Неэлектрика. Неэлектрика (2). 1. В чем различие между параметрическими и генераторными преобразователями
 Скачать 1.01 Mb.
|
|
1. В чем различие между параметрическими и генераторными преобразователями? 2. Какие термопреобразователи вам известны? Опишите их конструкцию и принцип действия. 3. Для измерения (контроля) каких величин могут применяться индуктивные и емкостные датчики? Опишите их конструкцию и принцип действия. 4. Какие преобразователи применяются для измерения угловых перемещений? 1. В чем различие между параметрическими и генераторными преобразователями? Первичные приборы, датчики или первичные преобразователи предназначены для непосредственного преобразования измеряемой величины в другую величину, удобную для измерения или использования Первичные измерительные преобразователи разделяют на параметрические и генераторные. Кратко: Параметрические датчики преобразуют неэлектрические величины Электрическое сопротивление или его составляющие (R, L, C) Генераторные датчики преобразуют неэлектрические величины в ЭДС (термопары). К параметрическим относят методы, основанные на изменении сопротивления, емкости и индуктивности электрических цепей. К генераторным относятся электромагнитный, термоэлектрический, пьезоэлектрический и другие методы. Подробно: К наиболее часто применяемым параметрическим преобразователям относятся реостатные, тензочувствительные (тензорезисторы), термочувствительные (терморезисторы или термометры сопротивления), индуктивные, емкостные, оптоэлектронные (фоторезисторы, фотодиоды и др.), ионизационные и др. Принцип действия реостатных преобразователей основан на изменении электрического сопротивления проводника под влиянием входной величины – механического перемещения. Реостатный преобразователь (рисунок 3.1) представляет собой реостат, подвижный контакт которого перемешается под действием измеряемой неэлектрической величины. Обмотку преобразователя изготавливают из сплавов (платина с иридием, константан, нихром, фехраль и др.). Подобные преобразователи обладают статической характеристикой преобразования со ступенчатым характером, поскольку сопротивление измеряется скачками, равными сопротивлению одного витка, что вызывает погрешность.  Тензорезисторы применяют для измерения деформаций и других неэлектрических величин – усилий, давлений, моментов и т.п. В основу работы тензорезисторов, положен тензоэффект, который заключается в измерении активного сопротивления проводника (полупроводника) под действием вызываемого в нем механического напряжения и деформации. Если проволоку подвергнуть механическому воздействию, например, растяжению, то сопротивление ее изменится. Тензочувствительные проволочные преобразователи представляют собой тонкую зигзагообразно уложенную и приклеенную к подложке проволоку. Преобразователь устанавливают таким образом, чтобы направление ожидаемой деформации совпадало с продольной осью проволочной решетки. В качестве материала для преобразователя обычно используют константановую проволоку (у константана – малый температурный коэффициент сопротивления) и для подложки – тонкую бумагу (0,03…0,05 мм) и плёнку лака либо клея. Распространение также получили фольговые преобразователи, у которых вместо проволоки используется фольга, и пленочные тензорезисторы, получаемые путем возгонки тензочувствительного материала с последующим осаждением его на подложку. Основной недостаток тензорезисторов – низкая чувствительность. Когда требуется высокая чувствительность, находят применение полупроводниковые тензочувствительные преобразователи (поликристаллические из порошкообразного полупроводника и монокристаллические из кристалла кремния) В последние годы получили развитие интегральные полупроводниковые тензочувствительные преобразователи. К термочувствительным преобразователям относят также термодиоды и термотранзисторы, у которых при изменении температуры изменяется величина сопротивления р-n перехода. Эти приборы обычно применяются в диапазоне от –80° до +150° С. Чаще всего термодиоды и терморезисторы включают в мостовые цепи и измерительные схемы в виде делителей напряжения. К достоинствам таких преобразователей относят высокие чувствительность и надежность, малые габариты, невысокую стоимость и малую инерционность. Основные недостатки: узкий диапазон рабочей температуры и плохая воспроизводимость статической характеристики преобразователя. В горной промышленности получили распространение магнитоупругие преобразователи, действие которых основано на использовании эффекта зависимости магнитной проницаемости (магнитного сопротивления цепи) от величины механического воздействия (сжатия или растяжения) на ферромагнитный сердечник преобразователя. Достоинствами индуктивных и магнитоупругих преобразователей являются простота и надежность в работе, значительная мощность выходных сигналов. Основными недостатками – обратное воздействие преобразователя на исследуемый объект (воздействие электромагнита на якорь) и влияние инерции якоря на частотные характеристики прибора. Генераторные преобразователи: Термоэлектрические преобразователи (термопары). Основаны на термоэлектрическом эффекте, возникающем в цепи термопары. Эти преобразователи применяются для измерения температуры. Принцип действия термопары, изображена термоэлектрическая цепь, составленная из двух разнородных проводников А и В. Точки 1 и 2 соединения проводников называются спаями термопары. Если температуры t спаев 1 и 2 одинаковы, то ток в термоэлектрической цепи отсутствует. Если же температура одного из спаев (например, спая 1) выше, чем температура спая 2, то в цепи возникает термоэлектродвижущая сила (ТЭДС) Е, зависящая от разности температур спаев. Термоэлектрический преобразователь (ТП), способный преобразовывать температуру в электричество иначе называют термопарой. ТП представляет собой спаянные по концам проводники из разнородных металлов. Пьезоэлектрические преобразователи. Такие преобразователи основаны на использовании прямого пьезоэлектрического эффекта, заключающегося в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов (кварца, турмалина, сегнетовой соли и др.) под влиянием механических напряжений. Пьезоэлектрическим эффектом обладают также некоторые поляризованные керамические материалы (титанат бария, цирконат-титанат свинца). Индукционные преобразователи Представляют собой магнитоэлектрическую систему, состоящую из не замкнутого магнитопровода, источника магнитного поля, и катушки, вращающейся в зазоре магнитопровода. В качестве источника магнитного поля служит постоянный магнит. Принцип работы основан на пропорциональной зависимости ЭДС катушки, от скорости изменения магнитного поля.  2. Термопреобразователи сопротивления (ТС) В основе работы термопреобразователей сопротивления (ТС) лежит тот принцип, что электрическое сопротивление металла возрастает при увеличении температуры явление, известное как «термическое сопротивление». Таким образом, измерение температуры можно осуществить, измеряя сопротивление элемента ТС. Датчики ТС выполняются из резистивного материала с прикрепленными к нему выводами и обычно помещаются в защитную оболочку. В качестве резистивного материала может использоваться платина, медь или никель, на сегодняшний день чаще всего используется платина, благодаря высокой точности, превосходной повторяемости и исключительной линейности таких первичных преобразователей в широком диапазоне, а также благодаря тому, что они демонстрируют большое изменение сопротивления на один градус изменения температуры. Конструкция данного прибора состоит термочувствительного элемента (одного или нескольких) и внутренних соединительных проводов, которые находятся в защитном корпусе герметичного типа, и дополненных внешними выводами для подключения к прибору измерения. Чувствительным элементом устройства является резистор, изготовленный из металлической проволоки или пленки, и имеющий выводы для подключения соединительных проводов. Термопреобразователи разделяются на несколько видов: • Металлические. • Полупроводниковые. • Угольные. • Сверхпроводящие. Типы чувствительных элементов в платиновых термопреобразователях На сегодняшний день выделяют следующие разновидности чувствительных элементов: 1. В виде «свободной от напряжения спирали». 2. В виде «полой конструкции». 3. Устройство из пленки. 4. Устройство из платины со стеклянной оболочкой. Данные приборы применяются в промышленной сфере для измерения показателей температуры в разнообразных рабочих средах (жидких, сыпучих, газообразных), в сфере автомобилестроения, печестроения, в нагревательной, холодильной и климатической электротехнике – везде, где требуется определение прямой зависимости электрического сопротивления от температуры. 3. Принцип действия емкостных преобразователей основан на зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения его обкладок и от значения диэлектрической проницаемости среды между ними. Они представляют собой конденсаторы различных конструкций, преобразующие механические линейные или угловые перемещения, а также давление, влажность или уровень среды в изменение электрической емкости. Преобразователь на рисунке 3.5, а представляет собой конденсатор, одна пластина которого перемещается под действием измеряемой величины x относительно неподвижной пластины. Чувствительность преобразователя возрастает с уменьшением расстояния δ. Такие преобразователи используют для измерения малых перемещений (менее 1 мм).  Рисунок 3.5 − Различные конструкции емкостных преобразователей По природе выходной величины все датчики можно подразделить на электрические, гидравлические, пневматические. По природе измеряемой (преобразуемой) входной величины выделя ют: датчики перемещения, температуры, уровня, расхода, положения, ско рости, ускорения, давления (или усилия), частоты, светового потока, де формации. По виду выходной величины электрические датчики подразделяют на: – параметрические (пассивные): контролируемая величина преобра зуется в изменении таких параметров как электрическое сопротивление, индуктивность, емкость (индуктивный, емкостной датчик, фоторезистор, угольный столбик); – генераторные (активные): контролируемая величина преобразуется в изменение заряда, напряжения, тока (термопара, фотоэлемент, пьезодатчик). По принципу действия выделяют: – датчики сопротивления: потенциометры, тензорезисторы, терморезисторы, фоторезисторы; – датчики индуктивности и взаимной индуктивности: индуктивные, сельсины, микросины, вращающиеся трансформаторы; – магнитно-индукционные: тахогенераторы постоянного и переменного тока, емкостные датчики. По структуре: – с промежуточным преобразованием энергии; – с непосредственным преобразованием энергии. 4 Применяют также дифференциальные преобразователи, у которых имеется одна подвижная и две неподвижные пластины. При воздействии измеряемой величины х у этих преобразователей одновременно изменяются емкости С1 и С2. Такие преобразователи используют для измерения сравнительно больших линейных (более 1 мм) и угловых перемещений. В этих преобразователях легко получить требуемую характеристику преобразования путем профилирования пластин. Где используются датчики угловых перемещений Энкодеры имеют довольно широкое применение. Абсолютные и инкрементные энкодеры широко используются в металлургии, производстве бумаги, деревообработке, разнообразных линиях упаковки, станкостроении, энергетике и др. Энкодеры устанавливаются на приводы прокатных станов, бумагоделательных и картонноделательных машин, а также пресспатов; на приводы координатных столов, продольно-резательных и поперечно-резательных (рубительных) машин, электрических задвижек, кранов, упаковочных агрегатов, лифтов, устройств выбора якоря на судах; на приводах суппортов и подачи токарных станков, в современных системах автоматического складирования, лесозаготовительных машинах и деревообрабатывающих станках, в системах ЧПУ и др. Принцип действия энкодеров Датчики угловых перемещений служат для измерения основных кинематических параметров работы электропривода: скорости и положения вала. В подавляющем большинстве современных систем регулируемого привода, позиционирования и контроля углового положения используются инкрементные и абсолютные энкодеры. Определенный рынок, в связи с некоторыми техническими особенностями остается за резольверами (в частности, из-за их толерантности к высоким и низким температурам: от –50оС и до +150оС). Принцип работы фотоимпульсных энкодеров – цифровой. Свет проходит от группы светодиодов к группе фотодиодов через прозрачный диск с нанесенными метками. Абсолютный энкодер имеет уникальную комбинацию меток для каждого углового положения, инкрементный – более прост: одинаковые метки равномерно распределены по всему радиусу диска. |