Классификация измерительных преобразователей виды принципы работы применение (8 видео)

Измерительные преобразователи – это электронные устройства, предназначенные для преобразования физической величины в соответствующий электрический сигнал. Они играют важную роль в различных областях науки и техники, обеспечивая точное и надежное измерение различных параметров.

В зависимости от принципа работы, измерительные преобразователи можно разделить на несколько видов. Аналоговые преобразователи используются для преобразования аналогового сигнала (например, напряжения или тока) в другой аналоговый сигнал с измененной амплитудой, частотой или фазой. Цифровые преобразователи работают с цифровыми сигналами и преобразуют их в другие цифровые сигналы с помощью различных алгоритмов и методов обработки данных.

Применение измерительных преобразователей находит в широком спектре отраслей, включая промышленность, электроэнергетику, транспорт, медицину и научные исследования. Они применяются для измерения таких параметров, как давление, температура, влажность, уровень жидкости, скорость, ускорение и другие физические величины, что позволяет контролировать процессы, обеспечивать безопасность и повышать эффективность систем и оборудования.

Содержание

Механические преобразователи
Пружинные измерительные преобразователи
Мембранные измерительные преобразователи
Электрические преобразователи
Деформационные измерительные преобразователи
Пьезоэлектрические измерительные преобразователи
Термические преобразователи
Термопары
Терморезисторы
Оптические преобразователи
Фотодиоды
Оптические волокна
Электромагнитные преобразователи
Электромагнитные датчики
Электромагнитные потенциометры
📽️ Видео

Видео:Как работает термопара? | Термопары в соответствии с МЭК 60584-1 и ASTM E230Скачать

Механические преобразователи

Одним из наиболее распространенных механических преобразователей является рычажный механизм. Он использует принципы механики, чтобы увеличить силу или перемещение. Рычаги часто используются в весах, строительных машинах и других устройствах, где необходимо осуществлять измерения силы или перемещения.

Еще одним примером механического преобразователя является датчик давления. Он состоит из механизма передачи силы от давления жидкости или газа к механическому элементу, который может быть измерен. Датчики давления широко применяются в автомобильной промышленности, медицинских устройствах и других областях, где необходимо измерять давление.

Механические преобразователи также используются для преобразования энергии, например, ветровое колесо или водяная турбина преобразуют кинетическую энергию движения вращающегося элемента в механическую работу. Эти преобразователи энергии широко применяются для генерации электроэнергии из возобновляемых источников.

Механические преобразователи играют важную роль в различных областях науки и промышленности. Они обеспечивают точные и надежные измерения физических величин, что позволяет эффективно управлять и контролировать различные процессы и системы.

Пружинные измерительные преобразователи

Одним из примеров пружинных измерительных преобразователей является деформационный манометр. В этом устройстве пружина деформируется под воздействием давления и передает эту деформацию на механизм указателя или электрический сигнал, который отображает значение измеряемого давления.

Пружинные измерительные преобразователи имеют ряд преимуществ, включая широкий диапазон измеряемых значений, высокую точность и надежность, а также простоту конструкции и использования. Они широко применяются в различных отраслях, таких как машиностроение, авиация, химическая промышленность и другие.

Однако, пружинные измерительные преобразователи имеют и некоторые ограничения. Например, они могут быть чувствительны к вибрации и ударным нагрузкам, что может оказывать влияние на точность измерений. Кроме того, они требуют периодической калибровки и обслуживания для поддержания своей работоспособности.

Тем не менее, пружинные измерительные преобразователи являются важным инструментом для измерения сил и давления и находят широкое применение в различных областях науки, техники и производства.

Мембранные измерительные преобразователи

Основная особенность мембранных измерительных преобразователей заключается в использовании мембраны, которая является основным элементом преобразователя и позволяет осуществлять измерения.

Мембрана может быть выполнена из различных материалов, таких как металлы, полимеры или композитные материалы. Выбор материала мембраны зависит от измеряемого параметра и условий эксплуатации.

Мембранные измерительные преобразователи применяются в различных областях, включая промышленность, науку и медицину.

Основные преимущества мембранных измерительных преобразователей включают высокую точность измерений, широкий диапазон рабочих температур и давлений, а также устойчивость к воздействию влаги и агрессивных сред.

Примеры применения мембранных измерительных преобразователей включают измерение давления в системе водоснабжения, контроль уровня жидкости в резервуаре, измерение температуры в промышленных процессах и многое другое.

Видео:Преобразователи давления (Часть 1)Скачать

Электрические преобразователи

Они основаны на использовании электрических эффектов и принципов для преобразования различных физических величин в электрический сигнал.

Некоторые из электрических преобразователей включают в себя:

Деформационные датчики: они используются для измерения сил и деформаций и могут быть применены в таких областях, как автомобильная и аэрокосмическая промышленность.
Термоэлектрические преобразователи: они измеряют тепловые воздействия и могут быть использованы для контроля температуры в различных сферах деятельности.
Потенциометры: они позволяют измерять линейные перемещения и являются основой для создания датчиков положения.
Пьезоэлектрические преобразователи: они применяются для измерения давления, ускорения и других динамических параметров.
Магнитные преобразователи: они используются для измерения магнитных полей и могут быть эффективно применены в области геодезии и электротехники.

Каждый из этих типов преобразователей имеет свои преимущества и области применения, их выбор зависит от конкретных задач и требований системы измерений.

Деформационные измерительные преобразователи

Деформационные измерительные преобразователи представляют собой один из наиболее распространенных типов преобразователей, используемых для измерения деформации объектов. Они позволяют преобразовать механическую деформацию в электрический сигнал, который пригоден для дальнейшей обработки и анализа.

Принцип работы деформационных измерительных преобразователей основан на использовании эффекта Пьезоэлектрического принципа, который заключается в возникновении электрического заряда в результате воздействия механической деформации на материал, обладающий пьезоэлектрическими свойствами. Для измерения деформации применяются различные сенсоры, такие как резисторные или емкостные датчики.

Деформационные измерительные преобразователи широко применяются в различных областях, включая автомобильную промышленность, авиацию, строительство и медицину. Они используются для измерения напряжений, сил, давлений и других параметров, связанных с деформацией элементов конструкции. Благодаря своей точности, надежности и компактности, деформационные измерительные преобразователи являются одними из наиболее востребованных приборов в области измерений и контроля.

Пьезоэлектрические измерительные преобразователи

Принцип работы пьезоэлектрических измерительных преобразователей основан на явлении пьезоэлектричества, которое заключается в возникновении электрического заряда на поверхности некоторых кристаллических материалов при механическом деформировании. Такие материалы называются пьезоэлектриками.

Пьезоэлектрический измерительный преобразователь состоит из пьезоэлектрического элемента, который может быть кристаллом или керамическим пьезоматериалом, и электродов, которые накладываются на поверхность пьезоэлемента. При деформации пьезоэлемента под действием измеряемой физической величины, например, давления, происходит изменение его формы и объема, что вызывает изменение распределения электрического потенциала и, следовательно, генерацию электрического сигнала.

Пьезоэлектрические измерительные преобразователи обладают рядом преимуществ, таких как высокая чувствительность, быстрый отклик, широкий диапазон рабочих частот, высокая точность и надежность. Они широко применяются в различных областях, таких как метрология, авиация, медицина, научные исследования, автоматизация процессов и др.

Однако, пьезоэлектрические измерительные преобразователи имеют и некоторые ограничения, такие как зависимость их характеристик от температуры, эффекты гистерезиса и криогенные эффекты. Поэтому при выборе и использовании пьезоэлектрических измерительных преобразователей необходимо учитывать данные ограничения и проводить соответствующие корректировки и компенсации.

Видео:Принципы измерения давления: абсолютного, избыточного, дифференциального и гидростатического.Скачать

Термические преобразователи

Основными принципами работы термических преобразователей являются изменение сопротивления или электродвижущей силы (ЭДС) в зависимости от температуры. Самыми распространенными типами термических преобразователей являются термопары и терморезисторы.

Термопара представляет собой пару проводов из разных металлов, соединенных в одной точке. При нагреве точки соединения металлов термопары, между концами проводов возникает разность температур, что приводит к возникновению разности потенциалов (электродвижущей силы) между концами термопары. Это позволяет измерять температуру.

Терморезисторы используют изменение сопротивления материала в зависимости от температуры. Наиболее часто применяемым материалом является платина. Изменение сопротивления позволяет определить температуру по формуле, заданной производителем терморезистора.

Термические преобразователи широко применяются в различных областях, среди которых энергетика, автомобильная промышленность, пищевая промышленность и т.д. Они используются для контроля и измерения температуры в различных процессах и системах.

Термопары

Основной принцип работы термопар заключается в том, что при наличии разности температур между точкой измерения и точкой присоединения проводников, возникает термоэлектрический эффект – генерация электрического напряжения. Величина этого напряжения прямо пропорциональна разности температур.

Применение термопар широко распространено в различных отраслях промышленности и науке, где необходимо измерение высоких температур или при работе в агрессивных средах. Они используются для измерения температуры в печах, камерах сгорания, плавильных печах, стекловаренных производствах, а также в химической и нефтегазовой промышленности.

Термопары характеризуются своими температурными диапазонами, точностью измерений, химической стойкостью и прочностью. Для конкретных условий работы выбираются соответствующие типы термопар и материалы проводников. Наиболее распространенными типами термопар являются термопара типа К, J, T и N.

Термопары обладают рядом преимуществ, таких как простота эксплуатации, высокая точность измерений, возможность работы в широком диапазоне температур и возможность установки на удалении от измеряемого объекта. Однако они также имеют некоторые ограничения, такие как ограниченная точность измерения низких температур и влияние температуры окружающей среды на результаты измерений.

Терморезисторы

Принцип работы терморезисторов основан на изменении сопротивления полупроводникового материала в ответ на изменение температуры. Сопротивление терморезистора обратно пропорционально его температуре: с повышением температуры сопротивление уменьшается, а с понижением – увеличивается. Этот эффект обусловлен изменением подвижности носителей заряда при изменении температуры.

Терморезисторы используются в широком спектре приложений. Они широко применяются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, в промышленности, в автомобильной индустрии и в других областях, где требуется точное измерение и контроль температуры.

Один из основных преимуществ терморезисторов – их низкая стоимость и относительно простая конструкция. Они также обладают хорошей стабильностью и могут быть легко калиброваны и заменены при необходимости. Однако у них есть и некоторые ограничения. Например, предельная рабочая температура ограничена, и их использование в высокотемпературных условиях может быть ограничено. Кроме того, точность измерения может снижаться при повышении температуры.

Видео:Принцип действия электромагнитных расходомеров RosemountСкачать

Оптические преобразователи

Оптические преобразователи работают по следующему принципу: исходный сигнал преобразуется в оптический сигнал, который затем передается через оптический канал и преобразуется обратно в исходный сигнал. Этот процесс основан на использовании света как носителя информации.

Оптические преобразователи широко используются в различных областях, таких как телекоммуникации, медицина, научные исследования и промышленность. Они обладают рядом преимуществ, таких как высокая точность и надежность, широкий диапазон измеряемых величин, минимальное влияние окружающей среды на измерения.

Одним из наиболее распространенных примеров оптических преобразователей являются оптические волокна. Они состоят из тонкой стеклянной или пластиковой нити, которая может передавать оптический сигнал на большие расстояния без потерь. Оптические волокна используются в сетях связи для передачи данных и сигналов.

Кроме того, оптические преобразователи включают в себя такие устройства, как оптические датчики, оптические источники света, фотодиоды и фотоприемники. Они могут быть использованы для измерения различных величин, таких как температура, давление, уровень жидкости и другие.

Преимущества оптических преобразователей
Высокая точность и надежность измерений
Широкий диапазон измеряемых величин
Минимальное влияние окружающей среды на измерения

Фотодиоды

Принцип работы фотодиода основан на фотоэлектрическом эффекте. Когда фотон света попадает на полупроводниковый материал фотодиода, он возбуждает электроны, перенося их в проводящую зону и создавая электрический ток. Измерение этого тока позволяет определить интенсивность света, попавшего на фотодиод.

Фотодиоды обладают высокой чувствительностью к свету и широким диапазоном спектральной чувствительности. Они могут работать как в видимом, так и в инфракрасном спектре. Для различных приложений доступны фотодиоды с различными размерами активной области и чувствительности к определенным длинам волн.

Фотодиоды широко применяются в оптоэлектронике, медицинской технике, безопасности и других областях. Они используются в фотоэлементах, фотодатчиках, оптических сенсорах, системах ночного видения, солнечных батареях и других устройствах, где требуется измерение светового сигнала и преобразование его в электрический сигнал.

Оптические волокна

Сердцевина оптического волокна изготавливается из очень чистого стекла или пластика. Ее главная функция — направление света по волокну и предотвращение рассеивания сигнала.

Оболочка прикреплена к сердцевине и защищает ее от внешних воздействий. Изготавливается из материала с меньшим показателем преломления, чем у сердцевины, чтобы поддерживать световой сигнал внутри волокна.

Оптические волокна могут быть одномодовыми или многомодовыми. Одномодовые волокна позволяют передавать только один луч света, что делает их идеальными для длинных дистанций и высокоскоростной передачи данных. Многомодовые волокна, наоборот, позволяют передавать несколько лучей света, что позволяет использовать их для более коротких расстояний и массовых коммуникаций.

Оптические волокна широко применяются в современных телекоммуникационных системах, интернете, медицинской технике, промышленности и других отраслях. Они обеспечивают высокую скорость передачи данных, большую пропускную способность и имеют меньшую потерю сигнала по сравнению с традиционными медными проводами.

Кроме того, оптические волокна обладают высокой устойчивостью к электромагнитным помехам, коррозии и воздействию кислот, щелочей или других химических веществ. Они также могут передавать световые сигналы на большие расстояния без существенных потерь качества сигнала.

Видео:Средства измерений, их классификацияСкачать

Электромагнитные преобразователи

Основной принцип работы электромагнитных преобразователей основан на использовании эффекта изменения электромагнитного поля при воздействии на него физической величины. Это изменение поля обуславливает изменение напряжения или тока в измерительной цепи, что и позволяет определить значение измеряемой величины.

Электромагнитные преобразователи бывают разных видов, каждый из которых используется для измерения определенной физической величины. Некоторые из наиболее распространенных видов включают:

Вид электромагнитного преобразователя	Принцип работы	Применение
Датчики тока	Измерение электрического тока с помощью эффекта электромагнитной индукции	Используются в электроэнергетике, электротехнике и других отраслях, где требуется измерение тока
Датчики напряжения	Измерение электрического напряжения путем изменения электромагнитного поля	Применяются в электротехнике и других областях, где требуется измерение напряжения
Датчики расстояния	Измерение расстояния с помощью изменения электромагнитного поля при удалении или приближении объекта	Часто используются в автоматизации, робототехнике и других областях, где требуется измерение расстояния

Электромагнитные преобразователи обладают высокой точностью измерений и качеством работы. Они могут быть использованы для измерения различных физических величин, а их разнообразные применения делают их неотъемлемой частью многих технических систем.

Электромагнитные датчики

Принцип работы электромагнитных датчиков основан на изменении параметров электромагнитного поля при изменении измеряемого значения. Когда воздействие на датчик приводит к изменению этих параметров, датчик реагирует и создает соответствующий сигнал.

Электромагнитные датчики применяются во многих отраслях, включая промышленность, автомобильное производство, медицину и другие. Они широко используются для контроля и измерения различных физических величин.

Преимущества использования электромагнитных датчиков включают:

Высокая точность измерений;
Большой диапазон измеряемых значений;
Высокая надежность и долговечность;
Возможность работы в сложных условиях окружающей среды;
Простота монтажа и настройки.

В зависимости от конкретной задачи могут применяться различные типы электромагнитных датчиков, такие как датчики давления, датчики температуры, датчики уровня и другие. Каждый из них имеет свои особенности и принцип работы.

Таким образом, электромагнитные датчики являются важным инструментом для контроля и измерения различных параметров. Их преимущества и разнообразие позволяют эффективно применять их в различных сферах и задачах.

Электромагнитные потенциометры

Принцип работы электромагнитных потенциометров основан на использовании магнитного поля. Внутри преобразователя находится перемещающийся элемент, который связан с подвижной системой и изменяет магнитное поле. При перемещении элемента меняется магнитная индукция, что приводит к изменению электрического сопротивления.

Основные виды электромагнитных потенциометров:

Линейные электромагнитные потенциометры. Используются для измерения линейного перемещения. Могут быть реализованы в виде ползунка или плунжера.
Поворотные электромагнитные потенциометры. Применяются для измерения угла поворота. Могут иметь различные формы корпуса, например, дисковую или валовую.

Применение электромагнитных потенциометров разнообразно:

В производстве электроники и радиоэлектроники используются для измерения и контроля положения элементов и деталей в различных устройствах.
В автомобильной промышленности электромагнитные потенциометры применяются для измерения положения педалей газа и тормоза, а также других управляющих элементов.
В медицинском оборудовании эти преобразователи находят применение для измерения силы сжатия, давления и других параметров.
В индустрии и производственных процессах электромагнитные потенциометры используются для измерения перемещения, угла поворота и угла наклона различных механизмов и машин.