meres jegyzet

5/10/2018 Meres Jegyzet - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/meres-jegyzet 1/12

A Coriolis-gyorsulás mérésén alapuló jeladókA forgómozgás esetén fellépő Coriolis-gyorsulást felhasználó jeladók elvivázlatát a 129. ábra mutatja. Az adó alapeleme az 1 T-alakú cső, mely a 2 testtelegyütt forog. A rendszer hajtása a 3 fogaskerék útján történik. A folyadéknak a

csőben végbemenő mozgása következtében fellépő, Coriolis-gyorsulás olyannyomatékot hoz létre, mely a csövet a 2 testhez képest elforgatni igyekszik.Ennek a nyomatéknak a mérésére a rendszerben két ellenálláshuzalosnyúlásmérőt alkalmaznak. A cső végei az 5 karokkal csatlakoznak a jeladóhoz a6 tömítő membránon keresztül. A nyúlásmérő konstantán ellenálláshuzalja az 5kar vége és a két 7 álló kar közé van tekercselve. A cső elmozdulása a huzalokfeszítésének megváltozását, és ezáltal a mérőhíd ágainak enne megfelelő ellenállásváltozását okozza. A cső végének elmozdulási lehetőségét a 4vékonyfalú szakasz, mint rugalmas elem biztosítja. A nyúlásmérő huzalvégeit a8 érintkezőgyűrűkön keresztül vezetik ki. A folyadékot a forgó mérőrendszerbemegfelelő tömített csőkötésen vezetik be. A létrejövő nyomaték nagyságátmeghatározhatjuk a 130. ábra szerinti egyszerűsített rendszer segítségével,amelyben az ábrázolt S keresztmetszetű csőszakasz az O középponthozviszonyítva ω szögsebességgel forog. A csövön keresztül a – sűrűségű folyadékω sebességgel áramlik.A Coriolis-gyorsulás ak=2ωω a falra ható erő Fk=mak ahol m a folyadék tömege; m=Slρ.A Coriolis-gyorsulás következtében létrajött nyomaték,

Mk=FkR=2RlωωSρ=2RlωQ

ahol Q=ωSρ az átáramló mennyiség tömege.

A felírt kifejezések megmutatják olyan tömeg (súly) mennyiségmérő jeladóklétrehozásának lehetőségét, melynek jelleggörbéjére a mérendő közeg sajátságaiegyáltalán nem hatnak. A 131. ábrán a mennyiségmérők egy másik szerkezetiváltozatának elvi vázlata látható. A T-alakú cső helyett ebben az adóban két

radiális irányú terelőbordákkal ellátott 1 tárcsa van. Hasonló 2terelőbordákvannak a 3 testre mereven rögzítve. A forgatónyomatékot csavarvonalban a 4vékonyfalú csőre ragasztott nyúlásmérő bélyegekkel mérik. Az ilyen típusú

jeladók dinamikai jellemzőit a mért rendszer – saját frekvenciája szabja meg,tehát a T-alakú cső vagy a forgórész J tehetetlenségi nyomatéka, és a rugalmaselem a cső K rugóállandója:

f s= J

K

π 2

1



A megvalósított készülék a saját lengésének felső frekvenciahatára 500…600Hz, tehát 100 Hz frekvenciával változó mennyiségek mérhetők. A rendszer sajátlengéseinek kiküszöbölésére a 129. ábra szerinti kivitelben az 5 karhoz olajoscsillapító csatlakozik. Ennek a jeladónak hátránya, hogy a mozgó alkatrészeket

tartalmaz, és a csővezetékek elfordulásának megvalósítása nehéz. A mérésimódszer lényeges előnyei folytán azonban alkalmazásának nagy lehetőségivannak.

Sugárzáson alapuló hőmérők (pirométerek) Nehézségekbe ütközik az összes akár villamos, akár nemvillamos érintkező …

a sugárzás egy bizonyos tulajdonsága, például energiája között áll fenn. Az első átalakítás tehát a mért tárgyban és nem a mérőműszerben megy végbe. Ezt azátalakítást tulajdonképpen a természet maga végzi el. Csak az itt keletkező

jellemzőt dolgozza a műszer tovább fel és meglehetősen bonyolult módonvillamos jellemzővé alakítja át.E tématerület tárgyalásához feltétlenül szükséges a legfontosabb sugárzásitörvények ismerete. A következőkben ezeket röviden ismertetjük. E rövidismertetést és a sugárzáson alapuló mérőműszereknek azt követő leírásátelőzzék azonban meg a legfontosabb sugárzási jellemzők definíciói:1. Sugárzási teljesítmény, vagy E=dW/dt energiaáramon értjük egy sugárzásiforrásból kilépő, vagy egy sugárzást felfogó eszközt érő W energia idő szerintidifferenciálhányadosát.2. Az S sugárzási sűrűség a sugárzó test felületére vonatkozik 1 radiántérszögben kisugárzott teljesítmény.3. A besugárzási erősség a felfogó felületre vonatkoztatott beeső sugárzásiteljesítmény.

A hősugárzás alaptörvényeiÁltalában egy testet érő sugárzás részben elnyelődik, részben visszaverődik és

bizonyos körülmények között részben áthalad a testen. Ha a az elnyelésiképesség, vagyis az abszorbeált és a beeső sugárzási teljesítmények aránya,továbbá r a visszaverődési és d az áteresztő képesség, úgy eltekintve azesetleges szórástóla+r+d=1.

Abszolút fekete testnek nevezzük az olyan testet, amely az összes beeső sugárzást elnyeli, vagyis amelyre a=1.

Kirchhoff tétele szerint egy tetszőleges testből kibocsátott sugárzás sűrűségeS=aSf , ahol Sf egy azonos hőmérsékletű fekete testről kibocsátott sugárzás

sűrűség a ≤ 1.



A test sugársási vagy emissziós képessége (ε) tehát azonos az elnyelésiképességével, ε = a, és a fekete test sugárzási képessége a lehető legnagyobb. Afekete test által kibocsátott sugárzást fekete sugárzásnak nevezzük. Ideális fektetest a természetben nem fordul elő. A legjobban egy olyan üreg közelíti meg a

sugárzó fekete testet, melynek sugárzást át nem eresztő falai vannak és egy kisnyílása. T abszolút hőmérsékletű fekete test teljes sugárzási sűrűsége a Stefan-Boltzmann-törvény szerintSf =σT4,ahol σ=5,75.10-8Wm-2(°K)-4 . Ez az egyenlet azt a tapasztalati tényt fejezi ki,

hogy a sugárzási sűrűség rendkívül erősen csökken a hőmérséklettel. Ha a testT0 hőmérsékletű környezetbesugároz, úgy figyelembe kell venni a környezetbőla testre érkező sugárzást is, vagyis az egyenlet a következőképpen módosul:Sf =σ(T4-T4

0).Ezt az összefüggést használjuk fel az összsugárzásmérő pirométereknél.

A fekte sugárzás sűrűségének a teljes színképtartományban való elosztást,valamint a hőmérséklettől való függést rendkívül gondosan vizsgálták. Azeredmények legjobban a Planck-féle sugárzási képlettel adhatók meg:

Sλ f =C1 ,1

21

2

5

λ λ

λ

∆

−

−

T e

C

Sλ f egy nagyon kicsi, λ és λ +∆λ szomszédos hullámhosszak által határoltszínképtaromány fekete sugárzásának sűrűsége. C1=1,176.10-16Wm2 ésC2=1,432.10-2m°K empirikus állandók. A szokásos hőmérsékleten a láthatószínképtartományban a λ T kifejezés olyan kicsi, hogy a -1 kifejezés azexponenciális mennyiségekkel szemben elhanyagolható. Ily módon a márPlanck előtt ismeretes Wien-féle egyenletet kapjuk,

Sλ f =C1 λ λ λ ∆

−

− T

U

e2

5

A látható tartományban fekete és nem fekete sugárzásra egyaránt egymeghatározott hullámhossz sugárzási sűrűsége S22

λ , a megfelelő Bλ fénysűrűséggel arányos. Tehát Bλ szintén egyértelműleg növekszik ahőmérséklettel. Ezt a tényt használjuk fel a részsugárzásmérő pirométereknél.Nem fekete sugárzásnál a sugárzási sűrűség minden egyes hullámhosszraKirchhoff-törvénye szerint kibocsátási (emissziós) képesség általában változik ahullámhosszal. Van azonban néhány olyan sugárzó, amelynél ε független λ -tól.Ezeket nevezzük szürke sugárzóknak. A teljes szürke sugárzás sűrűségét aStefan-Boltzmann törvényből levezetett alábbi képlet segítségével határozhatjukmeg:



S=εσT4.

A tapasztalat szerint növekvő hőmérséklettel a kibocsátott sugárzáshullámhossza egyre csökken. Ha egy tárgyat hevítünk, úgy az először

hősugarakat bocsát ki, majd vörösen, sárgán és végül fehéren izzik. A feketesugárzás maximumának hullámhossza a Wien-féle eltolódási törvényből akövetkező egyszerű összefüggésből kapható meg:

λ mT=b,

Ahol az állandó b=2,897.10-3m°K.

30. Összsugárzásmérő pirométerekÖsszsugárzásmérő pirométernél a mért tárgy által kibocsátott teljes sugárzást ill.egy nagy színképtartomány sugárzását használjuk fel hőmérsékletmérésre. A149a ábrán látható egy gyakran alkalmazott elrendezés. A sugárzást az 1

tárgylencse segítségével egye kiviteleknél - erre a célra homorú tükröt isalkalmaznak – a befeketített fémből készült 3 felfogó lemezkére gyű jtjük. Asugárzás által előidézett melegedés a lemezke hátára tapadó 4 hőelembenegyenfeszültséget hoz létre, amelyet a szokásos módon az 5 forgótekercsesmérőműszerbe vezetünk. Ez a műszer közvetlenül a mért tárgy hőmérsékletétmutatja. A műszer elhelyezhető nagyobb távolságra is. A pirométer alkatrészetovábbá a 6 szemlencse, melynek segítségével a műszer a tárgyra beirányozható.A megfigyelő szemét kíméli a 7 szűrő.Az érzékenység növelésére a fémlemezkéből és hőelemből állósugárzásérzékelőt többnyire üveg- vagy kvarcburában helyezik el, amely vagyevakuált, vagy gáztöltésű. Ugyanezért hőelem helyett gyakran többsorbakapcsolt hőelemből alló láncot alkalmaznak.A 149b ábra hatásvázlatán láthatók az összsugárzásmérő pirométerrel végzettmérésnél fellépő átalakítások. Az első átalakítás fekete sugárzónál a Stefen-Boltzmann-féle törvény szerint megy végbe. A szemlencse abszorbeálja a

rövidhullámú infravörös sugarakat. A színképtartománynak ez a beszűkítése,amely átalakításként is felfogható, azt eredményezi, hogy a felfogott sugárzásiteljesítmény erősebben változik az abszolút hőmérséklettel, mint azt a Stefen-Boltzmann-féle törvény előírná. Mivel a többi átalakítás gyakorlatilag arányos,azért a skála – amint aza 150. ábrán látható – az elején erősen össze vannyomva, a végén pedig meglehetősen szét van húzva. Ez a skálajelleg kívánatos,mivel csak a felső tartományban mérünk.Az infravörös sugarak már említett abszorpciója (2,5 µm-nél vastagabbüveglencsék és 3,5 µm-nél vastagabb kvarclencsék) következtében kb. 600 °C

alatti hőmérsékletek csak költséges erősítők alkalmazásával mérhetők.



Elvileg a pirométernek a sugárzótól való távolsága mindaddig nem befolyásoljaa mutatott értéket, amíg a sugárzást felfogó lemezke teljesen be van sugározva.A távolságot megkétszerezve pl. a sugárzási erősség a negyedére csökkenugyan, de a besugárzott felület négyszeres. A lemezke tehát azonos sugárzási

teljesítményt vesz fel. A távolságnak gyakorlatilag mégis van némi befolyása,úgyhogy az élesre állításról lemondunk.Az összsugárzásmérő pirométereket legtöbbször beépítik a kemencékbe,melynek hőmérsékletét ellenőrizni kell. Ha a beépítési helynélmegengedhetetlenül nagy hőmérséklet lép fél, úgy a műszer vízzel, vagylevegővel hűteni szokták. Sűrített levegő lefúvásával akadályozzák meg azt,hogy a tárgylencsét a behatoló lángok megrondálja, vagy porszemcsékelszennyezzék. Összsugárzásmérő pirométerek készülnek hordozható kivitelben.

Részsugárzásmérő pirométerA részsugárzásmérő pirométereknél nagyon szűk hullámhossztartomány látható… használjuk fel a hőmérséklet mérésére. A legelterjedtebb a különböző típusokközül az izzószálas, vagy fényesség pirométer. A 156. ábrán látható e műszervázlata. Egy távcsövet irányozunk a mérendő tárgyra. A távcső sugárútjábahelyezzük a wolframszálas 3 izzólámpát. Az 5 szűrő csak meghatározotthullámhosszú sugarakat bocsát át. Az izzószál I áramerősségét a 7 változtathatóellenállás segítségével úgy állítjuk be, hogy a szál és a sugárzó felületifényességei egyezzenek. Ez akkor következik be, ha a szál képe a sugárzótólmár nem különböztethető meg (157.ábra). Ennél a beállításnál a 9

forgótekercses mérőműszer által mutatott I áram sugárzó hőmérsékleténekmértéke. A hőmérséklet meghatározására az áramerősség helyett felhasználhatóa szálfeszültség értéke is. A hullámhossztartomány korlátozására túlnyomóanvörös szűrőket alkalmaznak, hogy a lehető legalacsonyabb hőmérsékletetlehessen mérni. Leggyakrabban a Jenaer Glas RG 2 szűrőt alkalmazzák, amelygyakorlatilag egyszínű, 0,65 µm hullámhosszú fényt bocsát keresztül.Az izzószál hőmérséklete ne lépje túl az 1500 °C-ot, mivel akkor az áram-hőmérséklet jelleggörbe megváltozik. Nagyobb hőmérsékletek mérésére ezértismert áteresztőképességű füstüveget (1) helyeznek a sugárútba.

Mint minden villamos mérőműszerrel dolgozó mérőberendezésnél, a szubjektívmérési eljárás ellenére a részsugárzásmérő pirométernél is felállítható a mérendő

jellemzőből a mérőműszer-kitéréséig vezető átalakítások folytonos sora (158.ábra). Minket elsősorban a lényegében az izzószál és optika által képviseltmérő jelátalakító érdekel, amely lehetővé teszi a villamos mérést. Ez amérő jelátalakító egyike a (3. táblázat) 2 c csoport ritka képviselőinek, amelynélaz átalakítás kézzel végzett kompenzáció útján történik.A Pyropto részsugárzásmérő pirométer (159. ábra) tartalmazza a méréshezszükséges összes alkatrészeket, 700 és 3500 °C közötti mérési tartományokkal

készült.



Vannak olyan pirométerek is, melyeken az izzószálat állandó áramerőséggelf űtik és a kiegyenlítést a sugárútba helyezett szürkeék eltolásával végzik. Ebbenaz esetben az ék beállítása szolgáltatja hőmérséklet értékét.A részsugárzásmérő pirométert fekete sugárzóval hitelesítik. A mutatott érték

csak fekete sugárzással helyes. Nem fekete testnél a valódinál kisebb,alacsonyabb hőmérséklet észlelhető, mivel a nem fekete test sugárzási sűrűségeés ezzel együtt a felületi fényessége

Fenti kifejezéseket egymással egyenlővé téve néhány átalakítás után akövetkező egyenletet kapjuk

T=

−

−

122

2

1

11

ln

1

λ λ

ε

ε

C

T

T

s

s

Mivel ε a szokásos használati tartományokban nagyon kevéssé változik ahullámhosszal, ln (ε1 / ε2 ) nagyon kis mennyiség és ezáltal a színhőmérsékletcsak kevéssé tér el a mérendő hőmérséklettől. A színhőmérséklet mindenestresokkal kevésbé tér el a mérendő hőmérséklettől, mint a részsugárzásmérő pirométerrel meghatározott fekete hőmérséklet. Szürke sugárzásnál aszínhőmérséklet azonos a hőmérséklettel. A legtöbb sugárzónál Ts kicsit

nagyobb, mint T.A színhőmérséklet mérésének Tf fekete hőmérséklet mérésével szemben megvantehát az az előnye, hogy ε nem pontos ismeretében is csak kis hiba lép fel,amelyik ezenkívül pozitív is, ami biztonsági okokból kívánatos. Hameghatározzuk a Tf hőmérsékletet is, akkor a két hőmérsékletbőlmeghatározható az emissziós képesség értéke, amely annál pontosabb, minélkevésbé változik ε a λ -val. ε ismerete az acélgyártásban a vizsgált anyagminőségére vonatkozó fontos következtetéseket tesz lehetővé.Határozzuk meg a b12 fényességviszonyt most nem a T valódi hőmérsékletből,

hanem a két hullámhossznak megfelelő Tf1 és Tf2 hőmérsékletekből, úgy akövetkező összefüggést kapjuk:

b12=

−

1122

211

5

1

2 λ λ

λ

λ f f T T

C

e

Ezt egyenlővé téve az (1) egyenlettel a következő kifejezést kapjuk:



Ts=

1

2

2

1

21

f f T T

λ λ

λ λ

−

−

Ha megmérjük egy cserélhető szűrő jű részsugárzásmérő pirométerrel kétkülönböző hullámhossz fekete hőmérsékletét, ezekből a színhőmérsékletmeghatározható.Színhőmérséklet és fekete hőmérséklet közvetlen, egyidejű mérését teszi

lehetővé a „Bioptix” színpirométer (161. ábra). A sugárzó képet az I tárgylencsén keresztül a 4 prizma részében ezüstözött átlós síkjára vetítjük. A 6

összehasonlító égő fénye, amelynek árama egy előírt értékre van beállítva, az 5

bikromatikus szűrön keresztül ugyanerre a síkra esik. A 11 megfigyelő tehát asugárzó mezejében egy összehasonlító mezőt lát. A sugármenetben elhelyezett 2

színes ék csak piros és zöld fényt bocsát keresztül; a színes ék eltolásakor e szín-részarányok intenzitásviszonya megváltozik. Az éket úgy állítjuk be, hogy asugárzó ugyanolyan sárgás keverék színben képződjön le, mint azösszehasonlító égő. Mivel ez csak azonos fényességnél lehetséges, a 3 szürke ék

egyidejű eltolásával fényességek egymással kiegyenlíthetjük. A színes ék állásaekkor a színhőmérséklet mértéke. A szürke ék állása megadja a feketehőmérsékletet, mégpedig ez a két alkalmazott hullámhossz fekete hőmérsékleteközött fekszik. A „Bioptix” mérési tartománya 1250…1900°C-ig terjed. A 162.ábrán egy olyan kivitelt látunk, amelynél a megfigyelő felülről nézhet a…

A műszert eltérítő optika irányozza be. A sugárzás egy részét a részben áteresztő 7 tükör, valamit a 8 és 9 tükör segítségével a 10, 11 fordított Galilei távcsőbevezetjük, amely a 12 prizmán keresztül megfigyelhető.Az „Ardocol” háza külsőleg megegyezik az „Ardometerével” ’1. 152. ábra).A műszer 800...1200 °C-ig és 1400…2200 °C-ig terjedő mérési tartományokkalkészül. A skála beosztása megközelítőleg arányos. Fekete sugárzónál a hibahatára mindenkori hőmérséklet 1…1,5%-a. A kompenzátor beállási ideje 0,5 és 42sközött választható. A megengedett legnagyobb műszerházhőmérséklet 60 °C. Ehőmérséklethatár túllépését vízhűtéssel akadályozhatjuk meg.

Ohmos ellenállások méréseA Wheatstone-híd alapelveit, melyet akár null-, akár kitéréses-módszer szerint

használhatunk. A táblázat 1.és 2a,kapcsolása egy egyszerű, hordozhatóműszerhez alkalmas. A 2a, kapcsolásban a tápfeszültség előírt értékre állítható



be. A helyhez kötött berendezéseket állandó értéken tartott feszültséggel (2b)tápláljuk, vagy hányadosmérőt (3. kapcsolás) használunk. A híd helyett gyakrantalálunk berendezésekben egyszerűbb és kevésbé érzékeny hányadosmérőskapcsolást a 4. kapcsolás szerint. Az érzékenység emelésére a híd és a

hányadosmérő egyik tekercse közé egy kompenzációs erősítőt kapcsolhatunk (5.kapcsolás). Ennél a híd kimenő feszültségét azzal a feszültségeséssel hasonlítjukössze, melyet a kimenő áram az erősítő Rk ellenállásán létesít.Gyakran súlyt helyezünk arra, hogy a mérendő jellemzőt egy, a hálózatifeszültségingadozásoktól független árammal képezzük le. Ebben az esetben iskompenzációs erősítőt alkalmazunk a 6. kapcsolás szerint. Újabbberendezésekben gyakran találunk ellencsatolt egyenáramú erősítőt (7. kapcsolás). Mindkét kapcsolásban a tápfeszültséget állandó értéken kelltartanunk.Egy, váltakozó árammal táplált önkiegyenlítő hidat a kacsolás egyenárammaltáplált… Ha nem lehet a mérőhídban kiegyenlítő ellenállást elhelyezni, pl. mertbenne több távadó van, akkor a 9. kapcsolás szerinti kettős hidat használjuk. Atulajdonképpeni 1 mérőhidat ekkor nem egyenlítjük ki, hanem a 2 összehasonlító hidat is hasonló arányban elhangoljuk. Ebben van tehát akiegyenlítő ellenállás. A nullmotort a két híd kimenő feszültségének különbségevezérli. Táplálásához két galvanikusan elválasztott áramforrás szükséges.Statikus és dinamikus mérésekhez a 10. kapcsolás szerinti vivőfrekvenciás hídalkalmas, amely ellencsatolt erősítővel és külső vezérlésű egyenirányítóval is kivan egészítve. Nagy vivőfrekvenciánál a hídban kapacitív kiegyenlítő ellenállások vannak. Vivőfrekvenciás hidakat is ki lehet képezni kettős hídnak.Dinamikus méréskehez megfelel az egyszerű 11. kapcsolás is.

Induktivitások mérése Az induktív távadók mérőberendezéseinek kiválasztásánál és méretezésénéltekintetbe kell vennünk, hogy az induktivitáson kívül gyakran jelentős ohmos(hatásos) ellenállásuk is van, amelyik gyakran a mérendő jellemzővel változik.Sok esetben (pl. a 14. táblázat 5. és 6 . kapcsolásban) éppen azért látszólagos

ellenállást mérünk. A táblázat kapcsolási ábráin egyszerűség kedvéért alátszólagos ellenállás kapcsolási jelével csak a tiszta induktivitást ábrázoltuk.Laboratóriumokban induktivitások mérésére leginkább Maxwell-, vagyMaxwell-Wien-hidat használnak, melyeknek kapcsolását az 1. alatt adtunk meg.Mérőberendezésekben a Maxwell-hidat használják kitéréses módszerrel (2. kapcsolás). Az állandó induktivitású hídág időállandóját úgy kellmegválasztanunk, hogy az kölcsönös induktivitás kezdeti értékénél a hídegyensúlyban legyen. A kapcsolást használják differenciál-tekerccsel is.A tápfeszültséget állandó értéken kell tartani. Ha az egyenirányító

feszültségmérő je helyett dinamikus műszert használunk, mint a 3. kapcsolásban,akkor a hálózati feszültségingadozások hatását kiküszöböltük.



Ellencsatolt erősítőnél és fázisfüggő egyenirányítónál a Maxwell-hidathasználják a 4. kapcsolásban. Az induktív hídágak kivételével a kapcsolásmegegyezik a táblázat 10. (vivőfrekvenciás híd) kapcsolásával. A hordozhatókészülékek többnyire alkalmasak tetszés szerint ohmos és induktív távadók

csatlakoztatására.A berendezésben használt 5. kapcsolás, mellyel látszólagos ellenállásokathasonlítunk össze, a 13. táblázat 4. kapcsolásának fele meg. A mutatott értéket ahálózati feszültségingadozások nem befolyásolják.A különbségi-módszernél a 6. kapcsolás szerint két szekundertekercsesáramváltót használunk, melyre az R nagy előtétellenálláson át adunk áramot. AzI1 és I2 szekunderáramok összege tehát állandó. A távadó I1-et befolyásolja,ennélfogva I2-nek ellenkező értelemben kell változnia. A műszer a viszonylagnagy számtani különbséget mutatja. Mivel a mutatott érték az üzemifeszültségtől is függ, utóbbit állandó értéken kell tartani. A magnetoelasztikuserőmérődobozokkal való mérésnél alkalmazott eljárás ohmos ellenállásokmérésére is használható.

Kapacitások mérése Laboratóriumi mérésekre alkalmas hídkapcsolásokat a táblázat 1. alatt közlünk.A 2. alatti egyszerű hídkapcsolást berendezésekben, kitéréses módszerrel,egyenirányítós feszültségmérőkkel alkalmazzuk. Az érzékenység növelésére ahídkimenetbe erősítő kapcsolható. Dinamikus és statikus mérésekrevivőfrekvenciás-híd használható differenciál kondenzátorral a 3. kapcsolásban.A kondenzátormikrofontól átvett 4. kapcsolás csak dinamikus mérésekrealkalmas. A terheletlen távadónak a töltése C0U0. ha elég nagy az RC0 időállandó, akkor ∆C kapacitásváltozásának ∆U feszültségváltozás akövetkezményem melyet,C0U0=(C0+ ∆C)(U0-∆U)

Összefüggésből fejezhetjük ki. A gyakran teljesülő ∆C<< C0 feltétel esetén afenti összefüggésből,

∆U= U00C

C ∆

Adódik. ∆U vezérli a hozzákapcsolt erősítőt, melyet katóderősítőnek célszerű kialakítani.A rezonancia-módszer (5. kapcsolás) esetén állandó frekvenciával rezgő generátorra van szükség. Ez egy vevőkörrel lazán van csatolva, amelyben van akapacitív távadó. A Cg adókapcitás változása a vevőkör rezonanciagörbéjéneltolja a munkapontot s ennek következtében az U kimenőfeszültség is változik.A feszültségváltozás esetleges erősítés után egy feszültségmérőn vagyoszcillográfon észlelhető. Mivel a Cg gyakran két irányban változik, a kiindulásihelyzetben a munkapont legtöbbször a rezonanciagörbe egyenes részének a

közepére esik. Ezért az ismertetett kitéréses módszert „fél-



rezonanciagörbeeljárásnak” is hívják. A generátor frekvenciáján kívül afeszültségének is állandónak kell lennie.Ez utóbbi követelménytől eltekinthetünk, ha nullmódszert alkalmazunk. Ennél avevőkört CN hitelesített normálkondenzátorral hangoljuk rezonanciára. Ha most

∆Cg=∆CN. Ez a módszer csak egyenkénti mérésekre alkalmas.A lebegtetés módszer a rezonancia-módszerrel rokon. A 6. alatti elvikapcsolásból látható, hogy két 1, 2 generátorra van szükség. Míg egyik f 1 állandó frekvenciával dolgozik, addig a másik f 2 frekvenciáját a távadókapacitása befolyásolja. A távadó feszültségének szuperponálásával (f 1+f 2)/2frekvenciájú feszültséget kapunk, melynek amplitúdója (f 1-f 2)/2 ütembenváltozik. Az (f 1-f 2)/2 lebegési frekvencia a 3 rezgőkörre kerül, amely szintén arezonancia-módszerrel dolgozik. A műszer tehát olyan feszültséget mutat, melya távadó kapacitásának mértéke.A rezgések leszakadásán alapuló módszer elve az a jelenség, hogy akvarcvezérlésű adó rezgései a mérőkör kapacitásának változására egy pontosanreprodukálható értéken leszakadnak. Ekkor az anódegyenáram ugrásszerűenmegnő. Az elvi kapcsolást a 7. alatt láthatjuk. A mérés megkezdése előtt a Cm mérőkondenzátorral a leszakadási pontra állunk rá. Ha Cg változik, akkor Cm-tutólag el kell állítani mindaddig, míg a rezgés megint le nem szakad, ekkor∆Cg=∆Cm. Igen finom kapacitásváltozásokat mérhetünk, ha meghatározzuk azanódáramot abban a sávban, melyben a rezgések ismét megindulnak.

A rugalmas alakváltozás hatása a mágneses és elektromos tulajdonságokraA mágneses állapot megváltoztatása (ez lehet a le-, fel-, és átmágnesezés is)mindig energiát igényel, tehát veszteséges folyamat. Energia befektetetéserészben a domenfalak mozgatásához és a mágneses momentumok elfordításáhozszükséges, hiszen ezen elemi események révén változhat meg a mágnesesállapot. Emellett a mágnesezés során további veszteséges folyamat is fellép. Ezabban nyilvánul meg, hogy a mágnesezést mindig egy kisebb-nagyobb mértékű rugalmas alakváltozási folyamat is kíséri.Tehát egy mágnesezési folyamat során a befektetett energia egy része a

mágneses állapot megváltozására, más része egy rugalmas alakváltozás keltésérefordítódik.Rugalmas alakváltozásnak tartjuk azt a helyzetet, ha a mechanikai terhelés(mechanikai feszültség) és az általa keltett alakváltozás közötti (ez utóbbinyúlásban / ε / vagy szögelfordulásban / γ / értendő) kapcsolat lineáris éstermészetesen egyértékű függvény. Tehát az a terheléstartomány ahol a Hooke-törvény érvényességét feltételezzük. Emlékeztetőül ez az igénybevételi módtólfüggő alakú, ígyhúzás-nyomás, hajlítás esetén σ=Eε

nyírás, csavarás esetén τ=Gγ



ahol E a rugalmassági- (más néven Young-) modulus, a G pedig a csúsztatórugalmassági-modulus, mindkettő anyagjellemző.E témakörben mindig két hatásról/effektusról van szó (ezek egymás inverz

jelenségei).

MAGNETOSTRIKCIÓ:Mágneses térben- a H-tól függő mértékben- amágnesezett anyag térfogata rugalmasan megváltozik ( úgy tárol energiát mintegy közönséges rugó, emiatt zúgnak pl. a transzformátorok, de ennek alapjánműködnek a mágneses mechanikai rezgéskeltők, ultrahangos tisztítók, keverőkstb.).Mivel a térfogatváltozás mérése nehézkes, emiatt az esetek döntő többségébenaz alakváltozást egy kitüntetett irányban (ez többnyire a mágnesezési irány)vizsgálják és rugalmas nyúlásként kezelik. Ebben az értelemben aleggyakrabban un. Lineáris magnetostrikcióról van szó. A mágneses tér hatásáraelőfordulhat nyúlás vagy méretcsökkenés (sőt néha az alakváltozás irányaelő jelet válthat) is. Ennek alapján megkülönböztethetünk pozitív- és negatívmagnetostrikciójú anyagokat.MAGNETOELASZTICITÁS:Rugalmas terhelés hatására (a telítési indukciónkívül) a minta minden mágneses tulajdonsága, így természetesen a hiszterézis-görbéje is megváltozik (sokféle mágneses szenzor pl. az erőmérők is ennekalapján működnek).Mindkét effektus kristálytani irányfüggő is, ami egykristályoknál ás irányítottszerkezetű anyagoknál válik érdekessé. Normális sok-(poli)kristályosanyagokban ez az irányfüggés nem észlelhető (kiátlagolódik).

Piezoelektromos effektusokEgyes anyagokban (pl. kvarc) mechanikai feszültség is okozhat polarizáció-változást, ez a piezoelektromos effektus. Az ilyen anyagok a piezoelektromosanyagok. Az egyik legrégebben ismert anyag a kvarc, de számos egyébpiezoelektromos anyag (pl. kerámiák) ismeretes.

A gyakorlati felhasználás alapja az, hogy a mechanikai behatás által okozottpolarizáció-változást a fenti elrendezés segítségével elektromos jellé lehetalakítani. A mechanikai behatás miatt létrajött elektromos jel általában arányos adeformációval illetve a mechanikai feszültséggel, ezért ilyen módon egyszerűenlehet, deformációt illetve erőt mérni.Az effektus hangérzékelésére is használható, mivel a hang által egy felületenlétrehozott nyomásingadozás elektromos jellé alakítható. Ezen alapul pl. azultrahangos vizsgáló készülékekben használt érzékelők működése.Ezen az effektuson alapul a piezo-gyújtó működése is. A gyújtóban elhelyezett

piezoelektromos anyag elektródjai itt nincsenek összekötve, mert az elektródáról jövő vezetéket megszakítják. Az anyag hirtelen deformációjakor a polarizációs



töltések megjelenése a megszakított vezeték végei között olyan nagy elektromosfeszültséget hoz létre, hogy a levegőben elektromos szikra keletkezik.

A piezoelektromos effektus megfordítható: ha egy piezoelektromos anyagot

elektromos erőtérbe helyezzük, akkor deformálódik. Ez az inverzpiezoelektromos effektus. Mivel a deformáció az alkalmazott elektromos térnövelésekor növekszik, ez az effektus lehetővé teszi, hogy elektromos erőtérrelkis elmozdulásokat hozzunk létre. Váltakozó elektromos erőteret alkalmazva azeffektus segítségével piezoelektromos anyagok berezegtethetőek. Ezen alapul apiezoelektromos hangkeltők működése, amelyeket elsősorban ultrahangosvizsgáló berendezésekben használnak.Ezt a jelenséget alkalmazzák a „kvarc”-órákban használt piezoelektromos lapkamegrezgetésére is, amely az óra stabil frekvenciáját biztosítja (az erre a célrahasznált anyag ma már legtöbbször nem kvarc).

Mágneses ellenállásokA mágneses ellenállás – magnetorezisztor – ellenállását a mágnesestérerősségtől függően változtatja. Különösen nagy az érzékenysége az InSbfélvezető vegyületből készült ellenállásnak. Az Rx ellenállás változását úgyérzékelik, hogy I0 húzóáramot bocsátanak át a mintán és mérik amagnatoreziszton eső feszültséget. Ha a B mágneses térerősség nullátólkülönböző, akkor az áramutak az ellenállásban elfordulnak és emiattmeghosszabbodnak, ami ellenállás-növekedést idéz elő. Az 1.18. ábra amágneses ellenállás képét és jelleggörbéit szemlélteti.

meres jegyzet

Documents