Датчики неэлектрических величин

Датчики – эл. аппараты, преобразующие входную неэлектрическую величину в изменение выходной эл. величины. В зависимости от вида контролируемой величины датчики:

- скорости

- линейного и углового перемещения

- температуры

- давления и т.д.

Основной характеристикой датчика является чувствительность, т.е. отношение приращения выходной и входной величины: .

Требования к датчикам: максимальная чувствительность и быстродействие, а также стабильность параметров и характеристик при изменении условий работы (температуры).

Классификация датчиков по принципу действия:

1. реостатные

2. индуктивные

3. индукционные

4. емкостные.

1. Реостатные датчики – датчики активного сопротивления. Простейший реостатный датчик – проволочный реостат с подвижным скользящим контактом, перемещение которого контролируется. Сопротивление датчика меняется пропорционально углу поворота и величине хода. Реостатные датчики применяются для измерения угловых и линейных перемещений. С их помощью можно изменять уровень и расход жидкости. Датчик соединяется с поплавком. Разновидность реостатного датчика – тензодатчик. Применяется дл контроля механических деформаций. В основу работы положен тензоэффект, который заключается в изменении сопротивления проводника под действием механического напряжения и деформации. Представляет собой тонкую зигзагоуложенную проволоку (2) диаметром 0,02-0,05 мм из константана с выводами (3) и приклеенную к подножке (1). Приклеивается на поверхность исследуемой детали. При деформации датчик деформируется и изменяется сопротивление.

Если элемент датчика включить в диод из плеч мостовой схемы, то изменение его сопротивления вызовет разбаланс моста.

Измерительный элемент ИЭ фиксирует ток небаланса. Для компенсации температурной погрешности в другое плечо мостовой схемы включен идентичный тензодатчик, сопротивление которого неизменно.

Коэффициент тензочувствительности: - отношение относительного изменения сопротивления к относительной деформации проволоки.

Применяют цепи с дифференцированным включением датчиков, в котором один тензодатчик испытывает деформацию растяжения, а другой – сжатия. Исключается температурная погрешность и вдвое увеличивается чувствительность.

Терморезисторы – полупроводниковые приборы, сопротивление которых резко зависит от температуры.

Различают:

1. термистр – с повышением температуры сопротивление уменьшается
2. позистор - повышением температуры сопротивление увеличивается.

, где

R₀ – сопротивление при 0 ^оС,

- температурный коэффициент сопротивления.

Термист имеет .

1/град.

Применяются в качестве датчиков температуры, уровня, направления потока, степени разряжения. Изготавливают в виде пластин, шайб, дисков, стержней.

2. Индуктивные датчики – в них изменяющимся параметром является индуктивное сопротивление катушки, включенное в цепь переменного тока.

, где

-величина зазора,

S – площадь зазора,

W – число витков.

3. Индукционные датчики – если изменяется потокосцепление, связанное с проводником или катушкой, то в них возникает ЭДС. Это происходит при движении проводника в магнитном поле или при движении магнитного поля, пересекающего неподвижный проводник. ЭДС возникает при изменении магнитной проводимости потокосцепления.

Индуктивные датчики используют как датчики скорости. Выходной сигнал снимается с обмотки, в которой наводится ЭДС.

, где

В – индукция, создаваемая в зазоре кольцевым постоянным магнитом

l – длина витка перемещающейся измерений обмоткой

W – число витков обмотки

V – скорость перемещения измерений обмотки.

Для получения сигнала пропорционального перемещения сигнал с обмотки интегрируется.

4. Емкостные датчики. Принцип основан на преобразовании входной величины в изменение емкости конденсатора. С изменяется путем изменения:

а) зазора м/у электродами (датчики перемещения)

б) площади (датчики угла поворота)

в) материала диэлектрика (датчики уровня жидких и сыпучих тел)

г) деформации диэлектрика.

Емкость плоского конденсатора: , где - расстояние м/у пластинами, - площадь пластин.

Для датчика линейных перемещений, емкость которого зависит от глубины погружения внутреннего цилиндра во внешний, равна: . Поверхность цилиндров покрывают тонким изолирующим слоем.

Дата добавления: 2014-01-07