Индуктивные преобразователи

Действие индуктивных преобразователей основано на изменении собственной или взаимной индуктивности катушек.

В основе работы ЛДТ лежит принцип изменения взаимной индукции между магнитосвязанными катушками, причем именно это изменение, а не изменение собственной индуктивности подлежит измерению.

Конструкция (рис. 22, а, б). На катушке 4 из немагнитного материала (например, пластмассы) равномерно размещена первичная обмотка 1. Вторичная обмотка, намотанная поверх первичной, выполнена в виде двух секций 2 с одинаковым числом витков, причем эти секции электрически включены навстречу друг другу, т. е. выходное напряжение есть разность ЭДС, индуцируемых в этих секциях. Внутри катушки находится сердечник 3 из мягкого железа. Шток сердечника связан с подвижным элементом измерительного преобразователя или осью указателя прибора. Дифференциально-трансформаторный преобразователь размещается в цилиндрическом металлическом кожухе для защиты от внешних магнитных полей (на рис. не показан).

Индуктивный преобразователь имеет преимущество, например, перед потенциометрическим преобразователем, поскольку в нем отсутствует трение и износ движущихся частей. Индуктивный преобразователь применяется для статических и динамических измерений.

Преобразователи электрических сигналов

Преобразователи электрических сигналов — вспомогательные устройства АСУ, осуществляющие эквивалентное преобразование сигнала: модуляцию, демодуляцию, а также аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования.

Преобразователи электрических сигналов как типовые элементы САУ выполняют функции согласующих устройств без изменения количества информации, содержащегося в преобразуемом сигнале. Основные технические требования, предъявляемые к преобразователям электрических сигналов: точность и стабильность преобразования, а также высокое быстродействие.

Модуляция — изменение по заданному закону во времени параметров, характеризующих какой-либо стационарный физический процесс, например, изменение по определенному закону амплитуды, частоты или фазы гармонического колебания для внесения в колебательный процесс требуемой информации.

2.15.(Яна Потеева) Классификация приборов для измерения температуры.

- термометры расширения: предназначены для изменения температур в диапазоне от -190 до +500 градусов Цельсия. Принцип действия термометров расширения основан на свойстве тел под действием температуры изменять объем, а следовательно, и линейные размеры. Термометры расширения разделяются на жидкостные стеклянные и механические (дилатометрические и биметаллические);

-манометрические термометры: предназначены для измерения температуры в диапазоне от -160 до +600 градусов Цельсия. Принцип действия манометрических термометров основан на изменении давления жидкости, газа или пара, помещенных в замкнутом объеме, при нагревании или охлаждении этих веществ;

-электрические термометры сопротивления применяются для измерения температур в диапазоне от -200 до +650 градусов Цельсия. Принцип действия термометров сопротивления основан на свойстве проводников изменять электрическое сопротивление в зависимости от температуры;

-термоэлектрические преобразователи (термопары) используются при измерения температуры от 0 до +1800 градусов Цельсия. Принцип действия термопар основан на свойстве разнородных металлов и сплавов образовывать в спае термо электродвижущую силу, зависящую от температуры спая;

-пирометры излучения применяются для измерения температуры в диапазоне от +100 до 2500 градусов Цельсия. Пирометры излучения работают по принципу измерения излучаемой нагретыми телами энергии, изменяющейся в зависимости от температуры этих тел.

- Термометры сопротивления — наиболее точный датчик, позво­ляющий измерять температуру с точностью до 10~⁴ °C (для этого необходимо измерять электрическое сопротивление с точностью до 3 10^_6 Ом). К числу достоинств термопреобразова­телей сопротивления следует отнести высо­кую точность (меньшую, чем у стеклянных термометров расширения, но большую, чем у термоэлектрических преобразователей (термопар) и всех остальных контактных термопреобразователей и термометров), ста­бильность характеристики преобразования и возможность измерения криогенных тем­ператур (от —260 °C).

2.16. (Никита Федорченко)Погрешности измерения температуры контактным и бесконтактным методами.

Устройства для измерения температуры контактным способом

фактически показывают температуру чувствительного элемента первичного измерительного преобразователя, который находится в непосредственном контакте с контролируемой средой.

Если в установившихся условиях температура чувствительного

элемента не совпадает с температурой контролируемой среды, получается погрешность, которая относится к классу статических методических погрешностей.

Источниками такой погрешности могут быть:

1) утечка (отток)тепле вдоль элементов измерительного преобразователя в окружающую среду;

2) лучистый теплообмен между теплоприемником и окружающими

его поверхностями,

Отклонение температуры чувствительного элемента от температуры среды тем больше, чем хуже условия для передачи тепла от контролируемой среды к теплоприемнику» Следовательно, величина погрешности зависит от коэффициента теплопередачи, а также и от площади поверхности теплоприемника.

Очевидно, что при измерении температуры газа (перегретого пара) погрешности могут быть особенно большими, т.к. теплоотдача от

такой среды низкая.

Чтобы свести погрешности к минимуму, необходимо: 1) хорошая

теплоизоляция выступающей части теплоприемника и прилегающего участка аппарата (трубопровода) 2) экраны между теплоприемником

и холодными поверхностями; 3) обеспечение большой скорости обтекания теплоприемника газом.

Одним из приемов устранения погрешностей при измерении температуры газа является применение отсасывающей термопары. Последняя представляет собой термопару в трубке, вставленной в стенку аппарата или трубопровода.

Через трубку вакуум-насосом просасывается с большой скоростью

нагретый газ. Трубка служит экраном, отгораживающий термопару от

тепловых излучений, а большая скорость газового потока увеличивает

теплоотдачу к спаю термопары.

Затронутые здесь вопросы иллюстрирует рисунок‚ на кото-

ром даны три варианта измерения температуры нагретого газа в точке

перед охлаждающим змеевиком. Рисунок показывает термопару без

приспособлений для уменьшения погрешности, обусловленной отдачей

тепла холодилькику излучением, термолару с экраном и отсасызающую

термопару.

2.17. (Элеонора Перелыгина)Термоэлектрические термометры.

2.18. (Полина Белякина)Термоэлектрические термометры и термометры сопротивления.

Термоэлектрические термометры (ТЭТ) – термопары широко применяются для измерения температур от минус 200 до плюс 2500 °С в различных областях техники и научных исследованиях. Однако в области низких температур ТЭТ получили меньшее распространение, чем термометры сопротивления.

Принцип действия ТЭТ основан на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в электроцепи, составленной из двух разнородных проводников или полупроводников (термоэлектродов), например А и В, при наличии разности температур между местами их соединения (спаями) возникает термоэлектродвижущая сила (термоЭДС), величина которой пропорциональна разности температур нагретого Т1 и свободного (холодного) Т2 концов спаев и зависит от материала термоэлектродов.

Термопар состоит из двух специально подобранных термоэлектродов (проволок), одни

концы которых спаяны или сварены (Т1), а другие (T2) подключаются к вторичному прибору ИП: Т = Т1 , Т0 = Т2 .

Достоинства: широкий диапазон измеряемых температур.

Недостатки: – необходимость использования трех-, четырех- проводной системы включения, так как если использовать меньшее количество, показатели термометра будут неточными.– необходимость точно подбирать тип герметизации датчика, чтоб при резком измерении температур герметизация корпуса ТС не была нарушена.

Принцип действия термопреобразователей сопротивления основан на использовании

зависимости электрического сопротивления проводников и полупроводников от температуры. Измерительный комплект состоит из термопреобразователя сопротивления, вторичного прибора, подсоединительных проводов, источника питания. Чаще всего применяют металлические термопреобразователи сопротивления, чувствительные элементы которых изготовляют из чистых металлов. Для них необходим вспомогательный ист.энергии.

2.19. (Иван Новиков)Измерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей (термопар).

2.20.(Полина Ульнырова) Измерение температуры с помощью манометрических термометров и термометров расширения.

Манометрические термометры

Термометр манометрический - прибор для измерения температуры, действие которого основано на зависимости давления рабочего вещества в замкнутом объеме от температуры. Манометрические термометры представляют собой герметичную систему, состоящую из баллона 1, соединённого капилляром 2 с манометром 3. Компенсация погрешности, возникающей из-за влияния температуры окружающей среды на показания манометра, осуществляется биметаллическим компенсатором 4.

Принцип измерения: Термобаллон погружается в измеряемую среду. При изменении температуры рабочего вещества в термобаллоне происходит изменение давления во всей замкнутой системе, которое через капиллярную трубку передается на манометр.

В зависимости от рабочего вещества различают газовые, жидкостные и конденсационные термометры.

Газовые и жидкостные с линейной шкалой, конденсационные - с нелинейной шкалой.

Газовые: принцип действия основан на зависимости давления газа от температуры при постоянном объеме. Термосистема заполнена газом (аргон, азот, гелий) под избыточным давлением. Диапазон температур: -150 … +600

Жидкостные: принцип действия основан на зависимости объема термометрической жидкости (ртуть, силиконовое масло, толуол) от ее температуры. Изменение объема жидкости преобразуется с помощью манометрической пружины в перемещение. Передают показания на ограниченное расстояние (до 60м) и создают большое усилие. Благодаря большой теплопроводности жидкости, такие термометры менее инерционны по сравнению с газовыми. Диапазон температур: -150 … +300

Конденсационные: принцип основан на зависимости давления насыщенного пара от температуры. Термобаллон частично заполнен низкокипящей жидкостью (фреон, пропан, хлористый метил, этиловый эфир, ксилол, ацетон), а остальное - ее парами. Обладают высокой чувствительностью. В замкнутой системе термометра всегда существует динамическое равновесие одновременно протекающих процессов испарения и конденсации. При повышении температуры усиливается испарение жидкости и увеличивается упругость пара, а в связи с этим усиливается также и процесс конденсации. В результате насыщенный пар достигает некоторого определенного давления, строго отвечающего температуре. Диапазон: -50 … +300

Термометры расширения

Основаны на различии линейного расширения твердых тел, из которых изготовлены чувствительные элементы.

а) стеклянные и жидкостные: действие основано на объемном расширении рабочей жидкости (ртуть, амальгама таллия, спирт) и материала оболочки (термометрическое стекло или кварц) при повышении температуры. Диапазон: -200 … 1200

б) дилатометрические:

в) биметаллические:

2.21.(Надежда Кириченко) Измерение температуры бесконтактным методом.

Способ основан на восприятии тепловой энергии, передаваемой лучеиспусканием и воспринимаемой на расстоянии от исследуемого обьекта. Верхний предел измерения Т таким способом теоритически не ограничен. Любая поверхность , Т которой выше абсолютного нуля, испускает тепловую энергию в виде электромагнитного излучения.

Пирометрия – измерение Т тел по их тепловому излучению. Методы измерения температур основаны на физ.законах излучения абсолютно чёрного тела. Под абс.чёрным телом понимают тело, поглащающее всю падающую на него лучистую энергию. Для измерения действительной Т реальных тел по их излучению необходимо точно измерить условную Т(яркостную,цветовую,радиационную), а затем к получненной Т ввести поправку, величина которой зависит от интегрального коэф-та черноты реального тела . Для большинства реальных тел эти коэф-ты известны.Закон Стефана-Больцмана: , В-интегральная энергитическая яркость. Энергитическая яркость реальных физ.тел меньше яркости абс.чёрного тела. Спектральная эн-ая яркость реального тела связана

С энергитической яркостью абс.чёрного тела соотношением: .

Положения пирометрии: 1)по мере снижения Т тепловое излучение уменьшается пропорционально четвёртой степени абсолютной температуры.2)при низких температурах максимум спектральной энергитической яркости смещается в область больших длин волн,(вьебать сюда график 5.75).3)коэф-т излучения нечерных тел зависит от температуры и длинны волны, а также от материала излучателя и стостояния структуры его поверхности.

Яркостные пирометры: принцип действия – стравнение яркости измеряемого излучен ия и контрольного излучателя, пример – накаленная нить вольфрама. Сравнить обе яркости можно изменением яркости контрольного излучателя, изменяя мощность нагревания нити в широких пределах.Если в результате выравнивания достигается равенствообеих яркостей, то верхняя часть нити накаливания исчезнет на фоне изображения источника измеряемого излучения. Благоприятная для чувств-ти глаза длинна волны 0,65 мкм в области видимой части спектра обеспечивается красным светофильтром. Мощность нагревания нити накаливанияна пути потока излучения явл-ся показателем яркостной Т измеряемого обьекта.Её считывают по температурной шкале измерительного прибора. Диапазон измерений: 400…5000 С. Погрешность составляет 1% от верхнего пределадиапазона измерения.

ПИРОМЕТРЫ СПЕКТРАЛЬНОГО ОТНОШЕНИЯ:действие основано на перераспределении энергитических яркостей внутри данного участка спектра при изменении Т.Они определяют яркость обьекта на двух различных длинах волн. Если соответствующие значения спектральных коэф-тов излучения достаточно близки между собой, то определение Т практически не зависит от абсолютной вечелины коэф-таизлучения,поскольку искомая температура определяется соотношением яркостей. Тело, коэф-т излучения которого не зависит от Т и длинны волны, называют серым.

Диапазон: 800…3000 С. Погрешность:1…2% от верх.предела.

Пирометры полного излучения: принцип действ.основан назависимости интегральной энергитической яркости тела в широком спектральном интервале от температуры. Принято считать пирометр радиационным если в нём используется не менее 90% всего излучения, поступающего от измеряемого обьекта.

Радиационный пирометр – бесконтактный измерительный первичный преобразователь, реагирующий на излучение нагретого тела преимущественного в ИК области спектра с длинами волн от 0,75 до 1000 мкм.Линзы нужны для фокусировки излучения на миниатюрную термобатарею, состоящую из нескольких последовательно соединённых термоэл.преобразователей. Диапазон от -50 до 3500 С.

2.22. (Лиза Кочеткова)Термометры излучения.

2.23. (Фёдор Кривошеин)Основные конструкции приборов для измерения давления. Защита манометров от воздействия агрессивных, горячих и загрязнённых сред.

2.24.(Алёна Иванкова) Измерение расхода газов и жидкостей. Расходомеры переменного и постоянного перепада давления.

Приборы, измеряющие расход вещества, называют расходомерами. Приборы, измеряющие количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода за некоторый промежуток времени, называют счетчиками количества.

Измерение расхода по перепаду давлений на сужающем устройств

При измерении расхода методом переменного перепада давления в трубопроводе, по которому протекает среда, устанавливают сужающее устройство (СУ), создающее местное сужение потока. Из-за перехода части потенциальной энергии потока в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается. В результате статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед СУ. Разность этих давлений тем больше, чем больше расход протекающей среды, и, следовательно, она может служить мерой расхода. Измерение расхода вещества методом переменного перепада давления возможно при соблюдении условий:

1)поток вещества заполняет все поперечное сечение трубопровода;

2)поток вещества в трубопроводе является практически установившимся;

3)фазовое состояние вещества, протекающего через СУ, не изменяется.

Измерение расхода с помощью напорных трубок

Из напорных трубок наибольшее распространение получили кратко рассмотренные ниже трубки Пито, Прандтля.

Трубка Пито — Г-образная трубка для измерения динамического напора текущих жидкости или газа. Трубка датчика вводится через стенку основного трубопровода и направляется своим отверстием непосредственно навстречу потоку жидкости или газа

Расходомеры постоянного перепада давления относят к средствам измерения, называемым расходомерами обтекания. Принцип их действия основан на зависимости перемещения тела, воспринимающего динамическое давление обтекающего его потока, от расхода вещества. Предназначены для измерения плавно меняющегося объемного расхода однородных потоков чистых и слабо загрязненных жидкостей и газов.

Ротаметр состоит из вертикальной конусной стеклянной трубки 1, внутри которой находится чувствительный элемент 2 — поплавок. Верхний его обод снабжен каналами с крутым наклоном. Под действием потока жидкости или газа поплавок вертикально перемещается и одновременно приходит во вращательное движение и центрируется в центре потока. По перемещению поплавка ротаметра вдоль его шкалы, нанесенной на конусной стеклянной трубке, судят об объемном расходе в единицу времени (л/ч, м3 /ч).

2.25.(Паша Гаврилюк) Измерение расхода газов и жидкостей. Электромагнитный, ультразвуковой, вихревой и кориолисов расходомеры.

Электромагнитный.

Ультразвуковой.

Вихревой.

Кориолисов.

2.26. (Олеся Шевякова)Измерение расхода газов и жидкостей на основе тепловых явлений.

2.27. (Дуня Плазонич)Объёмные счётчики газа и жидкости.

2.28.(Татьяна Модина) Измерение уровня жидкости. Гидростатические, ёмкостные, ультразвуковые уровнемеры.