Датчики. Общие сведения, назначение. Классификация. Основные характеристики



страница2/8
Дата13.02.2020
Размер1.07 Mb.
ТипЛитература
1   2   3   4   5   6   7   8
Рис. 2.2 а) Схема б) Статическая характеристика

Угольные датчики просты устройству, имеют небольшую массу и дешевы, они могут работать как на постоянном, так и на переменном токе и позволяют управлять большими токами.

Однако им свойственны многие недостатки:

нелинейность статической характеристики, нестабильность величины со­противления, зависимость сопротивления столбика и его линейных размеров от температуры, невысокая точность (в пределах 5—10%).

Реостатные (потенциометрические) датчики

Входной величиной датчика является перемещение контакта (движка), а выходной — изменение его сопротивления.

Подвижный контакт механически связывают с объектом, перемещение (угловое или линейное) которого необходимо преобразовать.

Обычно реостатные датчики применяют в механических измерительных приборах для преобразования их показаний в электрические величины (ток или напряжение).

Реостатный преобразователь, включенный в электрическую цепь постоянного или переменного тока делителем напряжения, называют потенциометрическим датчиком.

Такой датчик (рис.2.3 а) содержит каркас 4 (прямоугольный или кольцевой), на который намотана в один ряд тонкая проволока. По виткам намотки скользит щетка 3, называемая движком потенциометра, которая механически

связывается с объектом, переме­щение которого нужно измерить.

8



Рис. 2.3 а) устройство, б) схема включения, в) зависимость выходного

напряжения от перемещения движка потенциометрического

датчика, г) схема потенциометра с выводом от средней точки

От концов намотки и от движка делают электрические выводы 1, 2, 3, с помощью которых датчик включают в схему.

При перемещении движка потенциометра от вывода 1 к выводу 2 щетка переходит с одного витка намотки на другой. При этом длина проволоки между движком и выводом 1 увеличивается, а между движком и выводом 2 уменьшается. За счет этого сопротив­ление между выводами 1 и 3 увеличивается от 0 до R, а между выводами 2 и 3 уменьшается от R до 0,

где R — сопротивление проволоки, намотанной на каркас.

По изменению этих сопротивле­ний можно определить перемещение ℓ.

Сопротивление между движком и одним из выводов намотки называют выходным сопротивлением датчика Rвых. При перемеще­нии щетки в пределах одного витка Rвых не изменяется, что обус­ловливает зоны нечувствительности, а при переходе щетки с одного витка на другой Rвых изменяется скачком.

Для уменьшения скачков и зон нечувствительности при намотке используют тонкий привод (Ø=0,03—0,05 мм).

Для того чтобы при изменении температуры Rвых изменялось как можно меньше, для намотки применяют про­вод с малым температурным коэффициентом сопротивления (ни­хром, константан, манганин).

Наиболее часто применяют линейные потенциометры, у которых сечение каркаса по всей длине одинаково, а намотка равномерная. За счет этого выходное сопротивление датчика Rвых линейно зави­сит от перемещения ℓ, т. е.

Rвых= cl,

где с — коэффициент пропор­циональности.



Для питания потенциометрических датчиков используется на­пряжение постоянного или переменного тока низкой частоты. Пи­тающее напряжение Е подводится к выводам намотки (см. рис.2.3 б).

9

Для линейного потенциометра выходное напряжение



Uвых = (E/R) Rвых. = (E/R)сℓ = Кℓ

где К = (E/R)с - коэффициент передачи датчика



При подключении к датчику нагрузки Rн из-за ее шунтирующего действия линейная зависимость выходного напряжения от перемещения движка потенциометра нарушается (см. рис.2.3 в).

Чтобы нарушение линейности было незначительным, должно быть

Rн > R (в 20 и более раз).

На практике также используются потенциометрические датчики с выводом от средней точки (см. рис. 2.3 г).

При перемеще­нии движка вверх от средней точки на выходе датчика появляется напряжение положительной полярности, а при перемещении вниз от средней точки — отрицательной полярности.

По полярности вы­ходного напряжения можно судить о направлении перемещения.

Достоинства потенциометрических датчиков:

высокая точность преобразования, простота конструкции, возможность питания пос­тоянным и переменным током, безынерционность.

Потенциометры, используемые в устройствах автоматики, должны обладать следующими свойствами:

  1. малой ступенчатостью;

  2. малой зависимостью изменения сопротивления от условий
    работы (нагрузки, температуры окружающей среды);

  3. небольшим переходным сопротивлением в месте контакта
    и устойчивостью контактов против коррозии;

  4. устойчивостью к износу.

Основной недостаток потенциометрических датчиков — наличие скользящего контакта, что обусловливает низкую надежность дат­чика и ограничивает его срок службы.

Тензорезисторы. (тензометрические датчики)

Служат для измерения механических напряжений, небольших деформаций, вибра­ции.

Действие тензорезисторов основано на тензоэффекте, заклю­чающемся в изменении активного сопротивления проводниковых и полупроводниковых материалов под воздействием приложенных к ним усилий.

Основным элементом проволочного тензодатчика является константановая проволока диаметром 0,01—0,05 мм, сложенная в виде петлеобразной решетки (спирали) между двумя склеенными полос­ками тонкой бумаги (или пленки). Датчик приклеивается клеем БФ к детали, деформацию которой нужно

измерить (рис.2.4).

10

Тензодатчик наклеивают на иссле­дуемую деталь так, чтобы направление ожидаемой деформации совпадало с длинной стороной петель проволоки.



К концам проволоки прикреплены выводы, изготовленные обычно из медной фольги, при помощи которых тензодатчик подключается к измерительной схеме (мостовой или дифференциальной).


Рис.2.4. 1-константановая проволока, 2-бумага, 3-деталь

При действии деформации, например при растяжении, как показано на

рис.2.4 сплошной стрелкой, вместе с деталью будет растягиваться и проволока. При этом ее длина увеличивается, а сечение S уменьшается.

Кроме того, изменяется также ее удельное сопротивление главным обра­зом в результате структурных изменений металла при механиче­ских напряжениях.

За счет этого сопротивле­ние проволоки увеличивается. Это сопротивление является выходной величиной датчика.

Зависимость активного сопротивления датчика от изменения его длины практически линейна, поэтому чувствительность тензодатчика является постоянной рис.2.5.


Рис.2.5. Характеристика проволочного тензодатчика

Если деформация будет действовать, как показано на рис.2.4 пунктирной стрелкой, то проволока на изгибах еще больше будет изгибаться. При этом ни длина, ни толщина проволоки практиче­ски не изменяются. Следовательно, не бу­дет изменяться сопротивление датчика. Деформацию такого нап­равления датчик не измеряет.

11

Относительное изменение сопротивления тензодатчика равно





Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница