Какова структура датчика что такое чувствительный элемент

Назначение, принцип действия и структура датчиков с электрическим выходным сигналом

Датчик (измерительный преобразователь) – устройство, воспринимающее измеряемый (контролируемый) параметр и преобразующее его в сигнал, удобный для передачи по линиям связи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но не поддающийся непосредственному восприятию наблюдателем. В большинстве случаев датчик представляет собой конструктивную совокупность одного или нескольких измерительных преобразователей (первичных и промежуточных) и сопутствующих им конструктивных элементов, предназначенную для измерения (контроля) конкретной физической величины и выполненную в виде единой конструкции.

В зависимости от энергетического носителя информации выходные сигналы датчиков могут быть электрическими, пневматическими, гидравлическими и другие. В средствах технического диагностирования используют датчики с электрическим выходным сигналом, так как электроизмерительные схемы этих средств имеют ряд важных преимуществ по сравнению с пневматическими, гидравлическими и другими, таких как быстродействие; возможность автоматизации процессов измерения и представления результатов экспериментального исследования в форме, удобной для обработки на ЭВМ, многофункциональность и гибкость, позволяющие при наличии программирующего устройства оперативно перестраивать структуру измерительных каналов. Следовательно, датчик, служащий для восприятия и преобразования диагностического параметра технического состояния агрегатов машин в электрический сигнал, является диагностическим датчиком.

Датчики, являясь первичными элементами средств экспериментального исследования, осуществляют связь этих средств с объектом путем преобразования контролируемых параметров (неэлектрических и электрических величин) в электрические сигналы, поступающие во входные устройства диагностического средства. Таким образом, датчики обеспечивают преобразование контролируемых физических величин в соответствующие этим величинам электрические сигналы с тем, чтобы при дальнейших преобразованиях, регистрации и обработке можно было бы получить результаты в форме измеряемой физической величины в функции времени. Преобразование измеряемой физической величины в электрический сигнал осуществляется в датчиках на основе использования зависимости электрических параметров различных физических тел от внешних воздействий. Например, зависимость величины электрического сопротивления металлов и полупроводников от температуры широко используется для измерения таких физических параметров, как температура, скорость газового потока, расход жидкости и газа и др. На принципе использования зависимости омического сопротивления металлических и полупроводниковых тел от механической деформации разработаны датчики для измерения механических напряжений в конструкциях, статических и переменных давлений, вибраций и т. д.

Существует множество типов и модификаций датчиков, отличающихся разными вариантами выполнения схемы и конструкции. В зависимости от принципа действия датчики с электрическим выходным сигналом можно разделить на две большие категории: генераторные или активные и параметрические или пассивные.

В генераторных датчиках осуществляется преобразование измеряемого параметра непосредственно в электрический сигнал (т. е. они генерируют электрическую энергию). К таким датчикам относятся:

пьезоэлектрические датчики, использующие пьезоэлектрический эффект, возникающий в некоторых кристаллах (кварц, турмалин и др.), в зависимости от значений и характера прилагаемых к кристаллу упругодеформирующих сил;

индукционные (магнитоэлектрические) датчики, использующие явление электромагнитной индукции – наведение ЭДС в электрическом контуре, в котором меняется величина магнитного потока;

фотоэлектрические датчики, использующие зависимость ЭДС фотоэлемента с запирающим слоем от освещенности;

термоэлектрические датчики (термопары), использующие явление термоэлектрического эффекта, возникающего в цепи термопары, в зависимости от разности температур ее рабочего и свободного спаев;

датчики электрических потенциалов, использующие зависимость концентрации водных растворов от концентрации водородных ионов в растворе, которую можно определить по потенциалу, возникающему на границе различных электродов, опущенных в контролируемый раствор;

гальванические датчики, использующие зависимость ЭДС гальванического элемента от состава и концентрации растворов электролитов;

электрокинетические датчики, использующие явление электрокинетического потенциала, возникающего при вынужденном протекании полярной жидкости через пористую стенку;

датчики с времяимпульсным выходом, в которых изменяемый параметр преобразовывается в пропорциональный по длительности импульс тока;

частотные датчики (с частотным выходом), в которых измеряемый параметр преобразовывается в изменение частоты переменного тока или в изменение частоты следования электрических импульсов.

В параметрических датчиках измеряемая величина преобразуется в параметр электрической цепи – сопротивление, индуктивность, емкость и т. п., причем датчик питается от внешнего источника электрической энергии. К таким датчикам относятся:

емкостные датчики, использующие зависимость электрической емкости конденсатора от размеров и взаимного расположения его обкладок при воздействии на него измеряемого параметра;

электромагнитные и магнитоэлектрические датчики, которые объединяют три типа датчиков – индуктивные, трансформаторные и магнитоупругие: Индуктивные датчики основаны на зависимости индуктивности дросселя от длины и площади сечения его сердечника, от взаимного расположения обмоток дросселя и частей магнитопровода. Трансформаторные датчики основаны на изменении взаимной индуктивности обмоток преобразователя под воздействием механических перемещений ферромагнитного сердечника. Магнитоупругие датчики основаны на принципе изменения магнитной проницаемости (или индукции) ферромагнитных тел под воздействием приложенных к ним механических сил или напряжений;

электроконтактные датчики, коммутирующие электрическую цепь под воздействием измеряемого параметра;

потенциометрические (реостатные) датчики, использующие зависимость сопротивления реостата от положения его движка, который может перемещаться под воздействием контролируемого параметра;

жидкостные (электролитические) датчики, принцип действия вторых основан на изменении сопротивления электропроводящей жидкости при взаимном перемещении электродов или изменении геометрической формы корпуса чувствительного элемента;

механотронные датчики, основанные на преобразовании изменяемого параметра в перемещение электродов механотронной лампы и, соответственно, в изменение анодного тока;

тензорезисторные (тензометрические) датчики, использующие свойство тензопреобразователя изменять свое сопротивление при упругих деформациях. Они подразделяются в зависимости от материала тензорезистора на проводниковые (проволочные и фольговые) и полупроводниковые;

датчики контактного сопротивления, использующие зависимость контактного сопротивления между поверхностями двух твердых тел от усилия их сжатия;

магнитомодуляционные датчики, представляющие собой устройства, содержащие магнитную систему и магнитометр, при взаимном перемещении которых меняется напряженность магнитного поля, пронизывающего магнитометр, и, соответственно, выходной сигнал;

датчики термосопротивления, пьезосопротивления, фотосопротивления и др., использующие свойства цепи, в которой они стоят, менять свое сопротивление соответственно в зависимости от температуры, механического напряжения, освещенности и т. д.

Из всей номенклатуры типов датчиков, различающихся по принципу действия, в настоящее время находят наиболее широкое применение следующие:

1. Потенциометрические или реостатные датчики – для измерения абсолютных, избыточных давлений жидких и газообразных сред и перепадов давлений; координат и относительных перемещеёний; линейных ускорений, угловых скоростей, скоростного напора и. др.

2. Тензорезисторные (тензометрические) датчики – для измерения давлений, усилий, вращающих моментов, относительных перемещений, линейных ускорений и др.

3. Электроконтактные датчики – для измерения временных интервалов и фазовых параметров работы двигателя.

4. Индуктивные датчики – для измерения давлений, линейных перемещений и др.

5. Трансформаторные (взаимоиндуктивные) датчики – для измерения линейных перемещений, давлений, расходов и др.

6. Магнитоупругие датчики – для измерения вращающих моментов, усилий и др.

7. Индукционные датчики – для измерения расходов жидкости и газа, частоты вращения и др.

8. Пьезоэлектрические датчики – для измерения давлений, вибраций, уровней, расходов по уровню и др.

9. Термоэлектрические датчики (термопары) – для измерения температуры

10. Датчики термосопротивления (термометры сопротивления) – для измерения температуры жидких сред и поверхности корпусных деталей.

11. Фотоэлектрические датчики – для измерения частоты вращения, вращающего момента, линейных размеров и др.

12. Механотронные датчики – для измерения малых перемещений, усилий, давлений и др.

13. Частотные стробоскопические датчики (стробоскопы) – для измерения фазовых параметров и частоты вращения.

Основной характеристикой датчика является зависимость выходной величины (электрического сигнала) U от входной величины (контролируемого параметра) X, определяемая градуировочной характеристикой U=f(Х).

На рис. 4.2 изображены наиболее распространенные зависимости «выход–вход» для датчиков в зависимости от структуры их построения. В наиболее простых случаях структурная схема датчика включает в себя один или два элементарных преобразователя. В простейшем случае он может состоять только из одного преобразователя (рис. 4.2,а), осуществляющего преобразование измеряемой неэлектрической величины Х в электрическую величину U.

Однако в подавляющем большинстве случаев преобразователи строятся по структурным схемам, состоящим из чувствительного элемента, воспринимающего энергию Х измеряемого параметра и преображающего ее в промежуточную неэлектрическую величину Х₁, и преобразователя, предназначенного для преобразования промежуточной неэлектрической (обычно механической) величины X₁ в электрический сигнал U (рис. 4.2,б). В отдельных случаях между чувствительным элементом и преобразователем располагается передаточный механизм или несколько промежуточных преобразователей (структура каскадного соединения, рис. 4.2,е). Часто встречаются более сложные структуры – дифференциальная схема (рис. 4.2,г), например, в индуктивных датчиках давления, и компенсационная схема (рис. 4.2,д), например, в трансформаторных датчиках линейных перемещений.

В общем виде подавляющее большинство датчиков неэлектрических параметров можно представить обобщенной структурной схемой (рис.4.2,е) Показанная на рисунке электрическая схема ЭС выполняет функцию дополнительного преобразования электрического сигнала с выхода ПНЭ в электрический сигнал U. Например, в некоторых тензометрических датчиках электрическая схема служит для преобразования электрического сопротивления тензорезистора в постоянное напряжение.

Вид функциональной зависимости датчика неэлектрического параметра U=f(Х), как правило, определяется соотношением действующего и противодействующего усилий на чувствительный элемент и характеристиками преобразователя неэлектрического параметра в электрический сигнал. Действующее усилие создается за счет энергии измеряемой физической величины и воспринимается чувствительным элементом, деформирующимся пропорционально действующему усилию. Деформация чувствительного элемента трансформируется промежуточным преобразователем датчика в электрический сигнал. Таким образом, функциональная зависимость выходного сигнала от измеряемой физической величины определяется свойствами и геометрическими размерами чувствительного элемента, а также электрическими свойствами преобразователя и частично измерительной цепи. Если датчик состоит из одного преобразователя (см. рис. 4.2,а), то его характеристика определяется физическими и электрическими параметрами последнего.

Рис. 3.2. Структурные схемы основных типов датчиков:

а – структурная однозвенная простейшая схема и пример датчика (термопары) состоящего только из одного преобразователя; б – структурная схема и пример датчика (потенциометрический датчик давления), состоящего из чувствительного элемента 1 и выходного преобразователя 2; в – схема каскадного соединения (3 – промежуточный преобразователь); г – дифференциальная схема (4 – вычитающий элемент); д – компенсационная схема (5 – усилитель; 6 – генератор компенсирующей величины); е – обобщенная структурная схема датчика неэлектрической величины ЧЭ – упругий чувствительный элемент (первичный преобразователь); ПМ – передаточный механизм (промежуточный преобразователь); ПНЭ – преобразователь неэлектрической величины в электрическую (промежуточный преобразователь); ЭС – электрическая схема (вторичный преобразователь) Х_из; Х_э и У_э – соответственно входной неэлектрический, входной электрический и выходной электрический сигналы

Характер зависимости U=f(Х) в ее окончательном суммарном виде, как правило, находится путем градуировки датчиков и представляется в виде таблицы либо в виде графика. При градуировке для контроля задаваемых значений измеряемой неэлектрической величины и выходного сигнала применяют образцовые средства измерения с погрешностью, которая в 3–5 раз меньше погрешности датчиков в нормальных условиях.

В зависимости от свойств составных конструктивных и схемных элементов датчика его градуировочная характеристика оказывается либо линейной, либо нелинейной. В большинстве случаев стремятся иметь датчики с линейной характеристикой, т.е. с характеристикой, погрешность от нелинейности которой ничтожна по сравнению с допускаемой погрешностью датчиков в нормальных условиях. Линейность характеристики особенно важна для измерений колебательных процессов и других динамических измерений.

Из-за наличия сил трения в подвижных элементах конструкции датчиков при градуировке обнаруживается разница в значениях выходного сигнала между прямым и обратным ходом при одном и том же значении измеряемой величины. Основная доля вариационных отклонений вызывается свойствами упругих чувствительных элементов.

При измерении медленно и быстро меняющихся процессов имеет место динамический режим работы аппаратуры, вызывающий появление дополнительных динамических погрешностей, а именно: амплитудных и фазовых погрешностей и погрешностей измерения переходных процессов. Эти погрешности зависят от динамических параметров измеряемых процессов и динамических характеристик датчиков. К динамическим погрешностям относят и погрешности, возникающие при измерениях в условиях вибрации, тряски, ударов и т.д. Они затрудняют работу, так как вследствие неизбежно возникающих собственных колебаний подвижной системы либо датчик дает неправильные показания, либо требуется сравнительно большое время на успокоение собственных колебаний. С динамическими погрешностями такого рода борются, как правило, с помощью различного рода амортизаторов и демпферов.

Источник

Чувствительные элементы датчиков

Чувствительные элементы датчиков по принципу действия под­разделяются на параметрические, в которых измеряемая величина воздействует на параметры чувствительного элемента (сопротивле­ние R, емкость С, индуктивность L и т.д.), и генераторные, преобра­зующие неэлектрические величины в электрическую величину (на­пряжение, ток). Для работы параметрического датчика необходим внешний источник энергии.

Для построения чувствительных элементов датчиков используют ряд физических явлений, которые могут в зависимости от условий давать информацию о том или ином параметре технологического процесса. Принципы построения чувствительных элементов датчиков рассмотрим по физической природе преобразования информации.

9.2.1. Механические чувствительные элементы датчиков

Наиболее простыми средствами получения информации о раз­личных параметрах технологических процессов (положения деталей, тары, продукта на транспорте, уровня воды в емкости и др.) служат механические датчики — щупы, стержни, полозки, катки и т. п.

На рис.9.3. показан пример механического датчика положения движущейся тары на транспортере. Датчик состоит из щупа 4 с про­тивовесом 5, насаженного на ось вращения 10. В корпусе датчика имеется пара контактов 7 и 8 для включения внешней элекгрической цепи. Щуп имеет возможность при приближении банки 2 отклоняться на угол а.

До подхода банки 2 к позиции срабатывания датчика (рис.9.3а), определяемой осью 5, нижний конец щупа 4 под действием противо­веса 5 опущен вертикально, параллельно этой оси. Контакты 7 ра­зомкнуты, и во внешнюю цепь никакого сигнала не поступает.

В момент прихода банки 2 к положению, определяемому осью 9 (рис.9.3б), щуп 4 начинает отклоняться и своим противоположным концом замыкает контакты 7 и 8, которые дают сигнал в цепь управ­ления «одна банка » прошла. Сигнал управления может представлять собой единичный электрический импульс, который считывается сис­темой управления и используется для подсчета количества банок, ос­тановки транспортера, подачи ящиков и т.д. После прохода банки 2 щуп освобождается и под действием противовеса 5 опускается в по­ложение 9, ожидая прихода следующей банки 3 и т.д.

Другим примером механического датчика является известный поплавок» (рис.9.4) для определения уровня жидкости. В бак 1 по­ступает жидкость 2. Поплавок 4, соединенный рычагом 3 с контакт­ной группой 6 и 7, заключенной в корпус 5.

При поступлении жидкости в бак 1 поплавок 4 поднимается вме­сте с ее уровнем. При достижении заданного уровня жидкости попла­вок под действием выталкивающей его силы Р перемещает рычаг 3 вверх, который своим противоположным концом замыкает контакт­ную группу 6-7, дающую сигнал управления, например, на прекраще­ние подачи жидкости или ее откачки.

Источник

Чувствительные элементы или датчики

Чувствительные элементы или датчики

Свойства фотоэлементов определяются их характеристиками

Чувствительные элементы или датчики

Датчиком называется первичный элемент автоматической системы, реагирующий на изменение физической величины, характеризующей процесс, и преобразующий эту величину в другую, удобную для работы последующих элементов. Статической характеристикой датчика является зависимость изменения выходной величины от изменения входной.

Чувствительностью датчика, или его коэффициентом усиления, называется крутизна статической характеристики.

Датчики можно классифицировать либо по тем величинам, которые они должны измерять (датчики давления, датчики уровня), либо по тем параметрам, в которые преобразуются измеряемые величины (датчики сопротивления, датчики индуктивности). Более рациональная классификация по второму признаку, так как два индуктивных датчика, служащие для измерения различных величин (например, давления, уровня), сходны между собой и имеют близкие конструктивные и эксплуатационные характеристики. В то же время емкостный и индуктивный датчики, служащие для измерения одной и той же величины, сильно отличаются друг от друга по конструкции, схеме и характеристикам.

В некоторых случаях осуществляется несколько стадий преобразования регулируемого параметра, например из механической величины сначала в какую-либо другую (например, тепловую, световую и т.д.), а затем уже в электрическую или пневматическую.

Датчики сопротивления

Основными типами датчиков сопротивления являются потенциометрические датчики, угольные датчики, тензометры и термометры сопротивления.

Потенциометрические датчики применяют чаще всего для измерения перемещений. Главное их достоинство в простоте и отсутствии необходимости последующего усиления. Основными недостатками их являются наличие скользящего электрического контакта, необходимость относительно больших перемещений движка и значительного усилия для его перемещения. Простой реостат, изменяющий ток в электрической цепи при перемещении его движка, почти не используют в автоматике ввиду значительной нелинейности его характеристики.

Угольные датчики применяют в основном для измерения больших усилий и давлений. Обычно угольный датчик имеет вид столбика из графитовых дисков, на концах которого находятся контактные диски и упорные приспособления, воспринимающие измеряемые усилия. Сопротивление такого столбика электрическому току складывается из собственно сопротивления графитовых дискови переходного контактного сопротивления поверхностей их соприкосновения. Из-за неровности поверхностей графитовых дисков их соприкосновение происходит не по плоскости, а по отдельным точкам. Если угольный датчик подвергнуть сжатию, то площадь соприкосновения графитовых дисков увеличивается и переходное контактное сопротивление уменьшается. Это свойство и используют в угольном датчике.

Существенными недостатками угольных датчиков являются нелинейность характеристики, нестабильность сопротивления и значительный (до 5%) гистерезис, т.е. различие между сопротивлением для одних и тех же величин усилий при сжатии и последующем снятии сжимающего усилия.

Область применения угольных датчиков ограничена измерением больших усилий и давлений, не требующих большой точности.

Тензодатчики широко применяют для измерения деформации деталей в самых различных областях техники. Они характеризуются малым относительным изменением сопротивления не более 1%, что требует измерительных схем высокой чувствительности.

Статическая характеристика проволочных датчиков имеет линейный вид, т.е. чувствительность проволочных датчиков практически постоянна. Для измерения применяют проволочные датчики из материала типа константана с небольшой чувствительностью (порядка 2), но с малым температурным коэффициентом сопротивления.

Действие электрических термометров сопротивления основано на свойстве некоторых материалов менять свое электрическое сопротивление при изменении температуры.

В последнее время в качестве термометров сопротивления используют термисторы, которые изготовляют из полупроводников, представляющих собой оксиды, сульфиды, карбиды металлов с большим отрицательным температурным коэффициентом.

Термисторы изготовляют прессованием и обжигом измельченных и очищенных материалов, а затем покрывают защитным слоем эмали или лака, имеющих одинаковый с исходными материалами коэффициент расширения.

Датчики индуктивности

Принцип работы датчиков основан на изменении индуктивного сопротивления катушки со сталью. Датчики индуктивности широко применяют благодаря их существенным достоинствам: простоте, надежности и отсутствию скользящих контактов; возможности непосредственного использования показывающих приборов за счет относительно большой величины отдаваемой электрической мощности; возможности работы на переменном токе промышленной частоты.

Основной областью применения индуктивных датчиков является измерение угловых и линейных механических перемещений. Изменение входного параметра в датчиках индуктивности преобразуется в изменение индуктивности катушки благодаря перемещению якоря, сердечника или катушки.

Индуктивные датчики применяют только на относительно низких частотах (до 3000-5000 Гц), так как на высоких частотах резко возрастают потери в стали на перемагничивание и реактивное сопротивление обмотки.

Для устранения недостатков, свойственных рассмотренному датчику индуктивности, которые состоят в том, что для измерения перемещения якоря в обоих направлениях необходимо иметь начальный воздушный зазор, т.е. и начальную силу тока, из-за чего создается неудобство в измерении, значительные погрешности от колебаний температуры и питающего напряжения, а также для устранения электромеханического усилия притяжения якоря, зависящего от величины воздушного зазора, применяют дифференциальный индуктивный датчик.

Работа всех рассмотренных датчиков основана на изменении индуктивности. Существуют датчики, работа которых основана на изменении коэффициента взаимной индукции двух катушек. Такие датчики называются трансформаторными, или индукционными, и содержат две катушки: однапитается напряжением переменного тока, другая является выходной, и с нее снимается напряжение, пропорциональное перемещению якоря или сердечника.

Особенностями трансформаторных датчиков является возможность больших перемещений якоря и отсутствие электрической связи между измерительной цепью и цепью электрического питания. Между ними существует только магнитная связь, что во многих случаях является преимуществом.

Емкостные датчики

Емкостный датчик представляет собой обычный плоский или цилиндрический конденсатор, изменение емкости которого происходит либо за счет перемещения одной из пластин, либо за счет изменения диэлектрической постоянной среды е, находящейся между пластинами. Перемещение пластин вызывает изменение емкости благодаря изменению расстояния между пластинами б или площади пластин. Все емкостные датчики работают на переменном токе, как правило, с повышенной частотой и требуют обычно применения дополнительных усилителей напряжений, так как сигнал, получаемый от емкостных датчиков, имеет очень малую величину.

Емкостный датчик с переменным расстоянием между пластинами имеет одну неподвижную и одну подвижную пластины, связанные с измерителем. Благодаря перемещению подвижной пластины изменяется зазор между пластинами, что приводит к изменению емкости датчика. Для увеличения чувствительности и уменьшения влияния посторонних факторов такой датчик обычно выполняют дифференциальным, т.е. он содержит две неподвижные и одну подвижную пластины. При перемещении подвижной пластиныизменяются емкости и между подвижнойи неподвижными пластинами.

Емкостные датчики включают в соседние плечи мостовой схемы.

Емкостный датчик с изменением площади пластин состоит из ряда неподвижных и подвижных пластин, которые поворачиваются на определенный угол. При повороте подвижных пластин по отношению к неподвижным изменяется величина активной площади датчика, что приводит к изменению емкости датчика.

Емкостные датчики с изменяющейся диэлектрической постоянной среды можно применять для измерения концентрации электролитов или уровня жидкости. Обычно такие датчики выполняют в виде двух коаксиальных цилиндров, между которыми находится измеряемая жидкость. При изменении концентрации электролита или уровня жидкости линейно изменяется емкость датчика.

Датчики напряжения

У датчиков напряжения величина выходного напряжения пропорциональна значению регулируемого параметра. Изменение значения регулируемого параметра приводит к изменению выходного напряжения. К датчикам напряжения могут быть отнесены сельсинные передачи, работающие в так называемом трансформаторном режиме, пьезоэлектрические датчики, термопары, различные тахогенераторы и др.

Сельсины обычно выполняют по типу асинхронных машин переменного тока, т.е. они имеют ротор и статор, на которых уложены соответствующие обмотки.

Режим работы сельсинов в схемах передачи на расстояние угловых перемещений называется индикаторным.

Основной характеристикой индикаторного режима работы сельсинной передачи является зависимость синхронизирующего момента от угла рассогласования между роторами сельсин-датчика (СД) и сельсин-приемника (СП).

Основной статической характеристикой этого режима работы является зависимость напряжения, индуктируемого на роторной обмотке СП от угла рассогласования между роторами СД и СП.

Работа пьезоэлектрических датчиков основана на пьезоэлектрическом эффекте, свойственном некоторым кристаллам. Датчики обычно изготовляют из кварца, так как при сильно выраженном пьезоэлектрическом эффекте и одновременно высокой механической прочности свойства кварца мало зависят от температуры и отличаются высокими изоляционными качествами.

Тахогенераторы служат для получения напряжения, пропорционального скорости вращения, и их используют как электрические датчики угловой скорости. В зависимости от вида выходного напряжения их разделяют на тахогенераторы постоянного и переменного тока.

Тахогенераторы постоянного тока конструктивно подобны

электродвигателям постоянного тока и выполнены с возбуждением как от постоянных магнитов, так и от электромагнитов.

Тахогенераторы переменного тока разделяют на синхронные и асинхронные.

Тахогенератор синхронного типа представляет собой небольшую синхронную машину с ротором в виде постоянного магнита. Выходное напряжение такого тахогенератора имеет и амплитуду, и частоту, пропорциональные скорости вращения. Обычно оно выпрямляется полупроводниковым выпрямителем.

Выходное напряжение этого тахогенератора характеризуется переменной частотой, что затрудняет использование его в обычных схемах переменного тока, и, кроме того, тахогенератор нечувствителен к изменению направления вращения.

От этих недостатков свободен асинхронный тахогенератор. Конструкция асинхронного тахогенератора подобна конструкции двухфазного двигателя с тонкостенным ротором. Обмотка возбуждения тахогенератора питается от сети переменного тока, а в выходной обмотке наводится э. д. с. переменного тока с частотой сети и амплитудой, пропорциональными величине скорости. При изменении направления вращения фаза выходного напряжения меняется на обратную.

Термопары применяют для точного измерения высоких температур (100-2000° С). Особенно широко их используют в металлургии для контроля и автоматического регулирования большинства тепловых процессов. Крупными преимуществами термопар, помимо возможности измерения высоких температур, являются их сравнительно малая инерционность, простота и очень малые габариты получаемых датчиков.

Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте, который заключается в том, что если соединить концами два разнородных по материалу проводникаи места соединений поместить в среды с разными температурами, то в полученной таким образом электрической цепи появится электрический ток ввиду наличия термоэлектродвижущей силы (т. э. д. с). Эта т. э. д. с. пропорциональна по величине разности температур двух концов электрической цепи и зависит от материалов обоих проводников

Термопары характеризуются следующими основными свойствами. Абсолютная величина т. э. д. с. не зависит ни от распределения температур вдоль однородных проводников, ни от порядка ее отсчета. Это означает, что величина т. э. д. с. не изменится, если, например, нагревать какую-то произвольную точку проводника, не меняя при этом температур горячего и холодного спаев.

Датчики тока

У датчиков тока изменение регулируемого параметра приводит к изменению тока через датчик. Основным типом таких датчиков являются фотоэлементы, хотя некоторые из них служат также датчиками напряжения.

Свойства фотоэлементов определяются их характеристиками

Спектральной характеристикой фотоэлемента называется кривая зависимости фототока от частоты (или длины волны) света при постоянной интенсивности светового потока. Эта кривая характеризует распределение чувствительности по спектру излучения.

Для катодов фотоэлементов, предназначенных для видимой или ближней инфракрасной области, обычно используют щелочные металлы, поверхность которых была подвергнута специальной обработке. У этих катодов в определенной спектральной области обнаруживается резкий максимум чувствительности.

Для газонаполненных фотоэлементов пропорциональная зависимость фототока от светового потока справедлива для относительно небольших значений светового потока.

При использовании фотоэлементов для измерения весьма важное значение имеет стабильность их интегральной и спектральной чувствительности. Как показывает опыт, чувствительность фотоэлементов понижается

В настоящее время наряду с рассмотренными фотоэлементами в качестве датчиков тока начинают применять также фотодиоды и фототриоды, в которых используют чувствительность электронно-дырочного перехода в полупроводниках к световому потоку. Фотодиод включается в цепь источника тока в направлении обратной проводимости. При отсутствии светового потока в цепи нагрузочного сопротивления, включенного последовательно с фотодиодом, протекает небольшой ток обратной проводимости, так называемый темновой ток. Если зона электронно-дырочного перехода освещается световым потоком, то ток возрастает пропорционально величине светового потока. У фототриода за счет эффекта усиления чувствительность к световому потоку значительно выше, чем у фотодиода.

Датчики АУС

В настоящее время промышленность выпускает комплекс элементов и устройств электронной и пневматической агрегатных унифицированных систем автоматического регулирования и контроля (АУС). Агрегатный принцип построения систем и унификация входных и выходных параметров позволяют из сравнительно небольшого числа стандартных блоков компоновать различные схемы автоматического контроля и регулирования.

В большинстве пневматических датчиков входной сигнал преобразуется в перемещение заслонки, которая управляет истечением воздуха из сопла, изменяя давление в камере, расположенной перед соплом. Принцип работы таких устройств описан ниже при рассмотрении пневматических усилителей, являющихся часто составными элементами пневматических датчиков.

Струнные датчики

Для измерения неэлектрических величин применяется и частотный метод, при котором измеряемая величина преобразуется в переменное напряжение, частота которого зависит от этой величины. Достоинством частотного метода измерения является то, что в процессе передачи и дальнейшей обработки частотного выходного сигнала не возникает дополнительной погрешности.

Наибольшее развитие для преобразования неэлектрических величин в частоту получили струнные датчики. Принцип действия струнного датчика основан на зависимости собственной частоты колебаний натянутой струны длиной и массойот силы натяжения. Струнные датчики используются в приборах для измерения силы, давления, расхода, температуры и др. При воздействии на струну измеряемой силы струна практически не растягивается, поэтому первичный преобразователь (например, мембрана в датчике давления) работает, почти не деформируясь.

Магнитоупругие датчики

Источник