвет на рисунке), она образует проводники, движущиеся в магнитном поле, поэтому на электродах независимо от свойств жидкости наводится ЭДС
E = BVD,
где V – скорость движения жидкости; D – диаметр трубы, т.е. длина проводников.

Скорость V связана с объёмным расходом:


откуда ;


Практически ЭДС Е составляет несколько милливольт.


ВОПРОСЫ:

1. Что представляет собой индукционный измерительный преобразователь? Для измерения каких неэлектрических величин он используется?

2. Каков принцип действия индукционного измерительного преобразователя?

3. Нарисуйте простейшие схемы включения индукционных измерительных преобразователей.

3.8. Пьезоэлектрические измерительные преобразователи

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   41


3.6.1. Принцип действия
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации