Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Измерительные преобразователи.





Измерительными преобразователями (ИП) называются устройства, предназначенные для преобразования разного рода не электрических величин в электрические сигналы.

Основные параметры измерительных преобразователей

Градуировочная характеристика ИП это зависимость между входной и выходной величинами

Коэффициентом преобразования называется отношение сигнала на выходе измерительного преобразователя , к изменению сигнала на входе . (Определено ГОСТ 16263-70), .

Диапазон преобразования это область изменения измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности преобразователя (абсолютная и относительная).

По назначению ИП делятся на преобразователи механических, тепловых, химических, магнитных, биологических и других физических величин.

По принципу действия ИП делятся на генераторные и параметрические.

Краткая классификация измерительных преобразователей

по принципу действия

Генераторные Параметрические
Электромагнитные
Тахогенераторы Индуктивные и магнитоупругие
Тепловые
Термопары Терморезисторы
Оптические
Фотоэлемент Фоторезистор, фотодиод, и.д.

В качестве примера рассмотрим электромагнитные ИП, а именно тахогенераторы.

Тахогенераторы применяются для измерения скорости вращения объекта. Используются в устройствах электропривода, в транспортных средствах, станкостроении и пр. Тахогенераторы бывают с подвижными и неподвижными катушками. Общее устройство показано на рисунке.

В соответствии с ГОСТ 18303-72 выходное напряжение тахогенераторов определяется как , где k- статический коэффициент тахогенератора.

Однако значение выходного напряжения должно быть скорректировано с учетом падения напряжения в цепи якоря и на щеточном контакте ТГ.



;

где Uщ- падение напряжения на щетках, - сопротивление цепи якоря, - сопротивление измерительной цепи.

График, иллюстрирующий функцию (реальную и идеальную) показан ниже.

В тахогенераторах переменного тока, которые в лекциях не рассматриваются, выходная ЭДС равна:

;

где Ф- основной поток, p- число пар полюсов, n- частота вращения машины.

Погрешность измерительных тахогенераторов составляет 0.2….0.5%

Оптические преобразователи

Оптические преобразователи, как правило, построены на использовании явления фотоэффекта. По физической сущности различают два типа фотоэффекта – внутренний и внешний.

Внутренний фотоэффект – явление, происходящее внутри кристаллической решетки твердого тела при воздействии светового потока. При этом происходит изменение энергетического состояния носителей зарядов, приводящее к их концентрации и перераспределению внутри кристалла. Этот тип фотоэффекта характерен только для полупроводников и диэлектриков. Внешний фотоэффект состоит в эмиссии электронов под действием светового потока. Рассмотрим основные характеристики фотоэлектрических преобразователей – световую, спектральную и вольтамперную.

 

 
 

 


На рисунке представлены зависимости, характерные для фоторезистора (Фр), фототранзистора (Фт), фотодиода (Фд) и фотоэлемента (Фэ).

Iф- фототок, Фс- световой поток, S- чувствительность полупроводникового прибора, l- длина волны падающего светового потока. К измерительным преобразователям относятся также математические устройства. Например, устройство сложения и вычитания сигналов. Структурные схемы этих устройств показаны на рис.

D- датчик, УС- устройство сложения, УВ- устройство вычитания.

Преобразователь реализует следующее уравнение .

Апроксимирующий преобразователь

Преобразователь заменяет нелинейную функцию изменения входного сигнала Uвх рядом линейных функций. Принцип действия и схема апроксимирующего преобразователя показаны на рис.

В преобразователе используется свойство вольтамперной характеристики стабилитрона. Если стабилитроны VD1…VD3 подобрать таким образом, чтобы их напряжения пробоя соответствовали значениям соответственно U1…U3, тогда получится характеристика вход – выход показанная на рисунке.

Датчики неэлектрических величин

Для электрических измерений не электрических величин применяются специальные датчики. Принцип их действия основан на различных физических явлениях. Основной квалификационной характеристикой является заложенный физический принцип измерения и построения датчиков.

Резистивные датчики – преобразуют измеряемую величину в омическое сопротивление. Наиболее часто такие датчики применяются для измерения перемещений, для измерения уровня жидкости и пр. На первом этапе измеряемая величина преобразуется в перемещение движка переменного резистора.

При этом R1+R2=R0. Если обозначить Х- угловое или линейное перемещение движка тогда: . Резистивные преобразователи применяются в системах, где прилагаемое усилие ³10-2 Н. Величина перемещения ³2 мм. Частота питания £5 Гц.

Общий вид и рабочие характеристики резистивного датчика показаны на рис.

Тензодатчики – используют для исследования механических напряжений.

Простейший тензодатчик представляет из себя пленку с наклеенной на нее проволокой очень маленького диаметра 0.02…0.03 мм. Ширина наклейки – а; Длина проволоки – l. Датчик крепится к исследуемой поверхности. При деформациях изменяется длина провода и, следовательно его сопротивление. По этим изменениям судят о деформациях объекта. Рисунок датчика приведен ниже.

Пьезорезистивные преобразователи сил давления и деформации

Устройство датчика следующее: между металлизированными обкладками находится пьезочувствительный элемент. Если приложить силу к обкладкам, сопротивление элемента будет изменяться (на практике это изменения бывают в несколько раз). По изменению сопротивления судят о приложенной силе или деформации. Устройство датчика показано на рисунке.

Размеры датчика: высота <5мм, площадь до 10 см2. Статическое сопротивление Rстат=10…108 Ом.

 

Электромагнитные датчики перемещения и деформаций

Принцип действия этих датчиков основан на взаимодействии магнитных потоков. О величине перемещения или деформации судят по изменению тока в катушке индуктора. Различные схемы электромагнитных датчиков приведены на рисунке.

 
 

 

 


На рис. а показан датчик линейных перемещений. На рис. б – угловых перемещений. Для повышения точности измерений применяют трансформаторную схему подключения (рис. в) и дифференциальную схему (рис. Г).

Магнитоупругие датчики – применяют для измерения больших сил (F=105…106 Н). Датчик устроен следующим образом: в диэлектрическом материале большой твердости залиты две взаимно перпендикулярные катушки. Если на первую катушку подать переменное напряжение, на второй катушке будет индуцироваться ЭДС равная нулю. В случае приложения к датчику силы, происходит деформация материала, в следствие чего изменяется пространственное положение катушек и на второй катушке появляется ЭДС отличная от нуля. Устройство датчика показано на рисунке.

 









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2019 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.