В современных условиях широкое распространение получило применение электрических методов измерения самых различных неэлектрических величин (тепловых, световых, механических, химических). Это объясняется большими преимуществами, которыми обладают такие методы измерения: простота обеспечения широкого диапазона чувствительности; возможность осуществления и регистрации быстроизменяющихся процессов; дистанционные измерения и передача их на большие расстояния с малым искажением; измерения в труднодоступных точках; централизация данных на машинах централизированного контроля, что обеспечивает внедрение широкой автоматизации и управления производственными процессами в целом. В современных условиях находят все более широкое применение сложные информационно-управляющие системы, обслуживающие отдельные объекты (цехи, заводы и другие). Информация от этих систем, находящихся под воздействием органов управления, выполняет функции не только измерения, но также вычисления и управления.

Основная структурная схема прибора для измерения неэлектрических величин электрическими методами изображена на рис. 5.2. Измерительный преобразователь 1, преобразует измерение неэлектрической величины в электрическую, промежуточного преобразователя 2 и выходного устройства 3.

Измерительный преобразователь устанавливает однозначную функциональную связь между входной неэлектрической величиной X и выходной электрической величиной Y. Промежуточный преобразователь измеряет параметры электрического сигнала Y, который подается на вход преобразователя, и превращает его в сигнал Y', поступающий на вход выходного устройства 3. Он чаще выполняет роль усилительного блока, усиливая слабые электрические сигналы до величины, обеспечивающей надежную работу измерительного устройства. Промежуточный преобразователь может отсутствовать, если выходной сигнал измерительного преобразователя Y может быть надежно измерен выходным устройством 3. Таким образом, прибор для измерения неэлектрической величины электрическим способом содержит две части: измерительный преобразователь и измерительное устройство.

По принципу работы измерительные преобразователи (датчики) бывают параметрические, генераторные и частотные. В параметрических преобразователях изменение входной неэлектрической величины преобразуются в изменение электрических параметров схемы, например, R, L, С, μ.

В генераторных преобразователях измеряемая величина непосредственно изменяется в электрические величины U, I, E, Р.

Частотные преобразователи показывают на выходе частоту или период.

Промежуточные преобразователи выполняют широкие функции: преобразовывают математические операции (интегрирование, дифференцирование); компенсируют нелинейность первичного преобразователя; усиливают выходной сигнал Y до нужного уровня Y' и др.

Выходное устройство, шкала которого градуируется в единицах измеряемой неэлектрической величины, преобразовывает сигнал в угловое перемещение, силу, цифру и другие.

По своему устройству, принципу действия и конструкции измерительные преобразователи весьма разнообразны. В качестве примера рассмотрим измерения электрическими методами скоростей, температур.

Измерение изменяющейся во времени скорости движения газового потока или потока жидкости может быть измерено с помощью термоанемометров. Преобразователь термоанемометра состоит из платиновой нити, припаянной к двум магнитным стержням, которые укреплены в ручке из изоляционного материала. Сопротивление платиновой нити при определенных условиях будет однозначно определяться скоростью газового потока R=f(V) и измеряться с помощью моста. Обычно при установлении термоанемометров пользуются градуированными кривыми, которые строят по опытным данным.

Температура может быть изменена с помощью как параметрических, так и генераторных датчиков. В первом случае это весьма распространенные в последнее время термосопротивления, используют которые так же, как термоанемометрами. Во втором, температура изменяется с помощью термопар, которая состоит из двух спаянных одними концами проволочек, изготовленных из различных, специально выбранных материалов (медь-константан, хромель-алюмель и др.). Если температура спая отличается от температуры свободных концов термопары, то в этой системе возникает, как известно, термоЭДС. По величине этой ЭДС, измеряемой непосредственно магнитоэлектрическим пробором, можно определить температуру t[C], где размещается нагретый спай. Если температуру холодного спая поддерживать постоянной, можно получить градуировочную кривую, однозначно связывающую показания прибора с измеряемой температурой.

Пример генераторного преобразователя - генератор постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, ЭДС которого пропорциональна скорости (частоте) вращения. Такие машины называются тахогенераторами и предназначены для измерения скорости вращения машин.

К генераторным преобразователям относятся пьезоэлектрические, использующие свойства некоторых кристаллов (кварц, турмалин и др.) образовывать при сжатии на своей поверхности электрические заряды. Эти преобразователи применяются для измерения силы, давления, вибрации и других неэлектрических величин, в которых проявляются силовые воздействия.

В различных установках контроля и управления производственными процессами широко применяют преобразователи, использующие явления фотоэффекта: при освещении фотоэлектрических преобразователей на их зажимах появляется электрическое напряжение, пропорциональное освещенности.