Нормуючий перетворювач

Нормуючий перетворювач НП виконує наступні функції: перетворить нестандартний неуніфікований сигнал (наприклад, mV, Ом) в стандартний уніфікований вихідний сигнал; здійснює фільтрацію вхідного сигналу; здійснює лінеаризацію статичної характеристики датчика; стосовно термопари, здійснює температурну компенсацію холодного спаю.

Нормуючий перетворювач НП застосовується, також в наступних випадках: коли необхідно подати сигнал вимірюваної величини на декілька вимірювальних або регулюючих приладів; а також коли необхідно передати сигнал на великі відстані, наприклад сигнал від термопари передається на малі відстані - до 10м, а уніфікований сигнал постійного струму може передаватися на великі відстані - до 100м.

У сучасних промислових регуляторах нормуючий перетворювач НП як правило є обов'язковою складовою частиною вхідного пристрою регулятора.

Для перетворення термо ЕРС термоелектричних термометрів в уніфіковані сигнали постійного струму типу 0.5; 0.20; 4.20 мА використовуються нормувальні перетворювачі. Промисловість України випускає перетворювачі таких типів: Ш78; П282; Ш705 з класами точності 0,4; 0,5; 1,0 та навантажувальними вихідними опорами 10; 2,5; 1; 0,5 кОм.

Нормувальні перетворювачі для роботи з термоелектричними термометрами

Принцип дії нормувальних перетворювачів температури ґрунтується на статичній автокомпенсації. Сигнал E(t;to) від термоелектричного термометра подається на вимірювальний міст постійного струму і далі — на вхід підсилювача ЕПП(виконаний за схемою модулятор-демодулятор). Вимірювальний міст складається з манганінових резисторів R1, R2, R3 і мідного резистора RМ, за допомогою якого вводиться термокомпенсація вільних кінців термоелектричного термометра. Резистор RМ розміщується поряд з вільними кінцями термометра. ТермоЕРС термоелектричного термометра за допомогою моста постійного струму коригується шляхом зміни падіння напруги вимірювальної діагоналі (с—d) за рахунок мідного резистора RМ. Загальний сигнал термоелектричного термометра і вимірювальної діагоналі компенсуючого моста дорівнює E(t;to)+Ucd. Демодульований сигнал підсилюється ЕПП вихідний струм якого Івих подається на пристрій зворотнього зв’язку ПЗЗ струм зворотнього зв'язку Із.з проходячи через резистор Rз.з,створює падіння напруги Uз.з на ньому, яке компенсує загальний сигнал термометра: E(t;to) Ucd=Uз.з. Некомпенсований сигнал U=.Uз.з- E(t;to)- Ucd. підсилюється підсилювачем ЕП, що спричиняє зміну Івих., Із.з та Uз.з і зрештою рівноваги сигналів в схемі.

ДЖС- джерело стабілізованого живлення.

Література: Л1.34-64

Самостійне вивчення: Контактні і біметалеві датчики Л.1: 36-37. - законспектувати.

Питання для самоперевірки

1Вкажіть основні елементи з яких складається термометр опору: 1......, 2...... іт.д.

2.По виду вихідної величини електричні датчики поділяються на:

а) неперервної дії, б)параметричні, г) дискретні, д)генераторні, е) інерційної дії.

3.Терморезистори призначені для:

а) вимірювання і регулювання температури; б) для контролю опору; в) для контролю переміщень;

г)для термокомпенсації;

4.Ртутно-контактні термометри складаються з таких елементів:..............

5.Вкажіть марки металевих термометрів опору:

а) ТХК; б) КМТ -4; в) ММТ-6; г)ТСП; д) ТК-1; є) ТСМ

6.Яка відмінність між металевим термометром опору і напівпровідниковим терморезистором?

А) чутливість у металевого термометра опору більша ніж у напівпровідникового терморезистора;

Б) чутливість у металевого термометра опору меньша ніж у напівпровідникового терморезистора;

В) температурний коефіцієнт додатній у термометра опору, а терморезистора- від´ємний;

Г) температурний коефіцієнт від´ємний у термометра опору, а терморезистора- додатній;

7.До генераторних датчиків відносяться:

а)термопари; б)терморезистори; в)індукційні датчики; г)ємнісні датчики; д)потенціометричні датчики

ж)тахогенератори

8. Дайте визначення терміну «датчик».

9.До термоопорів з від ємним температурним коефіцієнтом відносяться:

а) металеві термометри опору; б)позистори; в)термістори

г)термопари

10. Термістори виготовляють з:

а) титану барія; б) мідно-марганцевих напівпровідникових порошків;

в) платини; в) хромель-алюмелю; г) константану.

11. В термопарах компенсаційні провідники з тими самими термо-е.д.с., що

і термопари використовуються для:

а) зменшення інерційності;

б) зменшення похибки при вимірюваннях;

в) збільшення діапазону вимірювання температур;

г) захисту від перевантаження.

12.До омічних датчиків (змінюють свій опір при зміні вхідної величини)

відносяться:

а) термопара; б)потенціометричний датчик; в) позистор;

г)фото діод; д)термистор; е) індуктивний датчик

13. Вкажіть основні параметри, які характеризують датчик:

а) інерційність; б) швидкодія; в)похибка; г)стабільність,д) чутливість;е)безвідмовність

14.Дайте визначення пасивного та активного датчиків.

15. Яке призначення нормувальних перетворювачів.

Лекція № 4

ТЕМА: ІНДУКТИВНІ ДАТЧИКИ І ЄМНІСНІ ДАТЧИКИ. ДАТЧИКИ

ТИСКУ

План:

1.Будова принцип дії і призначення індуктивних датчиків.

2. Будова принцип дії і призначення ємнісних датчиків.

3. Будова принцип дії і призначення датчиків тиску.

1. Принцип дії оснований на зміні індуктивного опору котушки при переміщенні в ній феромагнітного осердя або при зміні проміжку в осерді з розміщеною в ньому котушкою.

Працюють на змінному струмові і складаються з осердя, котушки індуктивності і якоря.

Розрізняють індуктивні датчики з рухомим якорем (з змінним проміжком) – для контролю малих переміщень (до 2мм)., з рухомим осердям - до 50мм., з змінною площею проміжку - до 8мм.

У датчиків з рухомим осердям рухомий якір 3 під дією механічних зусиль Р змінює своє положення по відношенню до нерухомого осердя 2 з обмоткою 1, і змінюється повітряний проміжок, який є вхідною величиною і визиває зміну індуктивного опору котушки, а отже і струму.

Повний опір по змінному струмові:Z= √ R²+(wL)²

де R, L – активний і індуктивний опір котушки

δ S

з рухомим якорем із з рухомим якорем із з рухомим осердям

З змінним повітряним проміжком змінною площею проміжку

Недоліки: велика залежність роботи від частоти напруги живлення котушки і неможливість роботи на високих частотах, тому що збільшуються втрати на перемагнічування і індуктивний опір обмотки, працюють тільки на змінному струмові.

Переваги: простота конструкції, чутливі при малих значеннях вихідних величин і реагують на її зміну в межах 0.1... 0.5 мкм.

Чутливість по струму:

S = dI/dδ = U/n²Fwμ = U/n²F2Пfμ, (A/м)

n – число витків,

F – площа перерізу магнітопроводу, м²,

U – напруга, В.

Індуктивність котушки визначаємо за формулою:

L = n²Fμ/δ, Гн

Сила струму I = U/Z, Z = wL = 2ПfL, (Ом)

Μ=4π · 10 ˉ Гн /м – магнітна проникливість,

w – частота, Гц;

δ – повітряний проміжок, м.

2 Ємнісні датчики являють собою конденсатор ємність якого залежить від площі пластин, від відстані між ними і діелектричною проникливістю середовища між ними. Всі названі параметри є вихідними величинами, а вихідною величиною є ємність. (Зміна вхідної величини визиває зміну вихідної – ємності). Поширені плоскі і циліндричні конденсатори і з кутовим переміщенням.

Ємнісні датчики з змінним зазором (проміжком) між рухомою і нерухомою пластиною призначені для вимірювання лінійних переміщень (1) з точністю до 0.1... 0.01 мкм, з змінною площею, для вимірювання лінійних і кутових переміщень, з зміною діелектричною проникливістю – для вимірювання рівня, вологості, температури, хімічного складу і т.д.

Чутливість плоского датчика: S = E 0EF/δ²

Ємність плоского датчика: С = E 0EF/δ

E0 – діелектрична проникливість середовища (вакууму), Ф/ м,

E - діелектрична проникливість середовища між пластинами конденсатора

F – площа пластин конденсатора, δ – відстань між пластинами конденсатора, м,

Ємність циліндричного датчика

С = 2πЕ0 ((Е-1) δ+h/ln (d2/d1))

δ – відстань між пластинами,

h – висота пластин.

З змінним повітряним проміжком З змінною площею пластин

Недоліки: невелика потужність вихідного сигналу, живлення від джерел високих частот, 10 кГц і вище, великий вплив паразитних ємностей особливо ємності з’єднувальних провідників відносно землі, тому необхідно використовувати екрановані елементи для проводів датчика.

Ємнісні датчики не знайшли широкого поширення із-за складності схем ввімкнення, до якої входять генератори високої частоти,підсилювачі.

3. ДАТЧИКИ ТИСКУ.

1. Датчик з манометром тонкостінною пружною трубкою І ( рис а )

Манометрична трубка І зігнута по дузі, при зміні тиску всередині контрольованого середовища змінюється тиск в трубці. В результаті вільний кінець трубки переміщується і через систему важелів 2 приводить в рух стрілку 3 відносно вимірювальної шкали 4.

2. Сильфоні датчики тиску газів, рідин.(рис б,в)

Гофрована трубка І з’єднана через рейку 2 з зубчатим колесом 3, який зв’язаний з потенціометричним пристроєм, який при переміщенні рейки під дією тиску переміщення перетворює в електричний сигнал. Напруга на виході потенціометра пропорційна тиску.

Під дією тиску сильфон розтягується або стискається переміщуючи рейку, і разом з нею повзунок потенціометра.

Література: Л1.ст.36-43.

Самостійне вивчення: Диференційні індуктивні датчики Л.1 ст 45.

Питання для самоперевірки

1.Зобразіть індуктивний датчик з рухомим осердям.

2.Яке призначення індуктивних датчиків?

3.Які параметри являються вхідною величиною (х) і вихідною величиною (у)

в ємнісних датчиках кутових переміщень?

4.Вказати одиниці вимірювання чутливості ємнісного датчика:

Індуктивні датчики призначені для вимірювання

а. температури

б. лінійних і кутових переміщень

в. вологості

г. об'єму

д. тиску, витрати

в. свій варіант

5.Зобразити індуктивний датчик з рухомим якорем (змінним проміжком)

6. Недоліки ємнісного датчика.

7. Вказати, що буде вхідною (х) і вихідною (у) величиною в плоских ємнісних датчиків з змінною площею пластин.

8.Ємнісні датчики призначені для вимірювання.

а) об'єму, б) вологості, в) рівня, тиску, г) переміщення

9.Зобразити ємнісний датчик з змінною площею пластин.

10. Індуктивність індуктивного датчика визначається формулою:

11. Недоліки індуктивних датчиків

12. Вказати що буде вхідною (х) і вихідною величиною (у) в індуктивних

датчиків зі змінним повітряним проміжком.

13. Конструкція індуктивних датчиків.

14.Вказати вхідну величину (х) і вихідну величину (у) в індуктивних

датчиків зі змінною площею пластин.

х - ………………… у -……………………..

15.Чутливість індуктивних датчиків визначається за формулою:………..

16. Зобразіть ємнісний датчик з кутових переміщень.

17.Одиниці вимірювання ємності і індуктивності?

18.Чи залежить індуктивність індуктивного датчика від числа витків котушки?

Відповідь поясніть.

19.Як можна змінювати силу струму в індуктивних датчиків?

20.Переваги ємнісних датчиків.

21.Зазначте які елементи сильфонного датчика виконують відповідні функції.

Елементи Функції

а)манометрична трубчата пружина 1.переміщує стрілку

б) важіль 2. змінює свою конфігу-

рацію під дією тиску

в) стрілка 3. для показу тиску речовини.

4.для усунення вібрації.

Лекція № 5

ТЕМА: Потенціометричні і фотоелектричні датчики

План:

1.Потенціометричні датчики

2.Фотоелектричні датчики

2.1 Класифікація і призначення датчиків

2.2 Фотодатчики з зовнішнім фотоефектом

2.3 фотодатчики з внутрішнім фотоефектом.

Термін часу: 2 години.

Роздатковий матеріал: Стенд: фотоелектричні датчики, потенціометр, плакат №

1. Потенціометричні датчики

Потенціометричні датчики призначені для вимірювання лінійних та кутових переміщень, вібрацій, зусиль, прискорень та інших неелектричних величин. Принцип дії оснований на зміні омічного опору під дією вимірювальної величини. Резистор цих датчиків увімкнений по схемі потенціометра тому і отримав назву потенціометричного датчика. Рухомий контакт потенціометра зв’язаний з контрольованим переміщенням, при зміні положення об”єкта змінюється напруга на вторинному пристрої, проградуйованого в одиницях контрольованого параметра.

Щоб уникнути впливів від відхилень напруги, рекомендується подавати живлення на датчик від стабілізатора.

Датчик складається з таких основних елементів: текстолітового каркасу 6 (чи іншого матеріалу),на який намотаний дріт 5 з манганіну чи константану, ніхрому і ковзкого контакту 4, розміщеного на осі 1 та струмознімального кільця 1.

Переваги: Висока точність і стабільність характеристик, простота конструкції і малі габарити, не потребують підсилювачів, тому що їх вихідна потужність достатня для роботи вторинних пристроїв.

Недоліки: наявність ковзкого контакту і рухомих частин.

+ +

U U 0

_

_

п П П

а) з прямим каркасом б) з середньою точкою в)кутових переміщень

Методика визначення параметрів потенціометричного датчика

1. Діаметр дроту визначається за формулою:

d= √4I / πi. Мм

де І – числове значення сили струму потенціометра, А.

і= 10 А /мм ². – числове значення допустимої щільності струму в обмотці.

2. Повний опір в обмотці

R= U / I, Ом

3. Число витків при заданій довжині намотки обчислюємо за формулою

W= L н / d

де L н - числове значення заданої довжини намотки., мм.

4. Довжина дроту обмотки

L = π d² R / 4ρ, м

Де ρ - питомий електричний опір дроту, Ом. м.

ρ манганіна = 0.4 10 ‾³ Ом.м.

ρ константана = 0.5 10 ‾³ Ом. м

5. Довжина одного витка

l = L / W м.

6. Розміри каркаса товщина а > 4d, ширина в = l- 2a/ 2

7. Виткова похибка δ = 0.5 R/ W, Ом / вит.

Марки: ПЛ1,ПЛ2,ПЛ3,ПК.,МУ

2.1Фотоелектричні датчики

Принцип дії оснований на використанні фотоелектричного ефекту. Датчики реагують на зміну світлового потоку.

Світлова енергія, яка діє на деякі матеріали дає додаткову енергію цим електронам і частина електронів становляться вільними. В залежності від поведінки електронів, які звільнилися під дією світлового потоку розрізняють три типи фотоелементів:з зовнішнім фотоефектом (вакуумні та газонаповнені лампи), з внутрішнім фотоефектом (фоторезистори), закриваючим (вентильні).

2.2. Фотоелементи з зовнішнім фотоефектом.

П R

Являють собою вакуумну або газонаповнену лампу, анод 1 якої виготовлений у вигляді кільця, або пластини, катод 2 створений світлочутливим шаром (цезій або сплав сурьми і цезія)і нанесений на внутрішню поверхню колби.

Струм виникає як потік електронів вибитий під дією світлового потоку (енергії) з поверхні матеріалу (зовнішній фотоефект).

Типи: СЦВ- сурьмяно - цезієвий;

ЦГ- цезієвий газонаповнений;

ЦВ- цезієвий вакуумний.

Якщо увімкнути фотоелемент з навантаженням на постійну напругу і освітити катод, то у колі з навантаженням виникне струм, який залежить і від прикладеної напруги і від світлового потоку. Фотоелементи працюють в режимі насичення.

Переваги: мала інерційність.

Недоліки: мала чутливість, мала потужність вихідного сигналу, працює тільки на постійному струмові.

2.3 Фотоелементи з внутрішнім фотоефектом.

Розглянемо фотоопори, які призначення для контролю видимих інфрачервоних, ультрафіолетових і гама-випромінювань.

Конструкція:

На скляну пластину1 нанесений тонкий шар селену 2 (талія, вісмута, кадмія, свинця).До пластини прикріпляють електроди 3, які контактують з напівпровідниковим шаром.

При подані напруги до електродів через напівпровідник пройде струм, сила якого залежить від освітленості світлочутливої поверхні фотоопору. Чим більший світловий потік Ф,який падає на поверхню фотоопору при постійній напрузі живлення, тим більша сила струму.

Фотоопір не реагує на полярність вмикання і може працювати на постійному та змінному струмові.

Область застосування: Для автоматичного керування вуличним освітленням; для підрахунку виробів, які проходять по конвеєру; для контролю полум’я, Фотодатчики входять до складу фотореле.

Типи: ФС-1А. ФС-К1;. ФС-К2, ФС-Д (селеново-кадмієвий),СФ2-8.

Матеріали світлочутливого шару: сірчистий свинець, селеновий кадмій, сірчистий кадмій.

Переваги: простота конструкції, невеликі габарити,не реагують на полярність сигналу, тому і працюють на змінному і постійному струмах, великий строк експлуатації.

Недоліки: велика інерційність, залежність від температури, не можуть швидко реагувати за зміною інтенсивності світлового потоку.

1 F 2

каркас

3

Принцип дії та будова фотодіода та фототріода.

Фотодіод – це напівпровідниковий приймач променевої енергії, в якому здійснюється направлений рух носіїв струму під дією енергії оптичного випромінювання. Режим роботи фото діода з зовнішнім джерелом живлення називають фотоперетворюючим, а без нього фото генераторним (вентильний режим)

Фототріод - це напівпровідниковий приймач променевої енергії, в якому здійснюється направлений рух носіїв струму і підсилення фотоструму при дії енергії оптичного випромінювання.

Конструктивно фототріод являє собою напівпровідникову пластинку з трьома областями р-п-р провідностями. Контактні виводи цих областей слугують для вмикання фототріода в схему.

Роботою фототріода можна керувати не тільки під дією світлового потоку і одночасно за допомогою електричного сигналу. Крім того фототріоди мають більшу чутливість на відміну від інших датчиків.

а – з зовнішнім фотоеффектом; б- фоторезистор; в - фотодіод; г- фототранзистор.

Література: Л.1 ст.

Самостійна робота: Датчики витрати (Л1.69-70)- законспектувати.

Питання для самоперевірки

1. Зобразіть потенціометричний датчик кутових переміщень.

2. Конструкція потенціометричних датчиків.

3. Що являється вхідною (х) і вихідною величиною (у) в фотоопорах.

4.Зобразіть потенціометричний датчик лінійних переміщень.

5.Переваги і недоліки потенціометричних датчиків.

6.З якого матеріалу виготовлений світлочутливий шар фоторезисторів

7.Що являється вхідною величиною(х) і вихідною(у) в потенціометричних датчиках.

8.Область застосування фото датчиків.

9.Зобразіть фотоелектричний датчик (фотоопор).

10.Які ви ще знаєте фотоелектричні датчики.

11.Сфера застосування потенціометричних датчиків.

12.Галузь застосування потенціометричних датчиків.

13.Поясніть зовнішній фотоефект.

14. Поясніть внутрішній фотоефект.

15.До фотодатчиків з внутрішнім ефектом відносяться:

а)вакуумний фотоелемент; б) фоторезистор;

в)фотопомножувач; г)фотодіод

16. Датчик, принцип дії,якого оснований на використанні термоелектричного ефекту називається....................

17.Потенціометричні датчики призначені для вимірювання:

а) переміщення; г) тиску;

б) температури; д) опору;

в) вологості; е) зусиль.

18. Найголовніший недолік потенціометричного датчика:

а) керамічний каркас; б)великий діаметр дроту; в) сковзкий контакт.

19.Чому фотоелектричну вакуумну лампу наповнюють аргоном

а) для збільшення фотоопору,

б) для підсилення струму

в)щоб фотолампа могла працювати на постійному та змінному струмові.

Лекція № 6

ТЕМА: ДАТЧИКИ РІВНЯ. ВОЛОГОСТІ.

План:

1. Класифікація датчиків рівня.

Поплавкові датчики

Мембранні датчики.

Електродні датчики

2.Датчики вологості

2.1.Гігроскопічні датчики вологості.

2.2 Психометричні датчики вологості.

Термін часу –90 хв.

1. Класифікація датчиків рівня

Датчики рівня бувають: поплавкові, мембранні, електродні (ємнісні, омічні), термічні, акустичні, радіоізотопні, оптичні.

Поплавкові датчики призначенні для контролю електропровідних і не електропровідних рідин, електродні тільки в електропровідних.

Поплавкові датчики (п ризначенні для контролю рівня електропровідних і не електропровідних рідин) складаються з первинного перетворювача – поплавка і елемента, яки перетворює переміщення або зусилля у вихідний сигнал (електричний). В якості вторинних перетворювачів використовуються омічні або індуктивні датчики.

Дата добавления: 2014-01-05