Prevodníky merania parametrov typu označujú. Primárne meracie snímače. b) kapacitné meniče

Téma 18.

Meracie konvertory (snímače)

Žiadny riadiaci systém nemôže pracovať bez informácií o stave kontrolného objektu a jeho reakcie na kontrolnú akciu. Prvok systémov, ktoré poskytujú takéto informácie merací snímač snímača .

Počet typov snímačov výrazne prevyšuje počet nameraných hodnôt, pretože rovnaká fyzická hodnota môže byť meraná rôznymi metódami a senzormi rôznych štruktúr.

Pre väčšinu senzorov sa vyznačuje meraním elektrickými metódami nielen elektrickým a magnetickým, ale aj inými fyzikálnymi množstvami. Tento prístup je spôsobený výhodami elektrických rozmerov, vzhľadom na skutočnosť, že elektrické signály môžu jednoducho a rýchlo prenášať na dlhé vzdialenosti, elektrické hodnoty sú ľahko, rýchlo a presne prevedené na digitálny kód, umožňujú vysokú presnosť a citlivosť.

Mnohé vlastnosti je možné brať ako klasifikačné vlastnosti snímačov: Typ konverznej funkcie; rodu vstupnej a výstupnej hodnoty; Prevádzkový princíp; Konštruktívne vykonanie.

Podľa typu použitého energie môžu byť snímače rozdelené na elektrické, mechanické, pneumatické a hydraulické. V závislosti od typu výstupného signálu: analógové, diskrétne, relé, s prirodzeným alebo jednotným výstupným signálom.

Podrobnosťou konverzie vstupnej hodnoty v produkte: parametrický, generátor, frekvencia, fáza.

Vo forme nameraného fyzického množstva: lineárne a uhlové posuny, tlak, teplota, koncentrácia látok atď.

Zásada pôsobenia parametrických konvertorov je previesť neelektrické hodnoty inhit na parametre elektrických obvodov: odolnosť R.Indukčnosť L.Kapacita Zvzájomne indukčná M.. Na napájanie týchto meničov sú potrebné externé zdroje. Takéto snímače zahŕňajú: odpor, indukčný, transformátor, kapacitné konvertory.

Prevodniky generátora prevádzajú vstupné hodnoty do EMF. Nevyžadujú energiu dodatočných zdrojov energie.

Sú to indukčné, termoelektrické, piezoelektrické, fotovoltaické meniče.

Fázové a frekvenčné meniče môžu byť parametrické aj generátor.

Guma - vyrobená vo forme radu, ktorá posúva mobilný kontakt pod vplyvom nameranej hodnoty vstupu. Najčastejšie je senzor ROZIGHT zahrnutý do meracieho systému podľa schémy potenciometra, niekedy sa nazývajú potenciometrické snímače.

Výstupná veľkosť snímača je elektrický odpor funkčne súvisiaci s polohou pohybujúceho sa kontaktu. Takéto snímače slúžia na prevod rohu alebo nelineárnych pohybov na vhodnú rezistenciu, prúd, napätie.

Môžu byť tiež použité na meranie tlaku, prietoku, úrovne. Používajú sa aj ako medziľahlé meniče neelektrických hodnôt do elektrických.

V automatizačných zariadeniach sú široko používané robustné snímače, ktoré sú charakterizované vysokou presnosťou a stabilitou konverznej funkcie, majú malý teplotný koeficient rezistencie (TKS).

Nevýhody zahŕňajú nízke rozlíšenie, relatívne nízku odolnosť (až do desiatky COM), obmedzená schopnosť používať na striedavý prúd, v dôsledku zvyškovej indukčnej a natočenej kapacity.

Navíjanie sa vykonáva izolovaným drôtom otočenia na otočení alebo s daným krokom. Konstanta, Manganine aplikuje ako drôt.

Tento typový senzor nereaguje na znamenie vstupného signálu, pracuje tak na konštantnom aj striedavom prúde.

Tezoristory. Ich práca je založená na efektom kmeňa, ktorý spočíva v zmene účinnej odolnosti vedenia a polovodičových materiálov v ich mechanickej deformácii.

Charakteristika materiálu namáhania je koeficient stresovej citlivosti. Na T, definovaný ako pomer rezistencie na zmenu dĺžky vodiča

Konštanta - Na T \u003d 2.

NICHROME - Na T \u003d 2.2

Chróm - Na T \u003d 2,5

Testoristory sa používajú na meranie tlaku tekutiny a plynov, pri meraní elastických deformácií materiálov: tlaky ohybu, skrútenie.

Kovy s malými TKS môžu byť použité ako tesororarazustický materiál: Manganín, Constanta, Nichrome, ortuť, vysokoteplotné zliatiny, polovodičové materiály: Nemecko, Silicon. Kovové sitá sa získali najväčšiu distribúciu. Sú rozdelené do drôtu a fólie, tieto sú dokonalejšie.

Uhlie konvertory. Ich princíp prevádzky je založený na zmene odolnosti voči kontaktu medzi časticami uhlia pri zmenách tlaku. Používajú sa na meranie úsilia, tlakov, malých posunov. Rozlišovať kolóny a tiensolity.

Prvým je súbor 10-15 leštených podložiek vyrobených z uhlia elektród.

Charakteristika uhoľného konvertora je nelineárna, má variabilnú citlivosť. Nestabilné v práci, vlastnosti závisia od teploty a vlhkosti životného prostredia, kvality povrchovej prípravy.

Druhá má malé veľkosti a hmotnosť. Používajú sa na meranie rýchleho a šokov na základe pohyblivých častí malej veľkosti, zatiaľ čo pracujú tak na strečing a kompresii. Koeficient citlivosti Tensolitovými meničmi je väčší ako THROZOROVÝ Na \u003d 15 ¸ 20.

Vykonáva sa vo forme pásov pozostávajúcich zo zmesi grafitov, sadzí, bakelitov a iných komponentov. Tieto prúžky sú vložené na skúšobnej položke.

Odolné prevodníky Napriek chybám, ktoré sú v nich, ktoré sú v nich tak ďaleko, sú široko používané.

Kapacitné meniče. Zásada prevádzky je založený na zmene kapacity kondenzátora podľa výslovného vstupu transformovanej hodnoty

kde E je relatívna dielektrická permeabilita dielektrika; E 0 je dielektrická permeabilita vákua; S. - oblasť dosky; D - hrúbka dielektriky alebo vzdialenosti medzi doskami.

Kapacitné snímače sa používajú na meranie uhlových a lineárnych posunov, lineárnych rozmerov, úrovní, úsilia, vlhkosti koncentrácie atď.

V kapacitných plochách senzoroch sa mení stropná rovina S. (Zmenené oblasti prekrývania) statické charakteristiky lineárneho.

V kapacitných snímačoch so striedavým vzduchovým medzerom je charakteristika nelineárna.

Konvertory a zmena dielektrickej vodivosti média medzi elektródami sú široko používané na meranie úrovne kvapalných a hromadných látok, analyzovanie zloženia a koncentrácie látok v chemickom, ropnom priemysle, pre počítanie výrobkov, bezpečnostný alarm. Majú lineárnu statickú charakteristiku.

Kapacita meracích snímačov, v závislosti na konštrukčných prvkoch, sa pohybuje od desatiny frakcie až niekoľko tisíc picofrades, čo vedie k potrebe používať napäťové snímače frekvencie Hz na napájanie snímačov napätia.

Toto je významná nevýhoda takýchto konvertorov.

Dielektrické vlastnosti média sa niekedy menia pod vplyvom teploty alebo mechanického úsilia. Tieto účinky sa tiež používajú na vytvorenie zodpovedajúcich meracích snímačov.

Zmena priepustnosti pod pôsobením teploty je opísaná výrazom

,

kde E t je dielektrická konštanta materiálu pri teplotách T.; \\ T E 0 - Dielektrická permeabilita pri teplotách T. 0; A - teplotný koeficient; .

Podobný pohľad má tiež závislosť E z úsilia pripojeného k nemu Ročník

,

kde - citlivosť materiálu na relatívnu zmenu dielektrickej konštanty

.

Počiatočná kapacita konvertorov je väčšia, tým je menej medzery D medzi elektródami. Zníženie medzery je však obmedzené na dielektrickú pevnosť interelektródového média a prítomnosti výkonu elektrostatickej príťažlivosti dosiek.

Chyby kapacitných konvertorov sú určené hlavne účinkom teploty a vlhkosti na geometrických rozmeroch a dielektrickej permeabilite média. Sú prakticky neprerušované prvky.

Na výhody Patrí medzi ne: jednoduchosť dizajnu, malých veľkostí a hmotnosti, vysokú citlivosť, veľké rozlíšenie pri nízkej úrovni vstupného signálu, žiadne hnuteľné aktuálne kontakty kontaktov, vysokorýchlostné, možnosť získania potrebného transformačného zákona z dôvodu výberu vhodných parametrov dizajnu, nie účinok vstupného okruhu na meraní.

Reaktívna odolnosť proti zaťaženiu je zvolená sa rovná hodnote a zvrátiť vnútornú odolnosť snímača.

V parametrických konvertoroch je výstupná hodnota parametrom elektrického obvodu (R, L, M, C). Pri použití parametrických konvertorov je potrebný dodatočný napájací zdroj, ktorej energia sa používa na vytvorenie výstupného signálu konvertora.

Gumové prevodníky. Rizikové meniče sú založené na zmene elektrického odporu vodiča pod vplyvom vstupnej hodnoty - pohyb. Konvertor Rosight je reostat, kefka (pohyblivý kontakt), z ktorých sa pohybuje pod vplyvom meranej neelektrickej veľkosti.

Výhody konvertorov sa týka možnosti získania vysokej presnosti transformácie, významné na úrovni výstupných signálov a relatívnej jednoduchosti dizajnu. Nevýhody - prítomnosť posuvného kontaktu, potreba relatívne veľkých pohybov a niekedy významné úsilie na pohyb.

Aplikujte robustné prevodníky na prevod relatívne veľkých pohybov a iných neelektrických hodnôt (úsilie, tlak atď.), Ktorý možno konvertovať na pohyb.

Naviazané meniče (Tornersistors). Základom prevádzky konvertorov je efekt kmeňa, ktorý spočíva v zmene účinnej odolnosti vodiča (polovodič) pod pôsobením mechanického napätia a deformácie spôsobenej v ňom.

Obr. 11-6. Snímač drôtu citlivých na vstupev

Ak je drôt mechanicky exponovaný, napríklad natiahnutie, potom to zmení. Relatívny výmenný odpor drôtu Kde je koeficient stresovej citlivosti; - relatívny drôt namáhania.

Zmena odolnosti drôtu v mechanickom vystavení sa vysvetľuje zmenou geometrických rozmerov (dĺžka, priemer) a špecifickom odolnosti materiálu.

V prípadoch, keď sa vyžaduje vysoká citlivosť, použitie prevodníkov citlivých na stres, vyrobené vo forme pásov z polovodičového materiálu. Takéto konvertory dosahujú niekoľko stoviek. Reprodukovateľnosť charakteristík polovodičových snímačov je však zlá. V súčasnej dobe existuje v súčasnosti produkujúca integrálne polovodičové tesorors, ktoré tvoria most alebo poloodalún s prvkami termocompenzácie.

Ako meracie obvody pre teesorory, rovnováhy a nerovnovážne mosty sa používajú. Tesonons sa používajú na meranie deformácií a iných neelektrických hodnôt: úsilie, tlaky, momenty.

Snímače citlivých na poznámky (Termistory). Princíp prevádzky konvertorov je založený na závislosti elektrického odporu vodičov alebo hydiny z teploty.

Na meranie teploty sú najčastejšie termistory vyrobené z platiny alebo medeného drôtu. Štandardné platinové termistory sa používajú na meranie teploty v rozsahu od -260 do + 1100 ° C, medi - v rozsahu od -200 do +200 "C.

Semiconductor Termistory (termristory) rôznych typov sa používajú aj na meranie teploty (termistors), ktoré sú charakterizované vyššou citlivosťou (TCS termistory sú negatívne a pri 20 "s 10-15-krát vyššími ako TCS meď a platina) a majú vyššie Odolnosť (až 1 MΩ) s veľmi malými veľkosťami. Nedostatok termistorov - Zlá reprodukovateľnosť a nelinearity Charakteristika konverzie:

kde r t a odpor termistora pri teplotách T a potom počiatočnú teplotu prevádzkového rozsahu; B - Koeficient.

Termistory sa používajú v teplotnom rozsahu od -60 do + 120 ° C.

Na meranie teploty od -80 do +150 ° C sa používajú termodyDes a termotransistory, ktoré sa pod pôsobením teploty mení rezistencia prechodu P-N a pokles napätia v tomto prechode. Tieto meniče zvyčajne zahŕňajú v mostných reťazcoch a reťazcoch vo forme rozdielov napätia.

Výhody termodyrode a tepelných tranzistorov sú vysoká citlivosť, malé veľkosti a malá zotrvačnosť, vysoká spoľahlivosť a nízke náklady; Nevýhody - úzky rozsah teplôt a zlá reprodukovateľnosť statických konverzných charakteristík.

Elektrolytické konvertory. Elektrolytické konvertory sú založené na závislosti elektrického odporu roztoku elektrolytu z jeho koncentrácie. Používajú sa hlavne na meranie koncentrácií riešení.

Indukčné meniče. Princíp prevádzky konvertorov je založený na závislosti indukčnosti alebo vzájomnej indukčnosti vinutí na magnetickom jadre na polohe, geometrické rozmery a magnetický stav prvkov ich magnetického reťazca.

obrázok 11-12 magnetických čiar s medzerami a dvoma vinutiami

Indukčnosť vinutia, ktorá sa nachádza na magnetickom potrubí, kde ZM je magnetická odolnosť magnetického potrubia; - počet otáčok navíjania.

Vzájomná indukčnosť dvoch vinutí umiestnených na rovnakom magnetickom jadre, Kde - počet otáčok prvého a druhého vinutia. Magnetická rezistencia je určená výrazom

kde - aktívna zložka magnetického odporu (šírenie magnetického toku); - teda dĺžka, prierezová oblasť a relatívna magnetická permeabilita I-th časti magnetického potrubia; MO - magnetická konštanta; D - dĺžka vzduchovej medzery; S je prierezová plocha vzduchového prierezu magnetického potrubia, - reaktívna zložka magnetického odporu; P - Strata výkonu v magnetických líniách spôsobených vírovým prúdom a hysteréziou; W-uhlová frekvencia; F - Magnetický prietok v magnetickom obvode.

Znížené pomery ukazujú, že indukčnosť a vzájomná indukčnosť môže byť zmenená ovplyvnením dĺžky D, časť vzduchového priestoru magnetického potrubia S, na strate energie v magnetických líniách a iných cestách.

V porovnaní s inými prevodníkmi posunu sú indukčné meniče charakterizované významnými výstupnými signálmi, jednoduchosťou a spoľahlivosťou v prevádzke.

Nedostatok z nich je opačný účinok meniča na predmete pod štúdiu (účinok kotviaceho elektromagnetu) a účinok zotrvačnosti kotvy na frekvenčnom charakteristike zariadenia.

Kapacitné meniče. Kapacitné konvertory sú založené na závislosti elektrickej kapacity kondenzátora z veľkosti, vzájomného usporiadania jej dosiek a z dielektrickej konštanty média medzi nimi.

Pre dvojstranný plochý kondenzátor, elektrická nádoba, kde - elektrická konštanta; - relatívna dielektrická permeabilita medzi doskami; S je aktívna oblasť pokovovaného; D - Vzdialenosť medzi doskami. Citlivosť konvertora sa zvyšuje so znížením vzdialenosti d. Takéto konvertory sa používajú na meranie malých posunov (menej ako 1 mm).

Malé pracovné pohyby dosky vedie k chybám z výmeny vzdialenosti medzi doskami s teplotnými výkyvmi. Výber veľkosti častí konvertora a materiálov sa dosiahne na zníženie tejto chyby.

Konvertory sa používajú na meranie úrovne kvapalín, vlhkosti látok, hrúbka výrobkov z dielektriky.

Obr. 11-16. Schéma ionizačného konvertora

Ionizačné konvertory. Konvertory sú založené na plynovej ionizácii alebo luminiscencii niektorých látok pod pôsobením ionizujúceho žiarenia.

Ak je komora obsahujúca plyn ožarovaný, napríklad B-rays, potom medzi elektródami obsiahnutými v elektrickom obvode (obr. 11-16), prúdi prúd. Tento prúd závisí od napätia aplikovaného na elektródy, na hustote a zložení plynového média, veľkosť komory a elektródy, vlastností a intenzity ionizujúceho žiarenia. Tieto závislosti sa používajú na meranie rôznych neelektrických hodnôt: hustota a zloženie plynového prostredia, geometrické rozmery častí.

Ako ionizačné činidlá sa používajú a-, b- a g-lúče rádioaktívnych látok, výrazne menej často - röntgenové žiarenie a neutrónové žiarenie.

Hlavnou výhodou zariadení s použitím ionizujúceho žiarenia je možnosť bezkontaktných meraní, čo má veľký význam, napríklad pri meraní v agresívnych alebo výbušných médiách, ako aj v médiách pri vysokom tlaku alebo majú vysokú teplotu. Hlavnou nevýhodou týchto zariadení je potreba používať biologickú ochranu s vysokou aktivitou zdroja žiarenia.

Prednáška 16.

Parametrické meracie prevodníky

Odporové teplomery.

Odporové teplomery, ako aj termočlánky, sú určené na meranie teploty plynných, pevných a kvapalných telies, ako aj povrchovej teploty. Princíp teplomerov je založený na používaní vlastností kovov a polovodičov, aby sa zmenil jeho elektrický odpor s teplotou. Pre vodiče z čistých kovov táto závislosť v teplotnom rozsahu od -200približne s až 0 o C má formulár:

R t \u003d r 0,

a v rozsahu teploty od 0asi od až 630 o

R t \u003d r 0)