Датчики. Общие сведения, назначение. Классификация. Основные характеристики



страница3/8
Дата13.02.2020
Размер1.07 Mb.
ТипЛитература
1   2   3   4   5   6   7   8
R/R = k∆ℓ/ℓ,

где k коэффициент тензочувствительности, в преде­лах упругой деформации проволоки величина постоянная; ℓ- на­чальная длина деформируемого участка проволоки.



Для константановых тензодатчиков, выпускаемых промышлен­ностью, k—2, сопротивление составляет 50—2 000 Ом, допустимые относительные деформации не более 0,3% (при большей деформации проволока оборвется).

Проволочные тензодатчики обладают рядом достоинств:

1) их свойства очень стабильны; 2) они безынерционны, что обеспечивает изменение быстропеременных деформаций; 3) просты в применении;

4) имеют незначительные массу и размеры; 5) очень дешевы.

Однако им присущи существенные недостатки:

1) относительно невысокая чувствительность, что вызывает необходимость применения сложных измерительных схем - мостовых или дифференциальных; 2) температурная погрешность, возникающая вследствие изменения удельного сопротивления тензодатчика.

Тензодатчики представляют собой датчики разового действия, т. е. они могут быть использованы один раз и не подлежат вто­ричной установке.

Терморезисторные датчики

Терморезистором называется про­водник или полупроводник, электрическое сопротивление которого значительно меняется с изменением температуры окружающей среды.

Качество терморезистора характеризуется его чувствитель­ностью к изменениям температуры и определяется температурным коэффициентом сопротивления

α = (∆R/R)/∆T

где R/R — относительное изменение сопротивления при измене­нии температуры на t.

Терморезисторы изготовляют как из чистых металлов, так и полупроводников.

Металлические и полупроводниковые терморезисторы, несмотря на общность условий их применения, имеют различные характеристики.

Металлические терморезисторы изготавливаются из чистых металлов с большим температурным коэффициентом сопротивле­ния (меди, платины).

У чистых металлов сопротивление монотонно возрастает с увеличением температуры и не имеет гистерезиса.

Статическая характеристика чистых металлов стабильна рис.2.6.

Наличие примесей в металле нарушает стабильность характеристики и уменьшает температурный коэффициент электросопротивления,

поэтому сплавы не применяют для изготовления терморезисторов.

12

Температурная зависимость сопротивления для чистых металлов приближенно выражается линейным уравнением



Rt = Rо[1+ α(T-T0)]

где Rt и Rо — соответственно coпротивления при температуре Т и T0,

α — температурный коэффициент электросопротивления.

Рис. 2.6. Статические характеристики терморезисторов



Платиновые терморезисторы применяются для измерения температуры от —200 до +600°С, а медные — от —50 до +150°С.

Платиновые терморезисторы позволяют, измерять температуру среды с погрешностью до ±0,1°С, медные до ±1°С.

Недостаточная прочность и сильное окисление не позволяют исполь­зовать терморезисторы для более высоких температур.

Терморезисторы в зависимости от назначения выполняются в виде проволочной нити, катушки, спирали, а могут иметь такую же конструкцию, как и тензодатчик.

Недостатки терморезисторов:

1. Большая инерци­онность. Постоянная времени терморезисторов в

зависимости от диаметра проволоки и конструкции может быть от единиц до



десятков секунд и более.

2. Значительные размеры чувствительного элемента, что не позволяет

использовать их для измерения температур в малых объемах.

3. Необходимость в постороннем источнике тока.

Полупроводниковые терморезисторы (термисторы) изготовля­ются из смеси окислов металлов (марганца, меди, никеля, кобаль­та, титана и др.).

С увеличением температуры сопротивление полу­проводника уменьшается, поэтому они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

Вследствие нелинейности температурной характеристики тер­мистора температурный коэффициент α является величиной пере­менной, в

значительной степени зависящей от температуры.

13

Конструктивно термисторы представляют собой шарик, трубку или диск 1 из полупроводникового материала с металлическими выводами 2 (рис.2.7).



Для защиты от действия влаги термисторы покрывают слоем лака или стекла, а в некоторых случаях их помещают в закрытые стеклянные баллоны.


Рис.2.7. Конструкция термисторов:

а) шарикового, б) трубчатого, в) дискового


Термисторы используются для точного измерения температуры жидкостей и газов (от —100 до +120°С), а также температуры поверхности твердых тел.

Термисторы обладают большей чувствительностью и менее инерционны по сравнению с проволочными терморезисторами, у них высокое внутреннее сопротивление, что позволяет не учитывать сопротивление соединительных проводников.

Недостатки термисторов:



недостаточно широкий рабочий диа­пазон температур, сильная нелинейность статической характеристики и значительный (до 20%) разброс по величине сопротивле­ния между отдельными однотипными экземплярами, что затрудня­ет их взаимозаменяемость.

Для измерения температуры широко ис­пользуют позисторы, обладающие высоким температурным коэф­фициентом сопротивления. Их изготавливают из титана бария со спе­циально подобранными примесями, придающими им свойства по­лупроводника. Выпускаются позисторы типов СТ-5 ... СТ-15.

Оптические датчики

В качестве приемных элементов в опти­ческих датчиках используются фоторезисторы, фотодиоды и фото­транзисторы.

При освещении фоторезистора в схеме (рис.2.8 а) его проводимость

увеличивается, что приводит к увеличению тока Iн в цепи нагрузки.

Фотодиоды работают так же, как и фоторезис­торы (рис.2.8 6)—изменение интенсивности излучения вызыва­ет изменение их сопротивления в непроводящем направлении.

В фототранзисторах светом облучается базовая область.

При этом действие светового потока (подобно действию напряжения, при­кладываемого между базой и эмиттером в обычном транзисторе) приводит к увеличению тока эмиттера и соответственно выходного тока — тока коллектора.

14


Рис.2.8. Схемы включения фоторезистора а); и фотодиода б)

2.2. ИНДУКТИВНЫЕ ДАТЧИКИ

Принцип действия индуктивных дат­чиков основан на использовании электромагнитных явлений, поэтому эти датчики можно назвать электромагнитными.




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