Електричні датчики

Конструктивно магнітопружні датчики представляють собою магнітопровід з однією чи декількома обмотками. Магнітний опір сердечника

де l і s - довжина і площа перетину сердечника.

Якщо до сердечника прикладене механічне зусилля F, то магнітна проникність м зміниться. Отже, зміняться і магнітний опір сердечника, і індуктивність обмотки на сердечнику. Як бачимо, є аналогія з індуктивними датчиками. В індуктивних датчиках також відбувається зміна магнітного опору, але за рахунок довжини чи перетину повітряного зазору. У магнітопружних датчиках зазор не потрібний, сердечники можуть бути замкнутими.

Так само як і індуктивні датчики, магнітопружні датчики можуть бути використані у виді одинарних (мал. 30, а), трансформаторних (мал.30, б), диференційно-трансформаторних (мал.30, в).

Залежність магнітної проникності від механічних напруг має нелінійний характер. Зв'язано це як з нелінійністю кривої намагнічування, так і з нелінійною залежністю деформацій від зусилля. Нелінійність магнітопружного ефекту виражена дуже сильно. Наприклад, у слабких магнітних полях магнітна проникність під дією механічних напруг зростає, а в сильних полях - зменшується. Однак при визначених значеннях напруженості магнітного поля Н в сердечнику можна одержати близьку до лінійного залежність зміни магнітної проникності сердечника від відносної деформації чи нормальної механічної напруги у зоні лінійних деформацій. Найбільш помітний магнітопружний ефект у пермалоєвих (залізокобальтових і залізонікелевих) сплавах.

Слід зазначити, що в магнітопружних датчиках має місце і ще одне фізичне явище - магнітострикційний ефект. Його дія обернена магнітопружному ефекту: феромагнітне тіло, поміщене в магнітне поле, змінює свої геометричні розміри, тобто в ньому з'являються механічні деформації.

У перемінному магнітному полі і деформації будуть перемінними. А тому що знак деформації не залежить від напрямку магнітного поля, то частота коливань деформації буде в два рази вище частоти перемінного струму. На цьому принципі працюють, наприклад, магнітострикційні випромінювачі ультразвукових коливань.

6.7 Індукційні датчики

Індукційні датчики призначені для перетворення швидкості лінійних і кутових переміщень у ЕРС. Вони відносяться до датчиків генераторного типу.

Принцип дії індукційних датчиків заснований на законі електромагнітної індукції. Вихідним сигналом індукційних датчиків є ЕРС, що пропорційна швидкості зміни магнітного потоку, що пронизує витки котушки. Ця зміна відбувається за рахунок переміщення котушки в постійному магнітному полі чи за рахунок обертання феромагнітного індуктора щодо нерухомої котушки.

Основною відмінністю індукційних датчиків від індуктивних є те, що в них використовується постійне магнітне поле, а не змінне (живлення індуктивних датчиків здійснюється від мережі змінного струму). Постійне магнітне поле в індукційних датчиках створюється двома способами: постійними магнітами чи котушкою, по якій протікає постійний струм.

На мал. 31,а показана схема датчика з обмоткою щ₂, розміщена в повітряному зазорі, у якому постійний магнітний потік Ф створюється котушкою щ₁ включеної на постійну напругу U. При переміщенні котушки в магнітному полі в ній індукується ЕРС, пропорційна швидкості переміщення:

де к - коефіцієнт пропорційності, що залежить від числа витків щ₂ і конструктивних параметрів датчика.

На мал. 31,б показаний датчик, у якому постійний магнітний потік створюється за допомогою постійного магніту з полюсними наконечниками. ЕРС, індукуєма в обертовій котушці, пропорційнаі швидкості обертання Щ:

В обох цих датчиках котушки рухливі, тому для відводу від них вихідного сигналу (ЕРС) необхідні гнучкі струмопроводи чи контактні кільця з щітками.

Індукційний датчик може бути виконанийі і в іншій конструкції: з нерухомою котушкою й обертовим постійним магнітом (мал. 31, в). Надійність при цьому підвищується за рахунок відсутності ковзного контакту.

Можливий і інший спосіб підвищення надійності датчика за схемою мал. 9,б: і котушка, і постійний магніт нерухомі, а в зазорі між ними обертається феромагнітне кільце з вирізами (мал. 31, г) чи інший елемент, що має істотно різну магнітну провідність по взаємно перпендикулярних осях. При обертанні змінюється потік, що пронизує площину котушки.

У датчиках (мал. 31, б, в, г) як вихідний сигнал можна використовувати частоту ЕРС. Принцип їхньої дії власне кажучи такі ж, як у синхронних генераторів. Для виміру частоти обертання використовуються і спеціальні електричні машини малої потужності - тахогенератори.

Тахогенератор постійного струму (мал. 32, а) має обмотку збудження, що створює при живленні постійним струмом магнітний потік Ф. При обертанні якоря в ньому створюється ЕРС, пропорційна частоті обертання n:

Е= kФn,

де k - постійна, обумовленою конструкцією.

За допомогою колектора і щіток вихідний сигнал подається на навантаження у виді выпрямленного напруги.

Тахогенератор перемінного струму (мал. 32, б) має на статорі дві обмотки, зрушені одна щодо іншої на 90 ел. град.

Одна обмотка включається в мережу перемінного струму. При обертанні ротора, виконаного у виді тонкостінного електропровідного циліндра, в іншій обмотці наводиться перемінна ЕРС, що пропорційна частоті обертання n. Для підвищення температурної стабільності як матеріал порожнього ротора використовується константан.

Тахогенератори мають високу чутливість і потужність вихідного сигналу. Загальним недоліком усіх генераторних датчиків є залежність вихідного сигналу від опору навантаження.

7. ЄМНІСНІ ДАТЧИКИ

7.1 Принцип дії. Типи ємнісних датчиків

Робота ємнісних датчиків полягає в перетворенні вимірюваної величини в ємнісний опір. Тому ємнісні датчики відносяться до параметричного. Принцип дії ємнісних датчиків заснований на залежності ємності конденсатора від розмірів обкладок, відстані між ними, діелектричної проникності середовища між обкладками.

Ємність конденсатора, що має дві плоскі обкладки,

де о - відносна діелектрична проникність середовища між обкладками;

о₀ - діелектрична постійна (о₀ = 8,85·10^-12 Ф/м);

s - площа обкладок;

d - відстань між обкладками.

Звідси випливає, що зміна ємності конденсатора може відбуватися через зміну кожної з трьох величин: d, s, о. Найбільше поширення одержали ємнісні датчики, що вимірюють лінійні переміщення. На мал. 33, а, б показана схема ємнісного датчика лінійного переміщення і залежність ємності датчика від вхідного сигналу - переміщення х.

На мал. 34, а, б показана схема ємнісного датчика кутового переміщення і залежність ємності датчика від вхідного сигналу - кута повороту б. У цьому датчику ємність змінюється через зміну площі взаємного перекриття двох обкладок - пластин 1 і 2. Одна з пластин (1) нерухома, інша (2) - може повертатися на осі щодо пластини 1. Відстань між пластинами не міняється, при повороті пластини 2 міняється активна площа між пластинами 1 і 2 (на мал. 34, а відзначена штрихуванням).

На мал. 35 показаний ємнісний датчик рівня. У цьому датчику ємність змінюється в залежності від рівня рідини, оскільки змінюється діелектрична проникність середовища між нерухомими пластинами.

7.2 Застосування ємнісних датчиків

Ємнісні датчики використовуються в колах змінного струму. Ємнісний опір обернено пропорційно частоті живлення.

При малій частоті живлення ємнісний опір настільки великий, що зміна струму в колі з ємнісним датчиком дуже важко зафіксувати навіть високочутливим приладом.

Застосування ємнісних датчиків є кращим при живленні підвищеною частотою (400 Гц і більше).

У ємнісному датчику тиску (мал. 36) однією з обкладок конденсатора є плоска кругла мембрана 1, що сприймає тиск Р. Інша обкладка 2 датчики нерухомий і має такий же радіус R, що і мембрана 1. Між обкладками конденсатора мається початковий повітряний проміжок d_поч. Під впливом вимірюваного тиску Р мембрана прогинається, причому найбільше переміщення 8 має центр мембрани.

Диференціальний емнісний датчик мал. 37 являє собою плоский конденсатор з металевою обкладкою 1, на котру діє вимірювана сила F. Обкладка 1 закріплена на пружній підвісці 6 і під дією сили F переміщається паралельно самої собі.

Дві нерухомі обкладки 2 і 3 ізольовані від корпуса спеціальними прокладками 4 і 5. При відсутності сили F обкладка 1 займає симетричне положення щодо нерухомих обкладок 2 і 3. При цьому ємність конденсатора, утвореного пластинами 1 і 2, дорівнює ємності конденсатора, утвореного пластинами 1 і 3. Під впливом вимірюваної сили F, що переборює протидія пружної підвіски 6, обкладка 1 переміщається і ємності верхнього і нижнього конденсаторів одержують збільшення різних знаків.

На мал. 38 зображений диференціальний ємнісний датчик кутових переміщень.

На мал. 39 показаний ємнісний датчик з циліндричними обкладками, застосовуваний для виміру рівня струмонепровідних рідин чи сипучих тел. Однією обкладкою може служити металевий бак чи резервуар із внутрішнім радіусом r₁ друга обкладка виконана у виді металевого стрижня чи циліндра з зовнішнім радіусом r₂. Якщо резервуар заповнений до рівня х рідиною з діелектричною проникністю, то ємність датчика можна представити як ємність двох паралельно з'єднаних конденсаторів.

Вимір рівня за допомогою ємнісних датчиків використовується в космічній і авіаційній техніці, хімії, нафтохімії, інших галузях промисловості.

Ємнісні датчики знайшли застосування також для автоматичного виміру товщини різних матеріалів і покрить у процесі їхнього виготовлення.

Розглянемо ємнісний датчик (мал. 40.) для виміру товщини матеріалу з діелектрика (наприклад, ізоляційної стрічки).

мал. 40

Між нерухомими обкладками конденсатора 1 протягається за допомогою роликів 2 контрольований матеріал 3.

Ємність датчика, що представляє собою плоский двообкладочний конденсатор із двошаровим діелектриком.

Чим менше різниця між d і Д, чим більше діелектрична проникність матеріалу о, тим вище чутливість. Підвищити чутливість виміру за допомогою ємнісних датчиків можна за рахунок вибору відповідної вимірювальної схеми.

8. ТЕРМОРЕЗИСТОРИ

8.1 Призначення. Типи терморезисторів

Терморезистори відносяться до параметричних датчиків температури, оскільки їхній активний опір залежить від температури.

Терморезистори називають також термометрами опору чи термоопорами. Вони застосовуються для виміру температури в широкому діапазоні від -270 до 1600 °С.

Якщо терморезистор нагрівати, пропускаючи через нього електричний струм, то його температура буде залежати від інтенсивності теплообміну з навколишнім середовищем. Тому що інтенсивність теплообміну залежить від фізичних властивостей газового чи рідкого середовища (наприклад, від теплопровідності, щільності, в'язкості), у якій знаходиться терморезистор, від швидкості переміщення терморезистора щодо газового чи рідкого середовища, то терморезистори використовуються й у приладах для виміру таких неелектричних величин, як швидкість, витрата, щільність і ін.

Розрізняють металеві і напівпровідникові терморезистори.

Металеві терморезистори виготовляють з чистих металів: міді, платини, нікелю, заліза, рідше з молібдену і вольфраму.

Для більшості чистих металів температурний коефіцієнт електричного опору складає приблизно (4 - 6,5)· 10^-3 1/С°, тобто при збільшенні температури на 1 °С опір металевого терморезистора збільшується на 0,4-0,65 %. Найбільше поширення одержали мідні і платинові терморезистори.

Хоча залізні і нікелеві терморезистори мають приблизно в півтора разу більший температурний коефіцієнт опору, ніж мідні і платинові, однак застосовуються вони рідше. Справа в тім, що залізо і нікель сильно окисляються і при цьому змінюють свої характеристики. Узагалі додавання в метал незначної кількості домішок зменшує температурний коефіцієнт опору. Сплави металів і метали, що окисляються, мають низьку стабільність характеристик. Однак при необхідності вимірювати високі температури приходиться застосовувати такі жароміцні метали, як вольфрам і молібден, хоча терморезисторы з них мають характеристики, що трохи відрізняються від зразка до зразка.

Широке застосування в автоматиці одержали напівпровідникові терморезистори, що для стислості називають термісторами.

Матеріалом для їхнього виготовлення служать суміші оксидів марганцю, нікелю і кобальту; германій і кремній з різними домішками й ін.

У порівнянні з металевими терморезисторами напівпровідникові мають менші розміри і великі значення номінальних опорів. Термістори мають на порядок більший температурний коефіцієнт опору (до -6 · 10^-3 1/С°,). Але цей коефіцієнт - відємний, тобто при збільшенні температури опір термістора зменшується. Істотний недолік напівпровідникових терморезисторів у порівнянні з металевими - мінливість температурного коефіцієнта опору.

З ростом температури він сильно падає, тобто термістор має нелінійну характеристику. При масовому виробництві термістори дешевше металевих терморезисторов, але мають більший розкид характеристик.

8.2 Металеві терморезистори

Опір металевого провідника R залежить від температури:

де С - постійний коефіцієнт, що залежить від матеріалу і конструктивних розмірів провідника; б - температурний коефіцієнт опору; е - основа натуральних логарифмів.

Мідні терморезистори випускаються серійно і позначаються ТСМ з відповідним градуюванням:

- гр. 23 має опір 53,00 Ом при 0 °С;

- гр. 24 має опір 100,00 Ом при 0 °С.

Мідні терморезисторы виконуються з дроту діаметром не менш 0,1 мм, покритою для ізоляції емаллю.

Для платинових терморезисторів, що застосовуються в більш широкому діапазоні температур, ніж мідні, варто враховувати залежність температурного коефіцієнта опору від температури.

Платинові терморезисторы випускаються серійно і позначаються ТСП з відповідним градуюванням:

- гр. 20 має опір 10,00 Ом при 0 °С,

- гр. 21 має опір 46,00 Ом при 0 °С;

- гр. 22 має опір 100,00 Ом при 0 °С.

Платина застосовується у виді неізольованого дроту діаметром 0,05-0,07 мм.

У таблиці приведені залежності опору металевих терморезисторів від температури; вони називаються стандартними градуїровочними таблицями.

На мал. 41 показана будова платинового термометра опору. Сам терморезистор виконаний із платинового дроту 1, намотаної на слюдяну пластину 2 з нарізкою. Слюдяні накладки 3 захищають обмотку і кріпляться срібною стрічкою 4. Срібні виводи 5 пропущені через порцелянові ізолятори 6. Термоопір міститься в металевий захисний чохол 7.

8.3 Напівпровідникові терморезистори

Опір напівпровідникових терморезисторів (термісторів) різко зменшується з ростом температури. Їхня чутливість значно вище, ніж металевих, оскільки температурний коефіцієнт опору напівпровідникових терморезисторів приблизно на порядок більше, ніж у металевих. Правда, для термісторів цей коефіцієнт непостійний, він залежить від температури і їх рідко користаються при практичних розрахунках.

Основною характеристикою терморезистора є залежність його опору від абсолютної температури Т:

де А - постійний коефіцієнт, що залежить від матеріалу і конструктивних розмірів термістора; В - постійний коефіцієнт, що залежить від фізичних властивостей напівпровідника; е - основа натуральних логарифмів.

Порівняння формули показує, що в термісторів з ростом температури опір зменшується, а в металевих терморезисторів - збільшується. Отже, у термісторів температурний коефіцієнт опору має відємне значення.

Серійно випускаються мідно-марганцеві (тип ММТ) і кобальтово-марганцеві (тип КМТ) термістори.

Термістори випускаються в різних конструктивних виконаннях: у виді стержнів, дисків, бусинок. На мал. 42 показані деякі конструкції термісторів.

Термістори типів ММТ-1, КМТ-1 (мал. 42, а) зовні подібні високоомним резисторам з відповідною системою герметизації.

Вони складаються з напівпровідникового стрижня 1, покритого емалевою фарбою, контактних ковпачків 2 зі струмовідводами 3.

Термістори типів ММТ-4 і КМТ-4 (мал.42, б) також складаються з напівпровідникового стрижня 1, контактних ковпачків 2 зі струмовідводами 3. Крім покриття емаллю стрижень обмотується металевою фольгою 4, захищений металевим чохлом 5 і скляним ізолятором 6. Такі термістори застосовні в умовах підвищеної вологості.

На мал. 42, в показаний термістор спеціального типу ТМ-54 - "Голка". Він складається з напівпровідникової кульки 1 діаметром від 5 до 50 мкм, що разом із платиновими електродами 2 впресований у скло товщиною порядку 50 мкм. На відстані біля 2,5 мм від кульки платинові електроди приварені до виводів 3 з нікелевого дроту. Термістор разом зі струмовідводами поміщений у скляний корпус 4. Термістори типу МТ-54 мають дуже малу теплову інерцію, їхня постійна часу порядку 0,02 с, і вони використовуються в діапазоні температур від -70 до +250 °С. Малі розміри термістора дозволяють використовувати його, наприклад, для вимірів у кровоносних судинах людини.

8.4 Застосування терморезисторів

При використанні терморезисторів як датчики систем автоматики розрізняють два основних режими. У першому режимі температура терморезистора практично визначається тільки температурою навколишнього середовища. Струм, що проходить через терморезистор, дуже малий і практично не нагріває його. В другому режимі терморезистор нагрівається проходячим по ньому струмом, а температура терморезистора визначається умовами тепловіддачі, що змінюються, наприклад інтенсивністю обдува, щільністю навколишньої газового середовища і т.п..

При використанні терморезисторів у першому режимі вони відіграють роль датчиків температури і називаються звичайно термометрами опору. Найбільше поширення одержали термометри опору типів ТСП (платинові) і ТСМ (мідні), що включаються в мостову вимірювальну схему.

У процесі виміру температури за допомогою термометрів опору можуть виникати наступні погрішності: 1) від коливання напруги живлення; 2) від зміни опору сполучних проводів при коливаннях температури навколишнього середовища; 3) від власного нагрівання датчика під дією струму, що протікає через нього.

Розглянемо тепер деякі приклади використання власного нагрівання терморезисторів у пристроях для виміру різних фізичних величин, побічно зв'язаних з температурою.

Автоматичний вимір швидкості газового потоку проводиться за допомогою термоанемометра. Датчик цього приладу (мал. 43, а) складається з терморезистора, що представляє собою тонкий платиновий дріт 1, припаяний до двох манганінових стрижнів 2, закріпленим в ізоляційній втулці 3. За допомогою виводів 4 терморезистор включається у вимірювальну схему. Через терморезистор пропускається струм, що викликає його нагрівши. Але температура (а отже, і опір) терморезистора буде визначатися швидкістю газового потоку, у який поміщений датчик. Чим більше буде ця швидкість, тим інтенсивніше буде відділятися теплота від терморезистора.

На мал. 43, б показана градуровочная крива термоанемометра, з якої видно, що при збільшенні швидкості приблизно вдвічі опір терморезистора зменшується приблизно на 20 %.

На аналогічному принципі заснована робота електричного газоаналізатора.

Якщо взяти два однакових терморезистора, що саморозігріваються, і помістити один у камеру, наповнену повітрям, а інший - у камеру, наповнену сумішшю повітря з вуглекислим газом СО₂, то через різну теплопровідність повітря і вуглекислого газу опір терморезисторов буде різним. Тому що теплопровідність вуглекислого газу значно менше теплопровідності повітря, то і відвід теплоти від терморезистора в камері з СО₂ буде менше, ніж від терморезистора в камері з повітрям. По різниці опорів терморезисторов можна судити про процентний вміст вуглекислого газу в газовій суміші.

Залежність теплопровідності газу від його тиску дозволяє використовувати терморезистори з власним нагріванням в електричних вакуумметрах. Чим глибше вакуум (тобто більш розріджений газ), тим гірше умови тепловіддачі з поверхні терморезистора, поміщеного у вакуумну камеру. Якщо через терморезистор пропускати струм для його нагрівання, то температура терморезистора буде зростати при зменшенні тиску контрольованого газу.

Таким чином, за допомогою терморезисторов можна вимірювати швидкості і витрата газів і рідин, тиск і щільність газів, визначати процентний уміст газів у суміші. Крім платини в таких приладах використовують вольфрам, нікель, напівпровідникові терморезисторы. Для того щоб виключити вплив коливань температури навколишнього середовища, прагнуть забезпечити досить інтенсивне власне нагрівання (до 200-500 °С).

9. ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНІ ДАТЧИКИ

9.1 Принцип дії

Термоелектричні датчики відносяться до датчиків генераторного типу. Їхня робота заснована на одному з термоелектричних явищ - появі термоелектрорушійної сили (термо-е.р.с).

Сутність цього явища полягає в наступному. Якщо скласти електричне коло із двох різнорідних металевих провідників (чи напівпровідників), причому з одного кінця провідники згрупувати, а місце з'єднання (спай) нагріти, то в такому колі виникає ЕРС. Ця ЕРС буде пропорційна температурі місця спаю (точніше - різниці температур місця спаю і вільних, неспаяних кінців). Коефіцієнт пропорційності залежить від матеріалу провідників і у визначеному інтервалі температури залишається постійним. Коло, складене із двох різнорідних матеріалів, називається термопарою; провідники, що складають термопару, називаються термоелектродами; місця з'єднання термоелектродів - спаями. Спай, що поміщається в середовище, температуру якого треба вимірити, називається гарячим чи робочим. Спай, щодо якого виміряється температура, називається холодним чи вільним. Виникаюча при різниці температур гарячого і холодного спаїв ЕРС називається термо-е.р.с. За значенням цієї термо-е.р.с можна визначити температуру.

Фізична сутність виникнення термо-е.р.с. пояснюється наявністю вільних електронів у металах. Ці вільні електрони хаотично рухаються між позитивними іонами, що утворять основу кристалічних ґрат. У різних металах вільні електрони володіють при одній і тій же температурі різними швидкістю й енергією. При з'єднанні двох різнорідних металів (електродів) вільні метали з одного електрода проникають в іншій. При цьому метал з більшою енергією і більшою швидкістю вільних електронів їх втрачає. Отже, він здобуває позитивний потенціал. Метал з меншою енергією вільних електронів здобуває негативний потенціал. Виникає контактна різниця потенціалів. При однаковій температурі спаїв (И₁ = И₂ на мал. 44, а) контактна різниця потенціалів не може створити струму в замкнутомуколі. Контактна різниця в спаї 1 спрямована назустріч контактної різниці в спаї 2. Але якщо нагріти один зі спаїв (робочий) до температури И₁ > И₂, то контактна різниця в спаї 1 збільшиться, а в спаї 2 залишиться без зміни. У результаті в контурі і виникає термо-е.р.с., тим більша, чим більше різниця температур спаїв 1 і 2.

Для виміру термо-ерс, вироблюваною термопарою, у ланцюг термопари включають вимірювальний прилад (наприклад, мілівольтметр).

Мілівольтметр включають, розімкнувши вільний спай (мал.44, б), або в розрив одного з термоелектродів (мал.44, в). Як видно зі схем включення вимірювального приладу, у випадку розімкнутого вільного спаю (мал.44, б) у термопари три спаї: один гарячий 1 і два холодних 2 і 3, що повинні мати постійну температуру. При включенні мілівольтметра в розрив одного з термоелектродів (мал.44, в) є чотири спаї: один гарячий 1, однин холодний 2 (він повинний мати постійну температуру), два нейтральних 3 і 4 (вони повинні знаходитися при однаковій, але не обов'язково постійній температурі).

Для обох схем термо-ерс і показання приладу будуть однаковими, якщо відповідно однаковими будуть температури гарячих і холодних спаїв.

Спосіб виготовлення спаю (зварюванням, спайкою і т.п. ) на термо-ерс не впливає, якщо тільки розміри спаю такі, що температура його у всіх точках однакова.

Значення термо-ерс і її напрямок залежать від матеріалів електродів А и В.

У таблиці приведені термо-е.р.с. для різних матеріалів у парі з платиною при температурі гарячого спаю 100 °С (373 К) і температури холодного спаю 0 °С (273 К). Знак плюс перед термо-ерс означає, що в холодному спаї струм йде в напрямку до платинового електрода.

Якщо скласти термопару з матеріалів, що стосовно платини мають термо-ерс різних знаків, то термо-ерс такої термопари буде дорівнює сумі терм-ерс матеріалів стосовно платини. Матеріали для термопар варто підбирати таким чином, щоб термо-ерс мали досить великі значення, що забезпечують високу чутливість виміру.

9.2 Матеріали, застосовувані для термопар

До матеріалів для термоелектродів термопар крім вимоги одержання великого значення термо-ерс пред'являються й інші вимоги.

Мабуть, найбільш важливим з них є забезпечення взаємозамінності. Це означає, що термопари того самого типу повинні мати при однакових температурах ту саму термо-ерс.

У цьому випадку заміна термопари не повинна привести до перенастроювання чи переградуювання вимірювального приладу.

У залежності від матеріалу електродів термопари, що одержали практичне застосування, розділяються на дві основні групи: із благородних і неблагородних металів.

В таблиці дана залежність термо ЕРС для стандартних термопар (при температурі вільного кінця 0 °С)

Найбільше поширення з першої групи одержала термопара типу ТПП. Один електрод її виготовлений із платинородія (90 % платины і 10 % родію), іншої - з чистої платини. Ця термопара може використовуватися як зразкова. Перевагами її є хімічна стійкість до окисного середовища, взаємозамінність термоэлектродов, повторюваність характеристик. Недолік - мале значення термоэдс. Термопара типу ТПП може довгостроково працювати при температурі 1300 °С, термо-е.р.с. її при цій температурі складає 13,152 мВ.

Для більш високих температур (довгостроково - до 1600 °С, короткочасно - до 1800 °С) застосовується термопара ТПР. Один електрод- платинородій (70 % платины і 30 % родію), інший електрод також платинородій (94 % платины і 6 % родію). При температурі 1800 °С термо-ерс складає 13,927 мВ.

Істотно великі значення термо-ерс мають термопари з неблагородних металів, матеріалом для електродів яких служать спеціально розроблені сплави: хромель (89 % нікелю, 9,8 % хрому, 1 % заліза, 0,2 % марганцю), алюмель (94 % нікелю, 2,5 % марганцю, 2 % алюмінію, 1 % кремнію, 0,5 % заліза), копель (55 % міді, 45 % нікелю).

Найбільше поширення одержали термопари типу ТХА (хромель-алюмель) і типу ТХК (хромель-копель). Хромель-алюмелеві термопари застосовують для виміру температур у межах від -50 до 1000 °С. Вони здатні працювати в окисному середовищі, оскільки утворена при нагріванні тонка захисна плівка перешкоджає проникненню кисню усередину металу. Хромель-копелеві термопари мають найбільшь високу чутливість: 6,95 мВ на 100 °С. Однак діапазон вимірюваних температур (від -50 до 600 °С) трохи нижче, ніж у термопар типу ТХА. Трохи гірше в термопар типу ТХК і лінійність характеристики. Їхнім достоїнством є більш висока вологостійкість.

На мал 45. показані залежності термо-ерс від температури для різних термопар.

Конструктивно термопари виконуються в спеціальній арматурі, що забезпечує захист електродів від дії гарячих хімічно агресивних газів і пар, електричну ізоляцію виводів.

Для захисту термопар з неблагородних металів застосовують сталеві трубки діаметром 21 мм і з максимальною глибиною занурення до 2 м.

Тому що термопари є датчиками генераторного типу, то їх у принципі можна використовувати і для одержання електроенергії.

Вимірювальні термопари для цієї мети практично непридатні, оскільки їх термо-ерс невелика. Але термопари з електродами з напівпровідникових матеріалів мають термо-ерс, на порядок більшу (до 65 мВ на 100 °С). За допомогою таких термопар може здійснюватися, наприклад, і перетворення сонячної енергії в електричну. Знайшли застосування вони в побуті: термогенератори використовуються для живлення радіоприймачів. КПД напівпровідникових термоелементів досягає 10 %. Для цілей виміру напівпровідникові термопари поки не застосовуються через не лінійність характеристики, малої механічної міцності і порівняно малого (до 500 °С) температурного діапазону.

9.3 Вимір температури за допомогою термопар

При автоматичному вимірі температури за допомогою термопар використовуються два основних методи: безпосередній вимір термо-ерс за допомогою мілівольтметра і компенсаційний метод.

Тому що значення термо-ерс, що розвивається термопарою, невелика, для безпосереднього виміру її необхідні високочутливі мілівольтметри магнітоелектричного типу. Прилади цього типу працюють на основі взаємодії магнітного поля постійного магніту і вимірюваного струму, що протікає по рухливій рамці. Для створення достатнього обертаючого моменту при дуже невеликому струмі рамка виконується з великого числа витків тонкого мідного проводу. Протидіючий момент створюється спіральними пружинами, по яких і підводиться струм у рамку.

Шкала мілівольтметра градуюється безпосередньо в градусах і на ній указується тип термопари, для якої призначений даний мілівольтметр.

На мал 46. показано схему включення термопари для виміру температури.

Розглянемо вимір температури компенсаційним методом за допомогою термопари й автоматичного потенціометра. На мал. 47 показана термопара ТП, що виробляє термо-ерс Еп, і мостова схема, що виробляє напругу, що компенсує, U_K, що знімається між точками А і Б. Різниця цих напруг подається на вхід підсилювача (У), що живить керуючу обмотку виконавчого електродвигуна (ЭД). Обмотка збудження ЭД постійно підключена до джерела перемінної напруги, а швидкість обертання ЭД залежить (приблизно пропорційно) від напруги на його керуючій обмотці. Електродвигун (ЭД) через редуктор (Р) переміщає движок каліброваного реохорда (потенціометричного датчика) R_п доти , поки напруга не зрівняється с ЕРС. Одночасно переміщаються покажчик на шкалі приладу і перо самописця. При U_K = Е_д напруга на вході підсилювача дорівнює нулю і електродвигун (ЭД) зупиниться.

Кожному значенню вихідного сигналу датчика відповідає визначене положення покажчика на шкалі. Шкала проградуйована в °С і на ній зазначений тип термопари, для якої виконана градуїровка.

10. ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ДАТЧИКИ

10.1 Призначення. Типи фотоелектричних датчиків

Фотоелектричні датчики реагують на зміну освітленості. Як правило, фотоелектричний датчик складається з джерела і приймача світлового потоку (ПСП). Джерелом світлового потоку може бути сам об'єкт виміру чи спеціальний освітлювач (наприклад, у виді звичайної лампи накалювання). Досвідчений сталевар, розглядаючи через темно-синій світлофільтр розплавлений метал, може визначити "на око" його температуру, необхідність внесення яких-небудь добавок.

По світловому потоці, що виходить від розпеченого чи розплавленого металу, фотоелектричний пірометр автоматично вимірює температуру. У даному випадку джерелом світлового потоку є сам об'єкт виміру (мал.48, а).

Однак частіше використовуються лампи накалювання, що створюють постійний світловий потік, а його зміна відбувається під впливом переміщення шторки (мал.48, б), проходження світла через контрольоване середовище (мал.48, в), під впливом властивостей контрольованого об'єкта, від якого відбивається світловий потік (мал.48, г).

Відповідно до цих можливих варіантів зміни світлового потоку за допомогою фотоелектричних датчиків можна вимірювати переміщення і підраховувати число предметів, визначати рівень, прозорість, задимленість, колір різних матеріалів, оцінювати якість обробленої поверхні (блиск, шорсткість, фарбування). Фотоелектричні датчики використовують в оптико-електронних перетворювачах різних величин. Тут варто нагадати, що більш 75 % всієї інформації, що одержує людина, сприймається за допомогою зору. Тому і фотоелектричні датчики, що сприймають оптичну інформацію, знаходять широке застосування. За допомогою фотоелектричних датчиків здійснюється і так називаний "технічний зір".

У приймачах світлового потоку фотоелектричних датчиків використовується фотоефект. Під фотоефектом розуміють зміну властивостей матеріалу при зміні його освітленості. Розрізняють зовнішній, внутрішній і вентильний фотоефект.

Зовнішній фотоефект полягає в тому, що під впливом потоку випромінювання електрони вилітають з катода електронної лампи і струм емісії залежить від освітленості катода.

Внутрішній фотоефект виявляється в тім, що активний опір напівпровідникового матеріалу залежить від його освітленості.

При вентильному фотоефекті між шарами освітленого провідника і неосвітленого напівпровідника, розділених тонким ізоляційним шаром, виникає ЕРС, що залежить від освітленості.

При зовнішньому фотоефекті носії струму виходять за межі матеріалу, при внутрішньому - залишаються усередині напівпровідника. Вентильний фотоефект, строго говорячи, теж є внутрішнім фотоефектом.

Усі фотоелектричні датчики є селективними (вибірковими), тобто їхня чутливість залежить від частоти світлового випромінювання. Іншими словами, ці датчики реагують на визначений колір: червоний, зелений, синій чи інший, включаючи і невидиму частину спектра (інфрачервоне й ультрафіолетове випромінювання).

Діапазон довжин хвиль видимого світла л= 0,38ч0,78 мкм. Більш короткі хвилі відносяться до ультрафіолетового діапазону, більш довгі - до інфрачервоного.

10.2 Приймачі випромінювання фотоелектричних датчиків

До приймачів випромінювання на основі зовнішнього фотоефекта відносяться електровакуумні чи газонаповнені фотоелементи, фотоелектронні помножувачі і передавальні електронно-променеві трубки.

До приймачів випромінювання на основі внутрішнього фотоефекта відносяться фоторезистори, фотодіоди і фототріоди. Усі приймачі випромінювання є електронними і напівпровідниковими приладами і вивчаються в курсі електроніки. Тут будуть розглянуті тільки короткі фізичні основи їхньої роботи і характеристики тих приймачів випромінювання, що знайшли застосування в системах автоматики.

На мал. 49 приведена схема включення вакуумного фотоелемента.

Анод А та катод К фотоелемента знаходяться в скляному балоні, з якого відкачане повітря. Коли світловий потік падає на катод, покритий активним шаром, електрони одержують енергію, що дозволяє їм вилетіти з катода. Це явище називається фотоелектронною емісією. Під дією джерела живлення з ЕРС Е між катодом і анодом створюється електричне поле, що і змушує електрони переміщатися від катода до анода.

В електричному ланцюзі створюється електричний струм, називаний фотострумом. Коли дія світла припиняється, струм у фотоелементі і зовнішньому електричному колі зникає.

Залежність фотоструму від світлового потоку називається світловою характеристикою. Ця характеристика при постійних значеннях Е та R практично лінійна. Фотоелемент характеризується також чутливістю, що дорівнює відношенню фотоструму (у мікроамперах) до світлового потоку (у люменах). У газонаповнених фотоелементах завдяки іонізації молекул газу, що заповнює балон, фотострум збільшується. Тому чутливість газонаповнених фотоелементів більше, ніж у вакуумних. Однак світлова характеристика вакуумного фотоелемента більш стабільна, менш залежна від коливань напруги живлення, чим у газонаповнених елементів. Тому для цілей автоматичного виміру частіше застосовуються вакуумні фотоелементи.

Фотоелектронні помножувачі (ФЕП) на відміну від фотоелементів мають додаткові електроди. Завдяки вторинній емісії електронів з цих електродів чутливість ФЕП в багато разів перевищує чутливість фотоелементів. Однак для ФЕП потрібна і значно більша напруга живлення.

Фоторезистор складається зі світлочутливого шару напівпровідника товщиною біля мікрометра, нанесеного на скляну чи кварцову пластинку. Струмознімальні електроди виконані з застосуванням дорогоцінних металів. При внутрішньому фотоефекті під дією світлового потоку в напівпровіднику з'являються додаткові вільні електрони, завдяки чому збільшується електропровідність, а опір фоторезистора зменшується.

Промисловістю випускаються фоторезистори типів СФ, ФР, ФС різних модифікацій. У них використовуються напівпровідникові матеріали: сірчистий кадмій, сірчистий свинець, германій, індій і ін.

На мал. 50, б, в, г показаний зовнішній вигляд деяких фоторезисторів,

До недоліків фоторезисторів варто віднести їх інерційність. Вона полягає в тім, що при освітленні фоторезистора фотострум не відразу досягає свого кінцевого значення, а при припиненні освітлення струм знижується до первинного значення також не миттєво, а після закінчення визначеного часу. Постійна часу фоторезисторів складає десяті і соті долі секунди. Ще один недолік фоторезисторів - залежність опору від температури.

Фотодіодами називаються напівпровідникові прилади, засновані на внутрішньому фотоефекті і використовуючі однобічну провідность р-n-переходу.

Розрізняють два режими роботи фотодіодів: фотогальванічний і фотодіодний.

У фотогальванічному режимі не потрібно джерело живлення, оскільки при освітленні р-n-переходу з'являється ЕРС, під дією якої виникає струм у зовнішньому колі. У цьому режимі фотодіод безпосередньо перетворить енергію світла в електричну енергію. При освітленості в 8·10³ лк фото-е.р.с. складає близько 0,1 В.

У фотодіодному режимі до фотодіода прикладається напруга зворотної полярності, тобто така, при якій звичайний діод не проводив би струм. При освітленні фотодіода (його р-n-переходу) зворотний струм різко збільшується, фотодіод починає проводити струм у зворотному напрямку.

Промисловістю випускаються фотодіоди типу ФД різних модифікацій. Як матеріал чуттєвого шару використовуються германій, кремній, селенів. На мал.51, а, б показані конструкції деяких фотодіодів, на мал.51, в - його будова.

На металеву пластинку 1 наноситься шар напівпровідника 2, поверх якого осаджується напівпрозора плівка золота 3. Між золотою плівкою і напівпровідником створюється замикаючий шар. Поверх плівки 3 накладається захисний шар прозорого лаку 4. З зовнішнім колом фотодіод з'єднується за допомогою виводів, одним із яких є контактне металеве кільце 5.



При замиканні фотодіода на опір навантаження по зовнішньому колі потече струм, що залежить від світлового потоку. Такий режим роботи фотодіода називається фотогальванічним. У цьому режимі фотодіод безпосередньо перетворить енергію світла в електроенергію. Чутливість фотодіода до сумарного світлового потоку при короткому замиканні селенових фотоелементів досить велика і складає 0,5 мА на 1 лм. При збільшенні зовнішнього опору в колі фотодіода його чутливість падає. Інерційність фотодіодів приблизно на порядок менше, ніж у фоторезисторів.

Фотодіоди частіше використовуються не для цілей автоматичного виміру, а в схемах фотореле. Для цих же цілей використовуються і фототранзистори, що сполучають властивості фотодіода і підсилювального транзистора.

10.3 Застосування фотоелектричних датчиків

Фотоелектричні датчики одержали дуже широке поширення в системах автоматики і мають гарну перспективу подальшого поширення.

Найбільше часто вони використовуються в схемах релейної дії, де видають дискретний сигнал: «Освітлено» чи «Затемнено».

Фотореле складається з освітлювача, що створює світловий потік, і приймача випромінювання (фотоелемента, фоторезистора, чи фотодіода фототранзистора). Приймач випромінювання включений у коло обмотки електромеханічного реле (чи безпосередньо частіше через підсилювач). При попаданні світлового потоку на приймач стрибком змінюється фотострум і спрацьовує реле, здійснюючи необхідні переключення в схемі керування яким-небудь пристроєм.

Такі фотореле використовуються в турнікетах, що пропускають пасажирів у метро, фіксують досягнення різними механізмами визначених положень, дуже широко застосовуються в автоматичних пристроях захисту обслуговуючого персоналу від виробничих травм. Коли рука робітника випадково перетинає світловий бар'єр, що обгороджує небезпечну зону, подається попереджуючий сигнал чи механізм узагалі зупиняється. За допомогою фотодатчиків здійснюється зчитування дискретної інформації з перфострічки.

Інформація на такій стрічці записана за допомогою отворів, що пробиваються у визначених місцях. Наявність отвору означає цифру 1, а відсутність отвору - цифру 0 у двійковому коді. Кожному розряду в двійковій формі числення відповідає місце розташування отворів на перфострічці. Перфострічка прокручується між освітлювальною лампою і декількома фотодатчиками (мал. 52, а), кількість яких відповідає числу розрядів, що зчитуються. Для таких цілей можуть використовуватися спеціальні напівпровідникові прилади, що поєднують в одній конструкції кілька фотодатчиків.

Ці фотодатчики розташовуються в одну лінію один заодним, наприклад, так називана лінійка фотодіодів. Є також і фотодіодні матриці, де фотодатчики розташовані, як клітки в таблиці.

Лінійку фотодіодів використовують для виміру розмірів деталі, переміщуваної на конвеєрі. Деталь перекриває світловий потік (мал.52, б) і затемнює таку кількість фотодіодів, що відповідає висоті деталі.

Вимір довжини переміщуваної деталі може виконуватися і по сигналі одного фотодатчика (мал. 52, в). Деталь, перетинаючи передньою крайкою світловий бар'єр, дає сигнал на підрахунок числа імпульсів.

Коли фотодатчик знову висвітлюється, підрахунок імпульсів закінчується. По зафіксованому лічильником кількості імпульсів визначається довжина предмета, що рухається. Датчик імпульсів кінематично зв'язаний із приводом конвеєра. Тому коливання швидкості руху деталі не впливають на точність виміру її довжини.

Розглянемо застосування фотоелектричних датчиків для перетворення кута повороту в цифровий код (мал. 53, а, б).

Освітлювач направляє світловий потік через прозорий диск, на який фотохімічним способом нанесена кодова шкала з прозорими і непрозорими ділянками. З іншої сторони диска розташовані фотоприймачі, кількість яких дорівнює числу розрядів двійкового числа. На мал.53 показаний кодовий диск із шістьма розрядами.

Самий старший розряд розташований ближче усього до центра диска.

Прозора ділянка означає двійкову цифру "1", непрозорий - двійкову цифру "0". Якщо у всіх розрядах "0", то це двійковий код числа 0. Якщо у всіх розрядах "1", то це двійковий код десяткового числа 63 (111111₂ =63₁₀). Світло, проходячи через кодовий диск, попадає на фотоприймачі. Наявність вихідного сигналу з фотоприймача приймається за "1", відсутність - за "0".

Такий пристрій називається аналого-цифровим перетворювачем чи кодовим датчиком.

Для виміру обертового моменту, застосовуються фотоелектричні торзіометри. Перед дротовими тензометрами вони мають ту перевагу, що не мають потребу в струмознімальному пристрої.

Вони забезпечують безконтактне знімання сигналу з обертового вала. Принцип дії фотоелектричного торзиометра показаний на мал. 54. На випробуваному валу 1 укріплені два диски 2, що мають прорізи (вікна) у радіальному напрямку. Ці диски обертаються разом з валом. Під дією моменту навантаження вал скручується і диски зміщаються один щодо одного на кут, пропорційний моменту і відстані між дисками.

На нерухомій частині торзіометра розташоване джерело світла 3 (лампа накалювання) і два фотоприймачі 4. Лампа поміщена посередині між дисками, а фотоприймачі розташовані по обох сторонах дисків. При відсутності обертового моменту, прорізи правого і лівого дисків знаходяться на одній осі і світловий потік одночасно попадає на обидва фотоприймачі. Отже, у цьому випадку фотоструми обох приймачів будуть збігатися по фазі. При збільшенні обертового моменту, диски зміщаються один щодо одного і висвітлення фотоприймачів буде відбуватися не одночасно, а зі зрушенням у часі. Тому фотоструми приймачів 4 виявляться зрушеними по фазі. Кількість прорізів на кожнім диску і відстань між ними звичайно вибирають так, щоб при максимальному обертовому моменті, фазове зрушення між фотострумами складав 180 . Вимірювальне коло приладу здійснює вимір фазового зрушення між струмами, чи вимір часу між імпульсами фотострумів.

Останнім часом як джерела світла для фотоелектричних датчиків усі частіше застосовуються не лампи накалювання, а світлодіоди, що мають велику надійність і дуже мале споживання електроенергії для живлення.

Взагалі треба відзначити, що зараз дуже швидко розвивається оптоелектронна техніка, що забезпечує як перетворення енергії світла в електроенергію, так і зворотне перетворення.

Як датчики положення, визначення якості поверхонь, для зчитування графічної інформації починають застосовуватися відбивні оптрони.

Для високоточних вимірів малих переміщень використовують фотоелектричні датчики, у яких між джерелом світла і фотоприймачем містяться диски чи лінійки з прозорого матеріалу з нанесеними на них непрозорих штрихів. В даний час відомі лінійки, що мають до тисячі штрихів на 1 мм довжини. Тому навіть при малому переміщенні лінійки виникає значна зміна сигналу фотоприймача. Ще більш високу чутливість можна одержати з використанням двох лінійок, штрихи однієї з який виконані з невеликим нахилом. При взаємному переміщенні таких лінійок виникає так називаний "муаровий" ефект. При незначному переміщенні лінійок з'являються темні "муарові" смуги і світловий потік, що падає на фотоприймач, різко змінюється.

В усіх розглянутих вище прикладах сам фотострум не впливав на точність чи виміру перетворення. Фотоприймачі працювали не в аналоговому, а в дискретному режимі. Такий режим дозволяє мати більш прості конструкції і схеми приладів, тому що не потрібно забезпечити високу стабільність світлового потоку і напруги живлення.

Однак фотоелектричні датчики використовуються й в аналоговому режимі, коли саме за значенням фотоструму визначається вимірювана неелектрична величина. При вимірі високих температур (більш 1000 °С) широке поширення одержали пірометри, що використовують променисту енергію тіл, температура яких виміряється. За допомогою фотоелектричних датчиків побудовані яркістні пірометри і колірні пірометри.

Фотоелектричний яркістний пірометр заснований на використанні залежності між струмом І фотоелемента і температурою Т джерела випромінювання, що засвітлює фотоелемент. Ця залежність має вид І = аТⁿ , де коефіцієнт а залежить від чутливості фотоелемента, а n - від його спектральної характеристики. Коефіцієнт n досягає 10-12 і може бути збільшений підбором відповідних світлофільтрів. При використанні як фотоприймачі фоторезисторів їх включають у мостову схему (мал. 55).

На фоторезистор ФР1 падає світловий потік від контрольованого об'єкта. На фоторезистор ФР2 падає світловий потік від лампочки накалювання. При порушенні балансу моста напруга з його вимірювальної діагоналі подається на підсилювач, що живить лампу накалювання і змінює її розжарення таким чином, щоб зменшити розбаланс моста.

Амперметр у колі лампи накалювання може бути проградуйований в одиницях температури. Градуювання проводиться за показниками зразкового пірометра.

В основу роботи фотоелектричних колірних пірометрів покладене наступне фізичне явище, називане законом зсуву.

При нагріванні тіло випромінює світловий потік, де присутні різні кольори, тобто маються електромагнітні коливання з різними довжинами хвиль. Однак кожній температурі відповідає визначена довжина хвилі, на якій інтенсивність випромінювання максимальна.

У колірних пірометрах визначається відношення інтенсивностей випромінювання даного тіла в променях двох заздалегідь обраних довжин хвиль. Це відношення для кожної температури буде різним, воно однозначно визначає температуру тіла.

На мал.56 показана схема фотоелектричного колірного пірометра.

Випромінювання від об'єкта виміру А надходить на фотоелемент 1 через диск 2, у якому поперемінно розташовані червоні і сині світлофільтри. Диск приводиться в обертання з постійною швидкістю електродвигуном 3. Таким чином, на фотоелемент поперемінно попадають то червоні, те сині промені. Синхронно з обертанням диска 2 посилений сигнал з фотоелемента переключається комутатором 4, що виділяє два сигнали: відповідний інтенсивності червоних променів і відповідний інтенсивності синіх променів. Вимірник відношення сигналів (наприклад, логометрического типу) проградуйований в одиницях температури.

Становить інтерес використання фотоелектричного датчика у вимірнику вологості (психрометрі). Вологість можна визначити по так називаній "точці роси". Відомо, що водяна пара, наявна у газі, починає конденсуватися (осаджуватися у виді роси) при визначеній температурі, що залежить від вологості.

Для визначення початку осадження роси і служить фотодатчик. Промінь освітлювача падає на маленьке дзеркальце і відбивається на фотоприймач. Поверхня дзеркальця може прохолоджуватися і нагріватися системою терморегулювання, що включається по сигналі фотодатчика.

Якщо температура дзеркала знижується до точки роси, то туман, що з'являється на поверхні дзеркала, зменшує світловий потік, що падає на фотоприймач, і фотострум різко зменшується.

Спрацьовує реле, що включає нагрівач дзеркала. Через деякий час температура дзеркала підвищиться, туман на ньому зникне, фотострум різко зросте і спрацює реле, що включає охолоджувач дзеркала. Таким чином, температура дзеркальця буде безупинно коливатися щодо точки роси. Вимірюючи її за допомогою терморезистора чи термопари, можна визначити вологість.

Фотоелектричні датчики застосовують для виміру різних неелектричних величин. У машинобудуванні застосовуються фотоелектричні датчики розмірів деталей. За допомогою оптичних систем можна спроектувати контур маленької деталі на дуже велику площу, що істотно підвищує чутливість і точність виміру. У механічних контактних датчиках для цього потрібні були б підоймові системи, які б впливали на деталь. А фотоелектричний датчик не навантажує деталь. З його допомогою можна контролювати розміри тендітних і неміцних деталей і вузлів.

Застосовуються фотоелектричні датчики для визначення задимленості і загазованості при промислових викидах в атмосферу, що дуже важливо для охорони природи і здоров'я людей.

Фотоелектричні колориметри, блескомери, нефелометри дозволяють об'єктивно оцінити якість виготовлення й обробки різних виробів по їхньому кольорі, поліруванню, прозорості відповідно.