Курс лекций для студентов специальности 1-25 01 09 «Товароведение и экспертиза товаров»

Реостатным преобразователем называется реостат, движок которого перемещается в соответствии со значением измеряемой неэлектрической величины.
Реостатные преобразователи применяют с механическими приборами (поплавковыми уровнемерами, расходомерами, дифференциальными манометрами) и обычно включают в потенциометрические, мостовые или генераторные схемы.
Тензорезистор – резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации.
С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов. Тензорезистор является основной составной частью тензодатчиков, применяющихся для косвенного измерения силы, давления, веса, механических напряжений, крутя-
щих моментов и пр. В основе работы тензорезисторов лежит свойство материалов изменять свое электрическое сопротивление под действием приложенной к ним силы.
В настоящее время имеют распространение проволочные, фольговые и полупроводниковые тензорезисторы. Полупроводниковые тензорезисторы, имеющие очень высокие коэффициенты тензочувствительности, используются при измерении малых деформаций, а также в качестве чувствительных элементов в различных преобразователях механических величин.
Индуктивный преобразователь – преобразователь механического перемещения в изменение индуктивности.
Принцип действия основан на изменении индуктивности обмотки электромагнитного дросселя в зависимости от перемещения одной из подвижных частей: якоря, сердечника и др. Простейшим индуктивным преобразователем является катушка с изменяющимся воздушным зазором. Его работа основана на изменении магнитного сопротивления магнитопровода путем изменения длины воздушного зазора. Достоинствами преобразователя являются простота и надежность, недостатками – малая чувствительность, зависимость индуктивного сопротивления от частоты тока.
Емкостные преобразователи – устройства, содержащие не менее двух поверхностей, между которыми действует электрическое поле (электростатические преобразователи). Основным элементом в этих преобразователях является конденсатор переменной емкости с двумя или несколькими электродами, изменяемой входным измерительным сигналом. К емкостным преобразователям близки по своим характеристикам полупроводниковые диоды, в которых используется зависимость так называемой барьерной емкости от обратного напряжения. Такие преобразователи применяются в качестве элементов с электрически управляемой емкостью и называются варикапами.
Емкостные преобразователи используются в качестве уровнемеров, толщиномеров, для измерения влажности материалов, в качестве динамометров – приборов для измерения давления сил, кручения вала, вибраций, ускорений, в научных исследованиях и т. д. Наблюдается также тенденция к применению емкостных преобразователей для всех измерений, проводимых в области сверхнизких температур.
Пьезоэлектрические преобразователи – это устройства, использующие пьезоэлектрический эффект в кристаллах, керамике или пленках и преобразующие механическую энергию в электрическую и наоборот.
Пьезоэффект был открыт в 1880 г. (французскими учеными, братьями Пьером и Полем Кюри) на кварце и наблюдается в анизотропных диэлектриках, преимущественно в кристаллах некоторых веществ, обладающих определенной, достаточно низкой симметрией. Пьезоэффектом могут обладать кристаллы, не имеющие центра симметрии, а имеющие так называемые полярные направления (оси), а также некоторые поликристаллические диэлектрики с упорядоченной структурой (керамические материалы и полимеры). Диэлектрики, обладающие пьезоэффектом, называют пьезоэлектриками.
Исходя из физического принципа действия все пьезоэлекрические преобразователи делятся на три группы:
1. Преобразователи, использующие прямой пьезоэффект и применяемые в приборах для измерения параметров механических процессов: силы, акустического и быстропеременного давления, линейных и угловых ускорений, а также вибрации, ударов.
2. Преобразователи, использующие обратный пьезоэффект и применяемые в качестве излучателей ультразвука в гидроакустике и дефектоскопии, преобразователей напряжения в перемещение (пьезодвигатели и пьезореле), для юстировки зеркал оптических приборов и исполнительных элементов систем автоматики.
3. Преобразователи параметрического типа, использующие одновременно прямой и обратный пьезоэффекты, – пьезоэлектрические ре-
зонаторы, наиболее эффективно излучающие и принимающие энергию на фиксированной резонансной частоте. Пьезорезонаторы применяются в полосовых фильтрах, линиях задержки, преобразователях перемещения или присоединенной массы в частоту для датчиков уровня, плотности и др.
Достоинствами пьезоэлектрических преобразователей являются высокая линейность характеристик, широкие динамические и частотные диапазоны, простота конструкции и высокая надежность при эксплуатации.
Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) – устройства, преобразующие оптическое изображение в электрический сигнал.
Классификация фотоэлектрических преобразователей приведена на рисунке 11.7.




Рисунок 11.7 – Классификация ФЭП
В ФЭП с внешним фотоэффектом получение электронного изображения получается за счет различной яркости света, отражаемого от поверхности изображения, что используется в факсах, сканерах, ксероксах.
В ФЭП с внутренним фотоэффектом происходит изменение электрической проводимости некоторых материалов под действием светового потока.
В ФЭП мгновенного действия при преобразовании оптического изображения в электрический сигнал используется световая энергия, воздействующая на элемент изображения только в течение интервала времени считывания информации с элемента изображения (факсы, сканеры).
В ФЭП с накоплением заряда при преобразовании оптического изображения в электрический сигнал световая энергия, облучающая элементы изображения в течение кадра, накапливается на элементах в виде электрических зарядов и считывается с них во время воздействия на элемент изображения электронного развертывающего луча (большинство передающих телевизионных трубок – трубки с накоплением заряда).
Ионизационными называются преобразователи, преобразующие интенсивность радиоактивного излучения в электрическую величину.
Наибольшее применение нашли ионизационные камеры, газоразрядные счетчики, сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы. Измерительные приборы с ионизационными преобразователями могут использовать в своей работе либо меченые атомы, либо источники ядерного излучения. Приборы с мечеными атомами служат для изучения поведения веществ и тел в различных физических, химических и физиологических процессах. Их применение основано на том, что радиоактивные изотопы элементов идентичны стабильным изотопам. Радиоактивные изотопы добавляются к стабильным и участвуют в процессе наряду со стабильными. Местонахождение и количество радиоактивных изотопов определяются с помощью ионизационных преобразователей.
Приборы с источниками излучения служат для измерения неэлектрических величин, таких как толщина материала, уровень жидкости, расход жидкости и пр. В этих приборах используется зависимость интенсивности излучения от измеряемой величины.
Благодаря большой проникающей способности излучения приборы могут применяться в тех случаях, когда объект измерения находится в тяжелых эксплуатационных условиях (высокие температуры и давление, агрессивная среда и т. п.). Отрицательной особенностью приборов является токсичность излучения. Однако разработка и использование высокочувствительных детекторов (сцинтилляционных и полупроводниковых) и снижение интенсивности рабочего излучения делают ионизационные приборы практически безопасными.