Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №3

Прибор предназначен для регистрации изменения тока в широких пределах (от 3 нА до 0,3 мА) и может быть использован в приборах для измерения малых изменений сопротивления, тока и напряжения. Прибор позволяет применять для регистрации измеряемых параметров цифровые индикаторы.

Входная ступень преобразователя выполнена по схеме интегрирующего усилителя на транзисторе VT1. Нагрузкой транзистора служит источник тока на транзисторе VT2. Источник тока стабилизирует режим транзистора VT1 и повышает коэффициент усиления ступени в целом. Резистором R15 устанавливают режим транзистора по постоянному току таким образом, чтобы среднее значение напряжения на входе было равно нулю. В цепь обратной связи транзистора VT1 включен дозирующий конденсатор С8.

На микросхеме DA1 выполнено пороговое устройство, выходной сигнал которого, через цепь C3R16 поступает на транзистор VT3, коллекторный ток которого перезаряжает дозирующий конденсатор. Частота перезарядки конденсатора С8 определяется входным током и при 1 нА равна 8,35 МГц, а при токе 0.3 мА — 2,5 МГц. Импульсно-токовая характеристика преобразователя практически линейна с погрешностью не более 5 % во всем интервале измеряемого тока и определяется соотношением N = 8,35∙10⁹∙I_вх, где N — частота импульсов, а I_вх ^— измеряемый ток.

Для повышения стабильности работы преобразователя он помещен в термостат, снабженный терморегулятором. Терморегулятор выполнен по мостовой схеме на микросхеме DA2 и транзисторах VT6, VT7. Датчиком температуры служит терморезистор R1. Нагрузкой терморегулятора служит нагревательный элемент ЕК1. Терморегулятор обеспечивает постоянство температуры внутри термостата с точностью 0,5 °C. Задатчиком температуры регулятора служит резистор R2. Конденсатор С8 — ПМ-1.

На рис. 34 схематически изображено устройство, иллюстрирующее возможность дистанционной передачи на расстояние показаний манометра с трубкой Бурдона. Это прибор для дистанционного контроля давления воды в трубопроводе. Авторы конструкции А. Фоттелер и А. Афанасьев.

В пружинном манометре с трубкой Бурдона 2 механизм привода вращения стрелки заменен укрепленным на шарнире рычагом 4 с пружиной 5, который кинематически связан с подвижным магнитопроводом 8 дифференциального трансформаторного индуктивного датчика 6. Магнитопровод укреплен на тяге 9 в направляющих 10, изготовленных из немагнитного материала (бронза, латунь). При изменении давления в трубопроводе 1 изменяется положение трубки 2 и перемещается рычаг 4, тем самым изменяя положение магнитопровода 8 датчика относительно обмоток I–III катушки 7. При этом происходит изменение выходного сигнала, пропорциональное перемещению магнитопровода.

Вспомогательные приборы и приспособления

На рис. 35 изображена конструкция компрессионного дистанционного датчика внешнего давления. Конструкция разработана автором этой книги. Датчик предназначен для определения давления в толще грунта, ледяных массивов, песчаных отложений при внешних силовых воздействиях различного происхождения, различной длительности и направления. Он позволяет измерять давление дистанционно, что особенно важно при проведении исследований в районах Крайнего Севера. Датчик может найти применение при исследовании сил пучения, а также при изучении распределения сил, воздействующих на грунт под строящимися зданиями и сооружениями, сил, действующих в массивах льда при посадке на них самолетов.

На рис. 35,а схематически изображена конструкция датчика всестороннего давления. Он состоит из эластичного (из маслотеплостойкой резины) сферического баллона 1, заполненного маслом. Полость баллона соединена с рабочей полостью поршневого пружинного датчика 2 давления. Поршень 3, поджимаемый пружиной 4, кинематически связан тягой 5 с движками резисторов R1 и R2, подключенных к омметру.

Под действием силы F, воспринимаемой поверхностью датчика, внутри баллона 1 создается давление Р, которое воздействует на поршень 3. Поршень перемещается, сжимая пружину 4, и изменяет сопротивление резистивного элемента датчика.

В случае необходимости измерять направленное действие внешних сил, конструкцию датчика изменяют. Эластичный баллон заменяют жестким (см. рис. 35,б). С той стороны баллона 1, с которой надо измерить воздействие внешней силы F, установлена эластичная диафрагма 7. Перемещение поршня 3 датчика 2 с пружиной 6 регистрирует преобразователь 4.

На рис. 35,в показана конструкция элемента датчика, непосредственно воспринимающего действующее в исследуемом массиве усилие. Он состоит из эластичного баллона 3 с приливом, в который вставлена соединительная металлическая трубка 6. Верхний конец трубки развальцован. Датчик или манометр соединяют с баллоном накидной гайкой 5 с уплотнительной шайбой 4 из мягкой меди (свинца или алюминия). Диаметр баллона в зависимости от назначения можно варьировать в пределах от 30 до 120 мм. Толщина стенок не имеет принципиального значения, так как датчик работает на принципе уравновешивающего внутреннего противодавления.