Индуктивные преобразователи по параметрам и возможностям применения можно разделить на две группы:низкочастотные и высокочастотные. И у тех, и у других изменяется индуктивность обмотки под действием входного фак­тора. На низких частотах индуктивность определяется параметрами конструкции преобразователя: видом и размерами магнитопровода, магнитной проницаемостью ею материала, числом витков и диаметром провода катушки, зазором в маг­нитной цепи, положением подвижной части магнитопровода в катушке, концент­рацией ферромагнитного материала в наружной части магнитопровода и други­ми параметрами. Обычно объектом воздействия входного фактора таких дат­чиков служат ширина зазора магнитопровода, положение катушки относитель­но подвижной части магнитопровода и концентрация ферромагнитного материа­ла в наружной части разомкнутого магнитопровода. Для уменьшения погреш­ностей, связанных с влиянием мешающих внешних факторов (температура, электромагнитные поля и др.), обычно используют дифференциальную конструк­цию датчиков.

На высоких частотах становятся существенными потери на вихревые то­ки, так что действующее значение индуктивности оказывается зависящим от ча­стоты.

В практике измерений на низких частотах применяют дифференциальные трансформаторные датчики для измерения давления, усилия, перемещения, ви­брации. Трансформаторные датчики с разомкнутым магнитопроводом использу­ют для определения концентрации ферромагнитных составляющих в рудах.

При пропускании переменного тока через катушку высокочастотного индук­тивного преобразователя в ней образуется высокочастотное электромагнитное поле. Если в это поле поместить проводник, то индуктивность и добротность ка­тушки изменятся. Главное отличие низкочастотных индуктивных датчиков от высокочастотных в том, что первые реагируют на материалы, обладающие фер­ромагнитными свойствами, а вторые — на любые проводящие к полупроводя­щие материалы. Отсюда и более широкий круг применения высокочастотных датчиков, от измерения диаметра проволоки до определения концентрации электро­литов.

В проводнике, находящемся в высокочастотном электромагнитном поле, возникают вихревые токи, на образование которых затрачивается часть энер­гии поля. Вихревые токи вызывают вторичное электромагнитное поле, направ­ленное против первичного и поэтому ослабляющее его. А это равнозначно умень­шению добротности и индуктивности катушки преобразователя. Изменяя на­пряженность и частоту электромагнитного поля, можно изменять чувствитель­ность преобразователя, приспосабливая его для исследования тех или иных свойств среды.

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 концентратоме-ров, 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°С), хромель — копель (6,95 мВ/100°С), платина — платинородий (0,64 мВ/100°С). 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 радиолюбительского творчества 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 терморе-зисторы (или, как их называли ранее, медные проволочные электрические тер­мометры сопротивления — МПЭТС). Например, при проведении различных изы­сканий в районах Крайнего Севера (геологические, строительные и др.) их при­меняют десятками тысяч. Большинство регуляторов и измерителей температуры, разработанных радиолюбителями, имеют в основе конструкцию термодатчиков. Их широкое использование связано с широкими пределами измеряемой темпе­ратуры (от — 50 до + 180°С), 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 R_T медного терморезистора при некоторой температуре Г можно найти из выражения: R₇ = R₀(1 — аТ), где Ro — 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 для инженерно-геологических изысканий в строительстве на мерзлых грунтах 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 тер-уорезисторов. 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 стойки 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 яе 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, вкладывают бумажную бирку с номером и плотно обматывают капроновой нитью. Изготовленный терморезистор необходимо герметизировать эпоксидной смолой.

Для герметизации терморезисторов удобно использовать устройство, схема­тично изображенное на рис. 45. Оно состоит из деревянной подставки 1 (рис. 45,а) с вставленными в нее шпильками 4 для фиксации выводов терморезисторов и десятиместной заливочной формы. Форма представляет собой матрицу 3, сложенную из двух фторопластовых планок и двух накладок 2 из латуни. Весь пакет сжат в единое целое двумя винтами. В планках 3 просверлены отвер­стия — заливочные камеры (рис. 45,6). Стенки заливочных камер должны быть как можно более ровными и гладкими.

Заготовки терморезисторов помещают в заливочные камеры, закрепляют выводы и камеры заполняют эпоксидным компаундом, подогретым до 60 — 80° С для лучшей текучести (100 масс, частей эпоксидной смолы ЭД-5, 10 масс, ча­стей отвердителя — полиэтиленполиамина и 15 — 20 масс, частей пластифика­тора — дибутилфталата). Через сутки форму разбирают и извлекают из нее готовые терморезисторы. Раковины и заусенцы удаляют вручную. Сопротивление терморезисторов измеряют при нулевой температуре, опустив их в сосуд Дьюара, заполненный смесью тающего льда с дистиллированной водой. Разброс номиналов сопротивления обычно не превышает 1 — 2%.

Терморезисторы, предназначаемые для проведения длительных температур­ных измерений (так называемые многолетние), подвергаются искусственному ста­рению — кипятят в течение суток в воде, а затем подключают к источнику тока и в течение месяца пропускают через них переменный ток 40 мА, если они изготовлены из провода диаметром 0,05 мм, и 10 мА — если из провода 0,02 мм.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие

Глава 1. Радиолюбительские конструкции для промышленности

1. Регуляторы производственных процессов

2. Измерители параметров технологических режимов

3. Устройства контроля различных параметров процессов промыш­ленного производства

Глава 2. Радиолюбители — строительству, коммунальному хозяйству и быту

4. Приборы для строительства и коммунального хозяйства

5. Измерительные приборы для налаживания и регулирования элек­трооборудования

6. Приборы для фотографии

7. Приборы для автотранспорта

Глава 3. Приборы для научных исследований

8. Приборы для автоматизации различных процессов

9. Вспомогательные приборы и приспособления

Заключение

Приложение 1. Преобразователи неэлектрических параметров в электри­ческие и их характеристики

Приложение 2. Новая технология изготовления медных проволочных тер­морезисторов

ББК 32.844

С 50

УДК 621.396.62

Редакционная коллегия:

Б. Г. Белкин, С. А. Бирюков, В. Г. Борисов, В. М. Бондаренко, Е. Н. Геништа, А. В. Гороховский, С. А. Ельяшкевш, И. П. Жеребцов, В. Г. Корольков, В. Т. Поляков, А. Д. Смирнов, Ф. И. Тарасов, О. П. Фролов, Ю. JI. Хотунцев, Н. И. Чистяков

Рецензент Центральный радиоклуб СССР им. Т. Э. Кренкеля

Смирнов А. Д.

С 50 Радиолюбители — народному хозяйству. — М.: Радио и связь, 1985. — 64 с, ил. — (Массовая радиобиблиоте-жа. Вып. 1093).

35 к. 40 000 экз.

Книга знакомит читателя с основными направлениями деятельности ра­диолюбителей в различных отраслях народного хозяйства. В ней подрооно рассмотрены принципы действия и пути построения наиболее распространенных радиолюбительских приборов, демонстрировавшихся на 28 — 30-й Всесоюзных выставках творчества радиолюбителей.

Для подготовленных радиолюбителей.

2402020000 — 135 ББК 32.844

С----------------37 — 85 6ф2.9

046(01) — 85 6Ф2У

АЛЕКСАНДР ДМИТРИЕВИЧ СМИРНОВ

Радиолюбители - народному хозяйству

Редактор Л. Н. Ломакин.

Редактор издательства И. Н. Суслова.

Художественный редактор Н. С. Шеин.

Технический редактор Т. Н. Зыкина.

Корректор Т. В. Покатова

ИБ № 339

Сдано в набор 11.02.85 Подписано в печать 14.05.85

Т-11833 Формат 60X90/16 Бумага офсетная № 2 Гарнитура литературная

Печать высокая Усл. печ. л. 4,0 Усл. кр.-отт. 4,375 Уч.-изд. л. 4,65

Тираж 40 000 экз. Изд. № 20218 Зак. № 16 Цена 35 к. Издательство «Радио и связь». 101000 Москва, Почтамт, а/я 693

Московская типография № 5 ВГО «Союзучетиздат» 101000 Москва, ул. Кирова, д. 40

OCR Pirat