Mesures électriques de grandeurs non électriques
La mesure de diverses grandeurs non électriques (déplacements, forces, températures, etc.) par des méthodes électriques est effectuée à l'aide d'appareils et d'instruments qui convertissent des grandeurs non électriques en grandeurs électriquement dépendantes, qui sont mesurées par des instruments de mesure électriques avec balances calibrées en unités de grandeurs non électriques mesurées.
Des convertisseurs de grandeurs non électriques en électriques ou des capteurs divisés en paramétriques basés sur le changement de tout paramètre électrique ou magnétique (résistance, inductance, capacité, perméabilité magnétique, etc.) sous l'influence de la grandeur mesurée, et un générateur dans lequel le la quantité non électrique mesurée est transformée en e. etc. (induction, thermoélectrique, photoélectrique, piézoélectrique et autres). Les convertisseurs paramétriques nécessitent une source d'alimentation électrique externe et les groupes électrogènes eux-mêmes sont des sources d'alimentation.
Le même transducteur peut être utilisé pour mesurer différentes grandeurs non électriques, à l'inverse, la mesure de n'importe quelles grandeurs non électriques peut être effectuée à l'aide de différents types de transducteurs.
En plus des convertisseurs et des appareils de mesure électriques, les installations de mesure de grandeurs non électriques ont des connexions intermédiaires - stabilisateurs, redresseurs, amplificateurs, ponts de mesure, etc.
Pour mesurer les déplacements linéaires, utilisez des transducteurs inductifs - des dispositifs électromagnétiques dans lesquels les paramètres du circuit électrique et magnétique changent lors du déplacement du circuit magnétique ferromagnétique ou de l'armature connectée à la partie mobile.
Pour convertir des déplacements importants en une valeur électrique, un transducteur avec un conducteur magique ferromagnétique mobile en translation est utilisé (Fig. 1, a). Étant donné que la position du circuit magnétique détermine l'inductance du convertisseur (Fig. 1, b) et, par conséquent, son impédance, alors avec une tension stabilisée de la source d'énergie électrique avec une tension alternative de fréquence constante alimentant le circuit d'un convertisseur, en fonction du courant qu'il est possible de faire, le mouvement de la pièce reliée mécaniquement au circuit magnétique est estimé... L'échelle de l'instrument est graduée dans les unités de mesure appropriées, par exemple en millimètres (mm).
Riz. 1. Convertisseur inductif à circuit magnétique ferromagnétique mobile: a - schéma de l'appareil, b - graphique de la dépendance de l'inductance du convertisseur à la position de son circuit magnétique.
Pour convertir de petits déplacements en une valeur pratique pour la mesure électrique, des transducteurs à entrefer variable sont utilisés sous la forme d'un fer à cheval avec une bobine et une armature (Fig. 2, a), qui est fermement connectée à la partie mobile. Chaque mouvement de l'armature entraîne une modification du courant / dans la bobine (Fig.2, b), ce qui permet de calibrer l'échelle de l'appareil de mesure électrique en unités de mesure, par exemple en micromètres (μm), à une tension alternative constante avec une fréquence stable.
Riz. 2. Convertisseur inductif à entrefer variable: a - schéma de l'appareil, b - graphique de la dépendance du courant de la bobine du convertisseur à l'entrefer dans le système magnétique.
Convertisseurs inductifs différentiels avec deux systèmes magnétiques identiques et une armature commune, situés symétriquement aux deux circuits magnétiques avec un entrefer de même longueur (Fig. 3), dans lesquels le mouvement linéaire de l'armature à partir de sa position médiane modifie les deux entrefers également, mais avec divers signes qui bouleversent l'équilibre du pont AC à quatre bobines pré-équilibré. Cela permet d'estimer le mouvement de l'induit en fonction du courant de la diagonale de mesure du pont, s'il est alimenté à une tension alternative stabilisée de fréquence constante.
Riz. 3. Schéma du dispositif du convertisseur inductif différentiel.
Utiliser pour mesurer les forces mécaniques, les contraintes et les déformations élastiques se produisant dans les pièces et les assemblages de diverses structures fil - transducteurs de tension, qui, étant déformés, avec les pièces à l'étude, changent leur résistance électrique.Typiquement, la résistance d'une jauge de contrainte est de plusieurs centaines d'ohms, et la variation relative de sa résistance est d'un dixième de pour cent et dépend de la déformation, qui dans les limites élastiques est directement proportionnelle aux forces appliquées et aux contraintes mécaniques qui en résultent.
Les jauges de contrainte sont fabriquées sous la forme d'un fil en zigzag à haute résistance (constantan, nichrome, manganin) d'un diamètre de 0,02-0,04 mm ou d'une feuille de cuivre spécialement traitée d'une épaisseur de 0,1-0,15 mm, qui sont scellées avec vernis bakélite entre deux fines couches de papier et soumis à un traitement thermique (Fig. 4, a).
Riz. 4. Tenomètre : a - schéma de l'appareil : 1 - partie déformable, 2 - papier fin, 3 - fil, 4 - colle, 5 - bornes, b - circuit de connexion d'un pont de résistance déséquilibré au bras.
La jauge de contrainte fabriquée est collée sur une pièce déformable bien nettoyée avec une très fine couche de colle isolante de sorte que la direction de la déformation attendue de la pièce coïncide avec la direction des grands côtés des boucles de fil. Lorsque le corps est déformé, la jauge de contrainte collée perçoit la même déformation, ce qui modifie sa résistance électrique en raison d'une modification des dimensions du fil de détection, ainsi que la structure de son matériau, qui affecte la résistance spécifique du fil.
Étant donné que la variation relative de la résistance de la jauge de contrainte est directement proportionnelle à la déformation linéaire du corps étudié et, par conséquent, aux contraintes mécaniques des forces élastiques internes, alors, en utilisant les lectures du galvanomètre sur la diagonale de mesure de le pont de résistances prééquilibré, dont l'un des bras est la jauge de contrainte, permet d'estimer la valeur des grandeurs mécaniques mesurées (Fig. 4, b).
L'utilisation d'un pont déséquilibré de résistances nécessite une stabilisation de la tension de la source d'alimentation ou l'utilisation d'un rapport magnétoélectrique comme appareil de mesure électrique, sur les lectures desquelles une tension change à ± 20% de la tension nominale indiquée sur l'échelle de l'appareil n'a pas d'effet significatif.
Utilisez des transducteurs thermosensibles et thermoélectriques pour mesurer la température de divers milieux... Les transducteurs thermosensibles comprennent des thermistances métalliques et semi-conductrices, dont la résistance dépend largement de la température (Fig. 5, a).
Les plus répandues sont les thermistances en platine pour mesurer les températures dans la plage de -260 à +1100 ° C et les thermistances en cuivre pour la plage de température de -200 à +200 ° C, ainsi que les thermistances à semi-conducteurs à coefficient de résistance électrique négatif - thermistances , caractérisé par une sensibilité élevée et une petite taille par rapport aux thermistances métalliques, pour mesurer des températures de -60 à +120 ° C.
Pour protéger les transducteurs sensibles à la température contre les dommages, ils sont placés dans un tube en acier à paroi mince avec un fond scellé et un dispositif de connexion des fils aux fils d'un pont de résistance déséquilibré (Fig. 5, b), ce qui permet pour estimer la température mesurée le long du courant de la diagonale de mesure L'échelle du rapport magnétoélectrique utilisée comme mètre est graduée en degrés Celsius (°C).
Riz. 5. Thermistances: a - graphiques de la dépendance du changement de la résistance relative des métaux à la température, b - un circuit pour connecter les thermistances au bras d'un pont de résistances déséquilibré.
Transducteurs de température thermoélectriques - thermocouples, génération de petits e., etc. c sous l'influence du chauffage du composé de deux métaux différents, ils sont placés dans une coque protectrice en plastique, en métal ou en porcelaine dans la zone des températures mesurées (Fig. 6, a, b).
Riz. 6. Thermocouples : a — graphiques de la dépendance de d, etc. p.pour la température des thermocouples : TEP-platine-rhodium-platine, TXA-chromel-alumel, THK-chromel-copel, b-schéma de montage pour la mesure de température à l'aide d'un thermocouple.
Les extrémités libres du thermocouple sont reliées par des fils homogènes à un millivoltmètre magnétoélectrique dont l'échelle est graduée en degrés Celsius. Les thermocouples les plus utilisés sont : platine-rhodium — platine pour mesurer des températures jusqu'à 1300°C et pendant une courte durée jusqu'à 1600°C, chromel-alumel pour des températures correspondant aux régimes indiqués — 1000°C et 1300°C et chromel-bastard, conçu pour la mesure à long terme de températures jusqu'à 600 ° C et à court terme - jusqu'à 800 ° C.
Méthodes électriques pour mesurer diverses grandeurs non électriques.Ils sont largement utilisés dans la pratique, car ils offrent une grande précision de mesure, diffèrent dans une large gamme de valeurs mesurées, permettent des mesures et leur enregistrement à une distance considérable de l'emplacement de l'objet contrôlé, et donnent également la possibilité d'effectuer des mesures dans des endroits difficiles d'accès.