|
|
ДАТЧИКИ ПРИБОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.Стр 1 из 21Следующая ⇒ 2.1. ПРИБОРЫ И ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ 2.2. ПРИБОРЫ И ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ 2.3. ПРИБОРЫ И ДАТЧИКИ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА 2.4. ПРИБОРЫ И ДАТЧИКИ КОЛИЧЕСТВА ТОПЛИВА 2.5. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА 2.6. ПРИБОРЫ И ДАТЧИКИ ВЫСОТЫ ПОЛЕТА 2.7. ПРИБОРЫ И ДАТЧИКИ СКОРОСТИ ПОЛЕТА
Лекции по дисциплине «Датчики и элементы автоматики». ЧАСТЬ I МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Измерительная информация, получаемая от контролируемого объекта, передается в измерительную систему в виде сигналов какого-либо вида энергии. Можно говорить о первичных сигналах, непосредственно характеризующих контролируемый процесс, о сигналах, воспринимаемых чувствительным элементом прибора, о сигналах, передаваемых в измерительную схему прибора, и т. д. При передаче информации от контролируемого объекта к указателю прибора сигналы претерпевают ряд изменений по уровню и интенсивности и преобразуются из одного вида энергии в другой. Необходимость такого преобразования вызвана тем, что первичные сигналы не всегда удобны для передачи, переработки, дальнейшего преобразования и воспроизведения. Например, при измерении температуры прибором, чувствительный элемент которого помещается в контролируемую среду, воспринимаемый поток тепла трудно передать, а тем более воспроизвести на указателе прибора. Этой особенностью обладают сигналы большинства видов неэлектрической энергии. Поэтому при измерении неэлектрических величин воспринимаемые чувствительным элементом сигналы преобразуются в электрические сигналы, являющиеся универсальными. Та часть прибора, в которой неэлектрический измеряемый сигнал преобразуется в электрический, называется преобразователем. Известно много электрических методов измерения неэлектрических величин. Для удобства изучения введем классификацию этих методов по виду связи между электрическими и неэлектрическими величинами: 1. Методы, при использовании которых измеряемая неэлектрическая величина преобразуется в соответствующее изменение параметров электрических цепей, питаемых внешними источниками э. д. с. При этом сигналы, получаемые от измеряемого объекта, служат только для управления энергией постороннего источника, включенного в электрическую цепь. Так как в данном случае основным является изменение параметров электрических цепей под действием сигнала от измеряемого объекта, то эти методы называются параметрическими. 2. Методы, при использовании которых сигналы, получаемые от измеряемого объекта, непосредственно преобразуются в электрические сигналы. При этом желаемый эффект преобразования может быть получен без использования посторонних источников э. д. с. Здесь основным является непосредственное преобразование сигналов различных видов в электрические сигналы (генерирование электрической энергии), поэтому они называются генераторными. К параметрическим относятся методы, основанные на изменении сопротивления, емкости и индуктивности электрических цепей. К генераторным относятся электромагнитный, термоэлектрический, пьезоэлектрический и другие методы. Перейдем к изложению различных методов измерения. МЕТОД СОПРОТИВЛЕНИЯ В методах сопротивления используется зависимость электрического сопротивления резисторов от различных неэлектрических величин. Электрическое сопротивление R резистора зависит от многих факторов, в частности, от давления р, температуры окружающей среды
Если в выражении (2.1) поддерживать неизменными все параметры Метод сопротивления имеет широкое применение в приборостроении и измерительной технике. Рассмотрим сначала метод, основанный на изменении омического сопротивления проволочного реостата при перемещении скользящего контакта под действием механических сил (рис. 2.1). ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ(вариант изложения 1.). При перемещении подвижного контакта величина сопротивления будет изменяться. Если х —координата контакта, то
где R0 — постоянная часть сопротивления, соответствующая х=0. Элемент, в котором неэлектрическая величина преобразовывается в электрическое сопротивление, называется реостатным преобразователем. Коэффициент
перемещение и электрическую — сопротивление, называется коэффициентом электромеханической связи реостатного преобразователя. Очевидно, чем больше На рис. 2.2 приведена схема часто применяемого в автоматике реостатного преобразователя, в котором сопротивление изменяется не непрерывно, а ступенями. Реостатные преобразователи нередко выполняются профилированными, что позволяет реализовать любую сложную зависимость между входной и выходной величинами. Реостатный преобразователь обычно используется в мостовых схемах, где включается в одно или два взаимно изменяющихся плеча, в балансных схемах в качестве переменного элемента, а также в схемах делителей тока и напряжения. ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ(вариант изложения 2.). Рассмотрим характеристики и различные схемы включения потенциометрических преобразователей. Общие сведения. Потенциометрический преобразователь представляет собой переменный резистор, у которого при перемещении подвижной системы меняются электрическое сопротивление между подвижным контактом (ползунком) и выводами резистивного элемента. (см. рис. 5.1)
рис. 5.1. Схема включения потенциометра.
При данном способе включения выходное напряжение описывается следующим выражением Uвых=Ux=U0(Rx/R0) (5.1) Если сопротивление потенциометра R меняется по линейному закону, то имеем
Если R меняется по более сложному закону, то
где Следовательно, с помощью потенциометрического преобразователя, сопротивление которого распределено по какому либо закону, можно преобразовать механическую величину в электрическую по требуемой функциональной зависимости (5.3). Зависимость сопротивления от перемещения подвижной системы может быть линейной либо нелинейной. В качестве потенциометрических преобразователей могут использоваться переменные резисторы имеющие износоустойчивость порядка 104 циклов. Переменные резисторы могут быть проволочными и непроволочными. Непроволочные подразделяются на композиционные, керметные, пластиковые, металлоокисные и металлизированные. Композиционные резисторы могут быть пленочные и объёмные. Их резистивный элемент выполняется на основе проводящего компонента (графит, сажа). Резистивный элемент керметных резисторов представляет собой композиционный слой из диэлектрика и металла. Резистивный элемент пластиковых резисторов выполнен на основе проводящих пластмасс. Металлоокисные и металлизированные резисторы имеют резистивный элемент в виде микрокомпозиционного слоя из окислов металлов или сплавов металлов. В проволочных потенциометрических преобразователях в качестве резистивного элемента используется проволока с высоким удельным сопротивлением ρ. Достоинства проволочных потенциометрических преобразователей: - точность - стабильность при воздействии внешних факторов - малая величина ТКС - большая мощность рассеяния РР - устойчивость к электрическим перегрузкам - незначительный уровень собственный шумов - высокая износоустойчивость (более 104 циклов) Проволочные потенциометры. Проволочные потенциометры классифицируются: - по назначению, для измерения или отработки механических перемещений. - по конструкции, с одним или несколькими резистивными элементами и скользящими контактами. преобразователи с линейным или угловым перемещением подвижного контакта, однооборотные и многооборотные. Параметры проволочных потенциометров: - номинальное сопротивление и допуск на неё. - допустимая мощность рассеяния - допустимая температура нагрева - функциональная характеристика - сопротивление изоляции, электрическая прочность - разрешающая способность, чувствительность - контактные шумы - ресурс работы, надежность, долговечность, стойкость к внешним воздействиям - погрешность линейности. Чувствительность – это изменение выходного сигнала при перемещении скользящего контакта
Электрическая разрешающая способность – это изменение сигнала на выходе при перемещении скользящего контакта на один виток.
где n – число витков проволоки RВ – сопротивление одного витка. R0 – полное сопротивление Угловая разрешающая способность показывает, какая часть рабочего угла приходится на один виток обмотки
где φ – электрический угол поворота Чем больше витков содержит резистивный элемент, тем выше разрешающая способность, меньше скачки напряжения и выше точность воспроизведения функциональной характеристики. см. рис. 5.3.
Рис. 5.2. Передаточная характеристика проволочного потенциометрического преобразователя 1- реальная характеристика, 2 – идеальная характеристика
Контактные шумы, это напряжение помех, возникающее в динамическом режиме при скольжении подвижного контакта по резистивному элементу. Контактные шумы зависят от: - силы притяжения и твердости контактирующих поверхностей. - скорости перемещения подвижной системы. - стабильности линии контактирования - степени износа и загрязнения контактной пары.
Материалы проволочных резисторов Корпуса – пластмассы, алюминий и его сплавы Регулировочные оси – стали, латуни. Контактные пружины – бронза, нейзильбер. Резистивный элемент – манганин, константан, нихром, благородные металлы.   Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
, а также от деформации 
и длины х резистора, т. е.
(2.1)
, кроме одного, то получим зависимости R(х), R(р), R(
),..., которые могут быть использованы для преобразования величин 
в изменение электрического сопротивления R, а, следовательно, для измерения этих величин.
(2.2)
– сопротивление на единицу длины реостата;
, связывающий механическую величину —
(5.2)
(5.3)
некоторая функция перемещения ползунка потенциометра.
(5.4)
(5.5)
(5.6)