Індуктосини, принцип роботи, характеристики. 1 страница

За принципом дії індуктосини подібні до поворотних трансформаторів, але зі значно більшою кількістю полюсів і розміщенням обмоток в однійплощині.Індуктосини складаються з двох основних частин, одна з яких рухома відносно іншої: лінійки і ноніуса у випадку лінійного індуктосина або статора і ротора у випадку кругового індуктосина.

Обмотка лінійки утворюється з 2N послідовно з'єднаних провідників, які розташовані паралельно у першому випадку і радіально - у другому. Кожен провідник відповідає полюсу, а сукупність двох провідників визначає лінійний або кутовий крок. Так, при загальній кількості провідників 360, кутовий крок становить 2. Обмотки ноніусів (роторів) також складаються з послідовно з'єднаних провідників, які мають форму і крок такі самі, як у лінійки (статора). Ці провідники об'єднані у дві незалежні системи, причому одна з них зміщена відносно іншої на .

Обмотки індуктосинів виготовляють за технологією друкованих плат на ізоляційних під ложках, які закріплені на металевих пластинах. Магнітопроводів в індуктосинах немає, а проміжок між рухомою і нерухомою частинами дуже малий (приблизно 0,1 мм). Живлення здійснюється від джерела напруги підвищеної частоти (декілька десятків кілогерц). Відносне переміщення двох частин індуктосина змінює електромагнітну взаємодію електричних контурів, які розташовані на них. Якщо обмотка нерухомої частини живиться напругою Ecos(wt), то струм, який проходить по провідниках обмотки, індукує в кожному контурі рухомої частини ЕРС е₁, е₂, амплітуди яких є періодичними функціями положення Х з просторовим періодом Р. Відповідно підібрані і розміри провідників, і зазор між рухомими і нерухомими частинами дає змогу зробити Е­₁ і Е₂ майже синусоїдальними функціями Х.

Провідники обмоток рухомої частини зміщені геометрично між собою на 1/4Р, тому індуковані в них ЕРС можуть бути подані виразами:

Абсолютні переміщення контрольованого об’єкта, що механічно з’єднані з рухомою частиною індуктосина, визначаються шляхом вимірювання амплітуди ЕРС.

і прямим або оберненим підрахунком нулів Е₁ і Е₂ залежно від напрямку переміщення.

Висока точність вимірювань індуктосина зумовлена значною кількістю полюсів, що компенсує усереднення неточності, пов’язані з кожним окремим полюсом.

Діапазон вимірювань лінійних переміщень – до декількох метрів, крок – 1 і 2 мм, роздільна здатність – 0,1 мкм, точність – 2 мкм. У кругових індуктосинів діапазон вимірювань 360 , роздільна здатність – 0,05”, точність – 1”. Індуктосини застосовують в прецизійних автоматичних металообробних верстатах, СУ антенами, телескопами, навігаційних пристроях.

23. Ємнісні давачі, принцип роботи, застосування.

Ємнісні давачі – це плоскі чи циліндричні конденсатори. Цей тип давачів відносять до параметричних. Принцип роботи полягає в тому, що одна із об кладок конденсатора з’єднується з рухомим об’єктом і переміщається відносно іншої. Принцип дії базується на залежності ємності конденсатора від розміру об кладок і відстані між ними.

Для циліндричного конденсатора:

При застосуванні ємнісних давачів можна змінювати віддаль між пластинами (d), переміщати одну пластину відносно іншої. У випадку циліндричних давачів – один циліндр відносно іншого.

Вимірювати ємність таких конденсаторів відносно складно, тому їх включають в схеми LC-генераторів, частота яких залежить від ємності контуру.

У випадку плоско паралельного конденсатора при переміщенні об кладок у власній площині:

, х – величина перекриття, а – ширина пластин

Для циліндричного конденсатора залежність ємності від зміни перекриття об кладок внаслідок переміщення однієї з них вздовж своєї осі описується рівнянням:

Давачі такого типу застосовують при контролі значних переміщень (10-ки см).

Ємнісний плоско паралельний перетворювач переміщення з змінним повітряним проміжком має нелінійну характеристику. Зміна його ємності як функція від віддалі між пластинами для малих переміщень, де не проявляється не лінійність, має вигляд:

Допустимий діапазон зміни переміщень – 1 мм. Чутливість такого давача набагато вища, ніж в конденсаторів зі змінною площею обкладок.

24. Давачі наближення.

Такого типу давачі працюють на різних принципах, але спільна особливість - відсутність механічного зв'язку між давачем і об’єктом. Взаємодія між ними здійснюється через магнітне, електромагнітне або електростатичне поле. Головний недолік такого типу давачів – вузький діапазон вимірювань. Їх застосовують як кінцеві давачі а також для контролю розмірів.

25. Давачі з змінним магнітним опором, принцип роботи.

Один з типів такого давача – це трансформатор, в магнітний контур якого входить об’єкт переміщення. В цьому випадку об’єкт переміщення повинен бути феромагнітним, або мати феромагнітну поверхню.

1 - циліндричний магнітний екран

2 - первинна обмотка

3 - вторинна обмотка

4 - феромагнітна поверхня / об’єкт

Залежність вихідної напруги давача від переміщення:

U₀ - напруга живлення, а - конструктивна стала, визначається розмірами, кількістю витків і т. ін. Недолік такого давача – не лінійність характеристики. Його застосовують як кінцевий давач.

26. Вихрострумові давачі, принцип роботи.

Цей тип давача реагує на наближення будь-яких металевих об’єктів, але його покази залежать не тільки від віддалі до об’єкту, а і від фізичних властивостей і геометричних розмірів об’єкту. Конструктивно давач виконаний у вигляді котушки, яка живиться ВЧ-струмом (до 100 кГц). У металевому об’єкті, розташованому в зоні дії котушки, виникають вихрові струми, які намагаються зкомпенсувати причину, яка їх викликала, тобто створюють індукцію, протилежну за знаком індукції котушки.

R₁ - опір навантаження, з якого знімають вихідну напругу

L₂,R₂ - елементи заміщення, викликані об’єктом

І₂ - вихровий струм

Еквівалентні значення опору і індуктивності первинного кола визначаються виразами: , к - коефіцієнт, який визначається відстанню об’єкта до котушки. Якщо k->0, R_екв->R₁:

Для збільшення чутливості давача доцільно контрольований об’єкт покривати металом з високою провідністю.

27. Давачі температури, їх застосування.

Температура – один з важливих параметрів будь-якого технологічного процесу. На практиці для точних вимірювань температури застосовують такі фізичні явища, як: зміна електричного опору, явище термоелектрики, випромінювання чорного тіла, зміна об’єму газу/рідини під впливом температури, зміна лінійного розширення окремих металів.

28. Терморезистивні давачі, принцип роботи, характеристики.

Принцип роботи таких давачів ґрунтується на явищі зміни електричного опору окремих матеріалів від температури. В залежності від матеріалів, які використовуються, терморезистивні давачі поділяють на провідникові (дротяні) і напівпровідникові (термістори). Загальні вимоги до матеріалів, з яких виготовляють терморезистивні давачі є високе значення ТКО, відтворюваність електричного опору для значень температур, стабільність хімічних властивостей матеріалу від температури, інертність до впливу контрольованого середовища. В залежності від діапазону температур для термометрів опору застосовують такі матеріали, як платина,мідь, нікель, вольфрам. Платину можна отримати дуже високої чистоти без домішок, що дозволяє отримати термометри опору високої стабільності. Температурна залежність опору платини в діапазоні температур 0.. 650 описується рівнянням:

R_T,R₀ – опори перетворювача при Т і 0 С,

А,В – сталі коефіцієнти.

Для платинового дроту, який використовують при виготовленні промислових термометрів опору:

А=3,96847*10^-3 С^-1, В=-5,847*10^-7 С^-2

В інтервалі температур від 0 ..200 залежність опору платини від температури:

, С=4,356*10^-12 С^-3

Недоліки:Невисока хімічна стійкість у відновлювальних середовищах, забруднення платини при високих температурах парами інших металів. Цей недолік усувають застосуванням спеціальних керамічних чохлів для платинових термометрів.

Мідні термометри – застосовують через дешевизну. Мідь має лінійну залежність опору від температури.

Для міді

Чутливість мідного термометра:

Чутливість платинових термометрів змінюється при зміні температури:

При однакових температурах R₀ чутливість у мідних термометрів більша.

Недолік мідних терм.: хімічна активність міді при нагріванні.
29. Напівпровідникові терморезистивні давачі, характеристики.

Мають значно вищу чутливість до температури. Окрім того, їх температурний коефіцієнт від*ємний(опір з збільшенням температури падає). Температурна залежність має вираз: Rт=А . A,B – сталі коефіцієнти, що залежать від властивостей термістора. Чутливість термістора має також нелінійну залежність від температури. S= . Матеріал термісторів – суміш оксидів металів. Технологія виготовлення – спікання під тиском. На відміну від термометрів опору, термістори мають малі розміри. Температурний діапазон роботи термісторів – (-100..+400)⁰С. Поширені мідно-марганцеві термістори(ММТ), копельто-марганцеві термістори(КМТ). Номінальне значення електричного опору термісторів типу ММТ при температурі 20⁰С лежать у межах (1..200) кОм. Для КМТ – (20..1000) кОм; Застосовують термістори в діапазоні температур (+50..100)⁰С.

Характеристика:

30. Термоелектричні давачі, характеристики.

Відносяться до генераторних давачів. Їх робота заснована на явищі виникнення термоелектрорушійної сили в контурі з 2х різнорідних провідників при нагріванні місця їх з*єднання. Виникнення термоЕРС пояснюється 2ма явищами:

1-між двома точками однорідного провідника з різними температурами виникає ЕРС, яка залежить від природи провідника і різниці температур в цих точках. Це пов*язано з дифузією електронів від гарячих точок до холодних.

2-поява у місці контакту 2х різнорідних провідників контактної різниці потенціалів, що зумовлена різною концентрацією носіїв заряду(термопара).

Якщо кінці термоелектродів розмістити в середовищі з постійною температурою t₀, то в заг. випадку термоЕРС буде нелінійною функцією від температури. Спай термопари, що знаходиться при температурі досліджуваного середовища, називається робочим. Кінці термоелектродів, температура яких підтримується стала – вільні (холодні) кінці. Якщо в ел коло термопари включити провідник з іншого металу, то ЕРС кола не зміниться, якщо температура на кінцях цього провідника буде однаковою. Це явище застосовується для лінеаризації х-стик давачів. Для виготовлення термопар застосовують благородні метали(золото, платина, іридій, а також нікель, хром і їх сплави – ніхром, копель, алюмель). Рідко застос. термопари з н/п елементів, вони мають більшу термоЕРС, але мають гіршу стабільність. За базове значення термоЕРС приймають ЕРС пластини. І по відношенню до неї визначають термоЕРС інших металів.

Недолік термопар з благородних металів – мала термоЕРС, але стабільність хороша. Більші значення ЕРС мають термопари спеціальних сплавів(хром ель, алюмель, копель)---> для(-50..1000)⁰С. характеристика наближена до лінійної. Хромель-копелева термопара має найбільшу чутливість (7мВ/100⁰С). Для вимірювання температур до 2500⁰С застосовують тугоплавкі метали (вольфрам, молібден і їх сплави)

31. Кварцові давачі

Осн.застосування кварцу(резонаторів) – це стабілізація частоти генераторів ел.коливань. Їх виготовляють у вигляді пластин, які вирізають з цільних кристалів кварцу. На гранях пластин закріплюють електроди. Властивості цих пластин кварцу залежать від їх форми, розмірів і типу зрізу (кристалографічна орієнтація).

В кристалі кварцу виникає п*єзоел-ий ефект (полягає в тому, що при деформації кристалу кварцу кристал поляризується). Тобто, на його гранях появляється ел.потенціал, який можна зняти з електродів. Якщо до граней кристалу прикласти напругу, то відбувається його деформація. Якщо до кварцової тпластини підвести змінну напругу, то пластина зазнає механічних коливань з частотою зміни напруги. Якщо частота власних механічних коливань кварцової пластини і частота прикладеної змінної напруги будуть збігатися, то виникає ел-механічний резонанс, який супроводжується перетворенням ел.енергії в механічну і навпаки. Це перетворення здійснюється з дуже малими втратами енергії, що говорить про високу добротність генератора. При включенні в електричне коло кварцовий генератор поблизу його резонансної частоти можна розглядати як 2-полюсник з наступною еквівалентною схемою:

В цій схемі конденсатор враховує пружні властивості резонатора. Індуктивність враховує інерційність, опір – втрати в резонаторі. Чим менші втрати – більша добротність резонатора. Ємність С зумовлена наявністю металевих електродів. Грані кварцової пластини покривають шаром срібла або золота шляхом напилення, під*єднують електроди.

Значення еквівалентних параметрів резонатора залежать від розмірів пластини, форми та типу зрізів пластин в кристалі. І можуть змінюватися в широких межах:

Lk(кілька Гн-10⁴Гн),Ck(10^-2-10^-1пФ), Rk(одиниці-сотні кОм), C(1-100)пФ; Інтерпретований 2-полюсник має 2 резонансні частоти. f1 відповідає послідовному резонансу гілки LkCkRk і визначається: f1= ; друга резонансна частота f2=паралельному резонансу цього контуру f1= . Ці резонансні частоти дуже близькі між собою. . В загальному частота кварцового резонатора залежить також від зміни його t-ри:f(T)=f₀(1+aT+bT²+dT³);Відносна зміна частоти: ; абсолютна зміна частоти f(T)=f₀; a,b,d – залежать від зрізу пластини резонатора. При використанні кварцу як давача температури обирають зріз пластини з кристалу, для якого b,d мають нульові значення, а коеф а має максим значення. В цьому випадку чутливість резонансної частоти до температури визначається: S= . Серійні кварцові термометри мають наступні параметри: діапазон вимірюваних температур(-80 - +250)⁰С, нелінійність х-ки давача ±0.05%, чутливість давача 1000 Гц/⁰С, роздільна здатність термометра 0, 0001⁰С, інерційність <2.5 сек.

32. Пірометричні давачі.

Наукові і виробничі завдання вимагають вимірювання більш високих температур проведення вимірювання в дуже агресивних середовищах, на значних відстанях, на рухомих об’єктах, тощо. В таких випадках застосовують безконтактні методи, які дають можливість виміряти температуру по тепловому випромінюванню. Тепловим називають електромагнітне випромінювання, зумовлене збудженням атомів і молекул внаслідок їх теплового руху. Інтенсивність теплового випромінювання і його спектральний склад залежать від температури, хімічної природи, агрегатного стану речовини.

Пірометри радіаційні або повного вимірювання беруть увесь спектр теплового випромінювання (практично – основну частину), притому з однаковою по усьому спектру чутливістю. Складаються такі пірометри з телескопа, в середині якого розміщені об’єктив 1, термобатарея з послідовно з’єднаних термопар 2, світлофільтр 3, окуляр 4. Робочі спаї термопар розміщені на платиновій основі, яка покрита платиновою черню. При вимірюванні поверхня променевого приймача (термобатареї) повинна повністю перекриватися потоком випромінювання, що досягається відповідним візуванням за допомогою окуляра і світлофільтра. Вихідна термо-ЕРС, яка є функцією потужності випромінювання, подається на вимірювач. Якщо пірометр проградуювати за допомогою абсолютно чорного тіла, то для реального тіла з середнім коефіцієнтом випромінювання при однакових показах Т_п вимірювача, дійсна температура Т_д буде вища: . На точність радіаційного пірометра може впливати також відстань до випромінювача і природа проміжного середовища, тому градуювання доцільно проводити в умовах його застосування. Використовуються такі пірометри як для неперервної реєстрації температури, так і в системах автоматичного регулювання технологічними процесами у діапазоні температур 200.. 2500 С.

Принцип дії яскравісних (монохроматичних) пірометрів базується на вимірювання енергетичної яскравості випромінювання речовин у досить вузькому діапазоні хвиль. Оскільки безпосереднє вимірювання яскравості пов’язане з труднощами, то використовується метод порівняння у вузькій ділянці спектра яскравості досліджуваного об’єкта з яскравістю взірцевого випромінювача. А якщо два об’єкти мають в одному напрямку однакову яскравість, то і температура в них буде однакова.

Складається такий пірометр з телескопа з об’єктивом 1, нейтрального світлофільтра 2 для зміни меж вимірювання, оптичний клин ослаблювача 3 для плавного регулювання, фотометрична лампа з плоским елементом розжарювання, світлофільтр 5, окуляр 6.

Яскравості порівнюються шляхом спостереження за зображенням елемента розжарювання взірцевого випромінювача на фоні досліджуваного об’єкта. При рівності яскравості об’єкта і елемента розжарювання зображення останнього зникає. Відлік значення температури здійснюється за покажчиком шкали, який з’єднаний з оптичним клином ослаблювача. Яскравісним, як і радіаційним, пірометрам властива похибка від неповноти вимірювання порівняно з абсолютно чорним тілом, тому вона повинна бути врахована при градуюванні приладу в робочих умовах Перевагою таких пірометрів є незалежність їх показів від відстані до поверхні випромінювання об’єкту і її розмірів. Діапазон вимірювань обмежений пірометричною лампою (1000 ) але може бути розширений до більш високих температур (6000 і навіть 10000 ) введенням відповідних нейтральних світлофільтрів 2.

Колірні пірометри визначають температуру досліджуваного середовища на основі вимірювання відношення інтенсивностей випромінювання на двох заданих довжинах хвиль, які обирають переважно у червоній і синій областях спектра. Такий пірометр можна розглядати як подвійний монохроматичний пірометр.

Для промислового застосування випускають автоматичні пірометри різних типів з похибками вимірювання порядку 1 – 1,5 % і часом встановлення показів 1 сек.

33. Давачі деформації, тензорезистори, способи включення, характеристики.

Давачі деформації застосовують при випробуваннях на міцність будівельних конструкцій, для вимірювання механічних напружень. Деформація Ɛ= (відношення приросту розміру до вихідного(попереднього) розміру). Напруження визначають як відношення сили до одиниці площі перерізу даного зразка(δ= ). Якщо деформація по закінченню дії сили зникає, цю деформацію називають пружною деформацією.

Тензорезистивні давачі. Тензорезистори – поширені давачі деформації. Це тип давачів, електричний опір яких змінюється при механічних деформаціях. Для тензорезистора активний опір R=ρ . ρ-питомий ел опір;

Конструкція тензорезистивного давача. (1-дріт, 2 – підкладка, l-база давача). Чутливим елементом давача є дріт діаметром (0,01..0,05мм)на підкладці з паперу, або тонкої гнучкої плівки з допомогою клею і утворює решітку. Зверху дротяна решітка покрита лаком і тонким папером. Щоб давач сприйняв і-цію про деформацію, його наклеюють на об*єкт дослідження. Причому напрямок бази решітки повинен зберігатися з напрямком дії сили. Відносна зміна опору дротяного тензорезистора може відбуватись за рахунок зміни довжини опору чи поперечного перерізу чи питомого опору: . ( в зоні пружних властивостей матеріалу 2,5*10^-3, сягає 1%). Давачі поділяються: з малою базою(l=0,4..4мм;R=5..100 Ом), з середньою базою (l=4..25мм; R=100..400 Ом), з великою базою(l>25мм;R до 1000 Ом). Способи включення:

1) Схема з одним давачем. (мостова схема включення давача. Uж може бути змінною або постійною.)

34. Струнні давачі.

Цей тип давачів відносять до параметричних. Призначені для вимірювання видовження об*єкту. Чутливим елементом є металева(стальна) струна, яка натягнута між 2ма затискачами, які закріплені на досліджуваному об*єкті. При видовженні об*єкту збільшується натяг струни(в межах пружності струни). Принцип роботи давача полягає в тому, що зміна механічного натягу(деформації струни) викликає зміну частоти власних механічних коливань струни. Тому, вимірюючи цю частоту, можна визначити величину деформації(видовження).

Основна частота власних коливань струни визначається: f= (m-маса струни,l-довжина натягнутої струни,F-сила натягу).Відносне видовження струни можна виразити як функцію частоти: , k-конструктивний параметр. Якщо початкове значення видовження струни ∆l₀, а відповідна цьому значенню частота коливання – f₀, то: . Деформація об*єкту змінює початковий натяг струни і її загальне видовження, яке приймає значення ∆l₁,йому відповідає частота f₁: . Видовження струни, зумовлене деформацією конструкції, ₀. . Вимірюючи значення частоти, можна визначити величину деформації. Конструкція струнного давача:

1-об*єкт дослідження,2-гвинт для встановлення попереднього натягу струни, 3 – затискачі, 4- котушка збудження, 5 - сигнальна котушка, 6 – підсилювач змінної напруги, 7 -струна. Струна коливається перед сигнальною котушкою з частотою, яка визначається параметрами струни і деформацією об*єкта. Коливання струни супроводжується періодичною зміною опору магнітного поля сигнальної котушки. Це приводить до появи ЕРС в сигнальній котушці. Цей сигнал підсилюється ел-ним підсилювачем і подається в котушку збудження. За рахунок додаткового додатного зворотного зв*язку підтримується вібрація струни. Вкотушку w1(3) слід подати постійний струм для створення постійного магнітного потоку підмагнічування.

Чутливий елемент давачів виготовляють з сталевого дроту, d=0.1..0.3мм, при довжині дроту 100мм в них збуджуються власні коливання до 2000 Гц. Точність вимірювання деформації = 1..2% від діапазону вимірювання, роздільна здатність - 1мкм/м.

35. Давачі швидкості обертання, тахогенератори. Типи тахогенераторів, способи включення, характеристики.

Давачі швидкості – для вимірювання швидкостей, зокрема – шв обертання. Тахометричні давачі – для вимірювання кутової швидкості. Тахогенератори. Розрізняють постійного струму і змінного. Машини, які працюють в генераторному режимі, призначені для перетвор.кутової шв. в пропорційний ел-ий сигнал. Основна відмінність тахогенераторів від звичайних генераторів – вимога до лінійності характеристики! Конструктивно тахогенератор постійного струму складається з ротора, статора, колектора і щіткового двигуна. Збудження тахогенератора – від окремої обмотки і від постійних магнітів.

а –схема включення тахогенератора з незалежним збудженням, б – тахогенератор з постійним магнітом. ЕРС генератора постійного струму описується: Е= . Р-к-ість пар полюсів, а-к-ість пар паралельних гілок обмотки якоря, N-заг к-ість провідників обмотки якоря. Якщо до виходу тахогенератора під*єднати навантаження, то в колі якоря буде протікати струм, який спричиняє спад напруги на опорі якоря і зміну магн потоку обмотки збудження. Статичну х-ку давача можна подати у вигляді:

U= . Для поліпшення лінійності х-ки слід мінімізувати струм в колі якоря. Тахогенератори дають можливість вимірювати частоти обертання валів до 10 000 об/хв, нелінійність вихідної х-ки=0.05..1%, значення питомої ЕРС може бути 0.05..15(В/об с^-1). Переваги тахогенераторів постійного струму – висока лінійність та крутизна х-ки, недолік – наявність колекторного вузла.

Дата добавления: 2015-05-26