Измерение неэлектрических величин электрическими приборами осуществляется преобразованием измеряемой величины сначала в промежуточную, а затем в окончательный результат.
Приборы, используемые для таких измерений, имеют три самостоятельных узла: датчик, измерительное устройство и указатель, соединенных линией связи.
Термометры сопротивления
В основу измерения температуры при помощи термометров сопротивления положено известное выражение зависимости сопротивления проводника от температуры его нагрева:
Материал, предназначенный для изготовления термометров сопротивления, должен быть химически чистым, не изменять своих химических и физических свойств и не окисляться при нагревании. Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют медь, никель и платина.
Термометры из меди применяют для измерения температур в диапазоне от —50 до +150° С, из никеля — от —50 до + 300°С, из платины — от —120 до +500° С. Проволочные термометры выполняют в виде спирали, помещенной в защитный кожух.
Логометры
В качестве вторичных приборов, работающих от термометров сопротивления, используют логометры, неуравновешенные и уравновешенные мосты. Типовые схемы включения термометров сопротивления для измерения температуры приведены на рис. 1.
Трехпроводные схемы включения применяют для компенсации погрешности, возникающей при температурных колебаниях сопротивления соединительных проводов.
Рис. 1. Схемы включения электрических термометров: а — логометрическая; б — мостовая; в - компенсационная
Терморезистор
В последнее время для измерения температуры обмоток машин применяют метод заложенных температурных детекторов, при котором терморезистор закладывают внутрь обмотки.
Материалом для изготовления таких термометров служат полупроводники, имеющие отрицательный температурный коэффициент и нелинейную зависимость сопротивления от температуры. Термометры сопротивления изготовляют в виде шайб, таблеток, пленок, бусинок и т. д. Схемы включения полупроводниковых термометров чаще всего мостовые.
Термопара
Для измерения более высоких температур в диапазоне от минус 100 до плюс 1500—2000° С применяют термоэлектрический метод, при котором в качестве датчика служит термопара, а в качестве измерителя — магнитоэлектрический гальванометр.
Установлено, что если сварить или спаять между собой два конца разнородных металлов и подогреть их, а температуру свободных концов поддерживать постоянной, то в цепи возникает электродвижущая сила (э. д. с.), называемая термо э. д. с. Термо э. д. с. термопары зависит от материала проводников и разности температур между рабочим спаем и свободными концами термопары. На судах практическое применение нашли термопары хромелькопелевые, железоконстантановые, платино-иридиевые.
Рабочий спай термопары, имеющий керамическую изоляцию, помещен в металлическую защитную трубку. Для поддержания температуры свободных концов постоянной их делают массивными и помещают в специальную камеру — термостат. Соединительные провода между головкой термопары и свободными концами выполняют из материала рабочих электродов или один из меди, а второй из сплава, содержащего 40% константана и 60% меди.
На судах термоэлектрическим методом пользуются для измерения температур топочных газов котла, пара, выпускных газов дизелей.
Тахометры
Для измерения частоты вращения валов служат тахометры. В настоящее время для измерения частоты вращения гребных валов чаще всего применяют вольтметровые тахометры, принцип действия которых основан на измерении напряжения генератора постоянного тока, определяемого по формуле:
В качестве указателей вольтметровых тахометров применяют вольтметры магнитоэлектрической системы, поэтому вследствие небольшого значения сопротивления Ra и тока Iа якоря генератора величиной IaRa можно пренебречь. С достаточной для измерения частоты вращения гребного вала точностью можно считать:
Отечественная промышленность выпускает вольтметровые тахометры МТ, состоящие из датчиков МЭТ8/30 и указателей типов М150, М160, М170, М180, М185, М186.
Для согласования показаний указателей, работающих от одного датчика, в них встроен специальный регулировочный резистор.
Для измерения частоты вращения быстроходных дизелей на судах применяют индукционные тахометры типа ТЭ, выпускаемые нескольких модификаций (ТЭ45, ТЭ204, ТЭ205, ТЭ206, ТЭ207).
Измерение частоты вращения осуществляется с помощью системы электрического вала, которая состоит из трехфазного генератора — датчика, соединительных проводов и синхронно-реактивного двигателя измерителя (рис. 2). Ротор 1 датчика, получая вращение от гибкого вала; генерирует в обмотках 2 точки с частотой, пропорциональной частоте вращения.
Эти токи в фазных обмотках 3 синхронно-реактивного двигателя измерителя создают вращающееся (со скоростью, прямо пропорциональной частоте) магнитное поле. Роторы датчика и двигателя имеют одинаковое число пар полюсов, поэтому они вращаются с одинаковой частотой во всех режимах, кроме пускового; они как бы соединены общим валом — электрическим.
Рис. 2. Принципиальная схема индукционного тахометра
Измерительная часть — собственно тахометр — построена на индукционном принципе.
Двигатель измерителя вращает постоянный магнит 4. Магнитное поле магнита, пересекая медный колпачок 5, наводит в нем токи, взаимодействие которых с магнитным полем создает вращающий момент. Под действием момента колпачок стремится повернуться вокруг своей оси 6. Противодействующий момент создается спиральной пружиной 7.
Индуцированные в колпачке токи, момент, развиваемый колпачком, и угол поворота его вокруг оси пропорциональны частоте вращения магнита, поэтому прибор имеет равномерную шкалу. При показании 3500 об/мин (верхний предел) пружина закручивается на 3,5 оборота. Прибор двухстрелочный; малая стрелка насажена на втулку, сквозь которую проходит ось колпачка. На конце этой оси сидит большая стрелка. Вращение малой стрелке передается через две пары шестеренок, уменьшающих угол поворота в 10 раз. Тахометры типа ТЭ нереверсивные.
