Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №3 - Журнал «Домашняя лаборатория»
При конструировании высокочастотных индуктивных преобразователей особое внимание надо уделять их экранировке. Соединять датчик с электронным блоком обработки сигнала нужно высокочастотным коаксиальным кабелем, согласованным по волновому сопротивлению.
Для питания индуктивных высокочастотных преобразователей используют генераторы, стабилизированные по частоте и амплитуде выходного сигнала. Довольно часто применяют измерительные устройства на биениях частот. За измеряемый параметр, особенно при создании высокочастотных концентратомеров, обычно принимают сдвиг фазы между первичным и вторичным сигналами. Сдвиг фазы тем больше, чем выше электропроводность исследуемого материала.
Индукционные преобразователи воздействие внешнего фактора преобразуют в ЭДС индукции. Их используют для измерения вибрации, ускорения, частоты вращения и других параметров, которые удобно связывать с изменением магнитного потока во времени. ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока и числу витков провода катушки, пересекаемой им.
Различают два вида преобразователей. В одних ЭДС возникает вследствие возвратно — поступательного или вращательного движения катушки с проводом относительно постоянного магнита или электромагнита (или наоборот); в других она возникает из-за изменения зазора в магнитопроводе. Чувствительность индукционных преобразователей весьма высока. Линейность преобразования определяется инерционностью подвижных элементов: чем ниже инерционность, тем выше линейность.
Термоэлектрические преобразователи представляют собой устройства в виде одного или нескольких спаев проводников, образующих термопары, выходная ЭДС которых пропорциональна разности значений температуры в точках расположения «холодного» и «горячего» спаев.
Материалы, образующие термопары, должны, быть механически и химически устойчивыми при высокой температуре, иметь однозначную зависимость термо-ЭДС от температуры, иметь хорошую тепло- и электропроводность. Тепловая инерционность термопар в защитной оболочке колеблется в зависимости от конструкции и материала от 0,5 до 10 мин. Диаметр проводов для изготовления термопар выбирают в пределах от 0,1 до 0,5 мм. Наиболее распространены термопары металлов: медь — константан (4,15 мВ/100 °C), хромель — копель (6,95 мВ/100 °C), платина — платинородий (0,64 мВ/100 °C). Термопары — один из наиболее распространенных видов преобразователей, используемых для измерения температуры, мощности излучения ВЧ и СВЧ, скорости потока жидкости и газа и др.
В практике применяют также пьезоэлектрические, магнитострикционные электрохимические, фотоэлектрические, ферромагнитные, магнитные и другие преобразователи, но они имеют меньшее распространение, чем рассмотренные выше.
Подробно о большинстве существующих преобразователей можно узнать из книг:
1. Логинов В. Н. Электрические измерения механических величин. — М.: Энергия, 1976.
2. Смирнов А. Д. Радиолюбители — народному хозяйству. — М.: Энергия, 1978.
3. Трейер В. В. Электрохимические приборы. —М.: Советское радио, 1978.
4. Электрические измерения неэлектрических величин/Под ред. П. В. Новицкого. — Л.: Энергия, 1975.
Приложение 2
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕДНЫХ ПРОВОЛОЧНЫХ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ
Из всех видов измерений неэлектрических параметров электрическими методами наибольшее распространение получили температурные измерения. Трудно найти область человеческой жизнедеятельности, где можно было бы обойтись без измерения температуры (измерение температуры различных объектов дистанционно, автоматическое регулирование температуры в сушильных шкафах, холодильниках, парниках, определение по показаниям дистанционных термометров скорости потока, расхода жидкости и т. д.).
Из всех видов температурных преобразователей наиболее доступны для изготовления в кустарных любительских условиях медные проволочные терморезисторы (или, как их называли ранее, медные проволочные электрические термометры сопротивления — МПЭТС). Большинство регуляторов и измерителей температуры имеют в основе конструкцию термодатчиков. Их широкое использование связано с широкими пределами измеряемой температуры (от — 50 до + 180 °C), линейной зависимостью сопротивления от температуры и высокой стабильностью характеристик во времени. Последнее обусловливает их взаимозаменяемость. Кроме прочего, для их изготовления не требуется дефицитных материалов.
Сопротивление RT медного терморезистора при некоторой температуре T можно найти из выражения: RT = R0(1 — аТ), где R0 — сопротивление терморезистора при нулевой температуре; а — постоянный температурный коэффициент, равный 0,00427 1/°С.
В большинстве практических случаев удобно пользоваться термодатчиками с коэффициентом преобразования, равным 1 или 10 Ом/°С. Значения сопротивления таких медных проволочных терморезисторов при нулевой температуре равны 234,2 и 2342 Ом соответственно.
Наиболее распространенная конструкция самодельного терморезистора изображена на рис. 43. Терморезистор состоит из каркаса 2 с щеками, на котором намотано 1480 витков медного изолированного провода диаметром 0,05 мм. Обмотка бифилярная, ее концы припаяны к выводам 5 из монтажного провода, один из которых пропущен сквозь отверстие в каркасе. Выводы обвязаны бандажом из капроновой нити. Обмотка 3 защищена капроновой лентой 4. Вся конструкция покрыта оболочкой 1 из эпоксидной смолы.
Недостаток этой конструкции — большая трудоемкость изготовления и значительный разброс по сопротивлению. Последнее обстоятельство требует индивидуальной подгонки терморезисторов по номиналу в термостате при нулевой температуре. Изготовление таких термометров было доступно только высококвалифицированному персоналу. В целом же готовый терморезистор удобен в эксплуатации и надежен в работе в трудных климатических условиях.
Автором книги была разработана упрощенная технология изготовления терморезисторов. Основное ее отличие от старой — использование бескаркасной намотки увеличенного (до 30 мм) диаметра. Это дало возможность уменьшить число витков, ускорить намотку, резко уменьшить разброс сопротивления и исключить индивидуальную подгонку резисторов в термостате. Для их изготовления по новой технологии был разработан ручной намоточный станок. Он состоит из плиты-основания, на которой установлены четыре стоики для крепления двух катушек с проводом. Каждая катушка фиксирована на втулках, закрепленных на оси таким образом, чтобы обеспечить отсутствие радиального биения катушки. Самопроизвольному раскручиванию катушек в ходе намотки препятствуют фетровые шайбы, вложенные по бокам катушек. Оси закреплены в шарикоподшипниках. Провод с обеих катушек пропущен через направляющую шайбу из фторопласта, подвешенную на пружинах. Затем оба провода проходят через устройство, обеспечивающее регулируемое натяжение и представляющее собой две планки из фторопласта, сжатые пружиной. Усилие пружины регулируют гайкой. Далее провода пропущены между двумя направляющими роликами и поступают на оправку. Поверхность конусной оправки тщательно отшлифована. Она имеет небольшую конусность (10–15°) для обеспечения снятия готовой обмотки. На конце вала оправки установлена рукоятка, а другой конец соединен с счетчиком числа витков.
Все узлы станка должны быть выполнены очень тщательно, не должно быть никаких заеданий. Необходимо помнить, что намоточный провод тонок и малейший рывок приведет к его обрыву. Оправка изготовлена из углеродистой стали, закалена и отшлифована. Станок позволяет сматывать провод диаметром 0,05 мм с катушек массой до 1,5 кг. Масса катушек с проводом диаметром 0,02 мм не должна превышать 100 г.
Намотку ведут в два провода одновременно с обеих катушек. Обмотка состоит из 142 витков провода диаметром 0,05 мм «ли 28 витков провода диаметром 0,02 мм.
Снятую с оправки станка обмотку складывают пополам (см. рис. 44), перегибают, скручивают, зачищают и спаивают оба проводника с одного из концов. К выводам получившегося компактного «кокона» припаивают тонкие гибкие выводы,
