Индуктивные датчики

Применяются для преобразования угловых и линейных перемещений в индуктивном сопротивлении датчика.

Работа их основана на изменении индуктивности, а следовательно индуктивного и полного сопротивления цепи при перемещении якоря или сердечника.

Наиболее часто применяются следующие виды измерительных приборов:

1. Дифференциальные

2. трансформаторные

3. магнитирующие

Дифференциальные датчики представляют собой две катушки, включенные последовательно и согласно с одним перемещающимся в них сердечником.

При начальном положении сердечника (перемещение Δδ=0).

Сопротивление Z10=Z02=Z0 равно, поскольку сопротивление катушки при нейтральном токе. При перемещении ….. на относительно малую величину Δδ от нейтрального положения можно перемещать, что Z1 и Z2 изменяются по отношению Z0 на одну и ту же величину ΔZ, т.е. Z1=Z0+ΔZ; Z2=Z0-ΔZ. Эти датчики применяются для изменения значительных перемещений сердечника.

Трансформаторные датчики – в этих датчиках измеряемая величена преобразуется во взаимную индуктивность катушек, а следовательно в X_L и полн. сопротивлении.

Они имеют вид:

1- магнитопровод

2- Якорь

3- катушки

Обмотка w1 питается от источника ~U, которое создает в магнитопроводе ~Ф. Этот поток наводит в w₂, являющейся вторичной, э.д.с. E₂. Величина Е₂ зависит то δ. Если I-const. E₂=ωw₂Ф₂=f(δ).

ω – угловая частота

Возможно получить U на выходе независимое от его цепи входа и выхода изолирована.

Магнитирующие датчики

Работа их основана на изменении магнитной проницаемости μ ферромагнитного тока в зависимости от действия механических сил Р.

Схемы включения

1. Мостовая

2. Дифференциальная

Выбираем элементы таким образом, чтобы в начале положения пружины мост был сбалансирован.

При перемещении сердечника например: Z1 уменьшается, Z2 увеличивается. Мост разблокируется, и на выходе схемы появится сигнал. …….. Изменится сопротивлением и направление на выходе схемы.

Чуствит. Преобраз. при этой схеме включения:

S=ΔU/Δδ

Дифференциальная схема включения – это электрическая цепь, состоящая из двух смещенных контуров в каждом из которых действует своя эдс, измерительный прибор, включенный в общую цепь реагирует на разность токов.

Достоинства датчиков:

1. Простота конструкции.

2. Надежность в работе

3. Большая величина мощности на выходе

4. Возможность питания от сети прямой частоты

Недостатки:

1. Влияние на его работу частоты питания сети.

Емкостные датчики – преобразователи неэлектрической величины в емкостное сопротивление. Они представляют собой конденсаторы различной формой пластин (плоские конденсаторы, цилиндрические конденсаторы).

Емкость конденсатора определяется:

C=E*S/L’

Е - диэлектрическая проницаемость среды между обмотками (Е=Е_r*Е₀)

E₀=8,85*10^-2 ф/м

E_r- относительная диэлектрическая проницаемость среды между обмотками

E_Lвозд=φ

Из формулы емкость, отсюда и X_L зависят от S, L, E и диэлектрических потерь. Следовательно, емкостной датчик является преобразователь, в котором изменяемая величина функционально связана с одним из перечисленных параметров конденсатора.

3 – отклонение полуосей.

- здесь измер. величины не нужно.

Дифф. если преобразуется для цепи переменного тока.

1. Обкладка помещается внутри датчика закрепления и перемещается параллельно самой себе.

2. Две другие обкладки изолируемые от корпуса обкладками 3.

3. При отсутствии F, емкость двух конденсаторов одинаковая. При действии F емкость одного конденсатора увеличивается, а другого уменьшается.

Достоинства:

1. Высокая чувствительность поэтому применяется для быстроперемен. Параметр (давлении, вибрации, состава смеси, перемещений и др.)

2. Малый вес и габариты.

Недостатки:

1. Необходимость усиления снимаемого

2. Необходимость применения генераторов ВЧ ведет к удорожанию аппаратуры

3. Необходимость в экранировании датчика от внешних эл. полей.

C=ES/d

Генераторные датчики.

Термостаты – представляют собой два разнородных проводника стоящих в одной точке. Термостаты применяют для преобразования тепловой энергии в Э.Д.С.

Место «О» под рабочем концом, помещается в среду, температура которой измеряется несоединенные концы термопары (а и б) называются свободными концами.

E_ab(t1t2)=f(t1)-f(t2)

E=C(t1-t2)

С точки зрения теории электронного строения металлов физическая сущность возникновения термо Э.Д.С. объясняется следующим образом. В разных металлах свободные электроны обладают различной энергией и скоростью движения. При соединении двух разнородных металлов свободные электроны из одного металла проникают в другой, при этом металл с большей активностью свободы электронов приобретают положительный потенциал (благодаря потери электронов), а металл с меньшей активностью электронов получает отрицательный потенциал. Таким образом один металл заряжается положительно, другой отрицательно. Возникает контактная разность потенциалов, которая чем больше, тем выше температура термоэлектродов.

Для термопар применяется следующие материалы:

Для изменения температур до 1100˚ - термопары из преобладающих металлов (медь-никель, 81Ni; 9,8Or; 1Fe, 0,2Mz; 94Ni; 2Al) от 1100-1600˚С – термопары из благородных металлов (платина).

Выше 1600˚С – термопары из …….прочных сплавов (вольфрам-молибден)

Электроды термопары изолируются друг от друга бусами. Электроды помещены в защитную трубу – из материала, который должен защищать ТП от агрессивных сред разрушения катушек ТП. и пропускать тепло (до 1100˚С из легированной стали)

Защитная труба имеет рабочий и нерабочий участки. Головка имеет литой корпус с крышкой. В головке укреплены фарфоровые колодки с плавающими зажимами, которые позволяют термоэлектродам удлиняться под воздействием температуры. Термоэлектроды крепятся к этим зажимам, а так же крепится соединительный провод с помощью витков. Эти провода проходят через центр.

Основной характеристикой является характеристика E=f(t˚)

Схема выключения

В цепи образованной термопарой U от V имеются контактные разности потенциалов. Если t всех потенциалов одинаково

LΔ(t)+La(t)+Lb’(t)=0

А и б имеют одинаковое t.

tср=tp

l ск(t)ср-lр(tр)=Ep

Обычно для изменения t˚ с помощью ТП производят параметры (милливольтметра, шкала которого проградуирована в градусах). На шкале параметра указывающего какой стандартный ТП соответствует градусу и градуируется из условия, что tсвТП=0 Но температура свободных концов чаще всего отличная от нуж. И это вносит большую погрешность измерения. Погрешность можно снизить поставив корректором параметра на отметку с температурой, соответствующей tсв, но это возможно только для tсв<40˚

Для устранения погрешности свободные концы помещают в сосуд с тепл. Или погружают глубоко в землю. Применяют различные устройства компенсирующие устройства с термосопротивлениями.

Пьезодатчики – называются устройства, действия которых основаны на использовании тьезоэлектрического эффекта. Пьезоэффект заключается в том, что на гранях некоторых кристаллов при их сжатии возникают заряды. g=dFx

d1- пьезоэлектр. постоянна.

Следовательно входной величиной св-ва сила, а выходной количество электричества.

В качестве пьезоэлектриков применяют кварц, ……………………………………

Кварц d=2,1*10^-12

Применяют для измерения динамических измерений.

Эти датчики применяются для измерения давлений, вибраций машин, ускорений, и д.р.

Тахогенераторы – служат для получения напряжения пропорционального скорости вращения. Они представляют собой датчики входной величены, которые служат для перемещения выходной ЭДС.

Q=cU

U=R/…….