Файл: Основы теории и конструкции контрольно-проверочной аппаратуры авиационных управляемых ракет учебник..pdf

Угольный тензорезистор представляет собой столбик из уголь­ ных шайб или из угольного порошка с изолирующим лаком. Стол­ бик состоит из 10—15 угольных шайб диаметром 5—10 мм и тол­ щиной 1—2 мм. При сжатии столбика происходит уменьшение контактного сопротивления между шайбами вследствие некото­ рого смятия отдельных зерен на их поверхности. Если исполь­ зуется смесь из угольного порошка с лаком, то при деформации датчика изменяется плотность контакта между частицами угля в лаке, что приводит к изменению сопротивления.

Чувствительность тензорезисторов

относительном изменении длины А1/1.

Значение S у угольных тензорезисторов составляет 20 и более единиц, т. е. они характеризуются высокой чувствительностью. Недостаток угольных датчиков заключается в значительном изме­ нении их сопротивления при изменении температуры.

Проволочный тензорезистор состоит из проволоки диаметром 0,012—0,05 мм, которая укладывается петлями и приклеивается к тонкой полоске прочной бумаги или пленки. Тензорезистор наклеи­ вается на деформируемую деталь. Под действием воспринимаемых деформаций происходит изменение длины /, поперечного сечения q и удельного сопротивления проволоки р. В исходном положении при определенной температуре электрическое сопротивление про­ волоки

При растяжении проволоки I и q изменяются, так что изменение сопротивления

41

Чувствительность проволочного тензорезистора

(2. 12)

Величину S называют также коэффициентом тензочувствительности. Эта величина зависит от свойств материала проволоки и технологии изготовления тензорезистора, качества подложки и клея. Для изготовления датчиков используют проволоку из Кон­ стантина, сплавов никеля и хрома. Коэффициент тензочувствительности современных проволочных датчиков равен 2 ± 0 ,2 .

Фольговые тензорезисторы по конструкции и принципу дейст­ вия аналогичны проволочным. В них вместо проволоки исполь­ зуется фольга толщиной несколько микрометров. Тензочувствительность этих датчиков такая же, как у проволочных, но благо­ даря большой площади соприкосновения фольги с деталью, т. е. большей теплоотдаче, через них можно пропускать больший ток, что ведет к увеличению чувствительности тензорезистора.

Полупроводниковые тензорезисторы изготовляются в виде лент или проволок из полупроводников. Наиболее распространены тен­

никовых тензорезисторов относится их малая гибкость и невысо­ кая прочность.

Значение ДR при деформации тензорезисторов колеблется от нескольких миллиом до десятых долей ома. Измерение этих незна­ чительных изменений производится обычно мостовыми схемами, причем тензорезисторы включаются во все четыре плеча моста. Такие схемы обеспечивают максимальную чувствительность изме­ рений и полную температурную компенсацию.

Термодатчики (терморезисторы)

В терморезисторах используется свойство материалов изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от их теплооб­ мена с окружающей средой. На интенсивность теплообмена влияет большое число факторов, поэтому терморезисторы могут приме­ няться для измерения температуры окружающей среды, плотности и скорости газового (жидкостного) потока и др. В качестве основ­ ных материалов для изготовления терморезисторов используются чистые металлы (в виде проволоки) или полупроводники.

Проволочные терморезисторы изготовляются в виде нити или катушки, намотанной на слюдяной, фарфоровый или кварцевый каркас, который закрывается защитным экраном или герметизи­ руется. При изменении температуры терморезистора At его сопро­ тивление изменится:

42

где R0— начальное сопротивление датчика;

« — температурный коэффициент сопротивления. Коэффициент а показывает относительное изменение сопротив­

ления проводника при изменении его температуры на 1 °С.

условиями работы терморезистора и диапазоном измеряемых тем­ ператур.

Полупроводниковые терморезисторы (термисторы) представ­ ляют собой смеси окислов некоторых металлов, спеченные при высокой температуре. Сопротивление термистора R зависит от тем­

т. е. при увеличении температуры термистора его сопротивление уменьшается по нелинейному закону. Это обстоятельство затруд­ няет использование термисторов в автоматической аппаратуре.

По сравнению с проволочными терморезисторами термисторы более чувствительны, имеют меньшие размеры и меньшую инер­ ционность.

Индуктивные датчики

Действие индуктивных датчиков основано на изменении индук­ тивного сопротивления их катушки под влиянием измеряемого па­ раметра. Известно, что полное сопротивление катушки индуктив­ ности

где R — активное сопротивление катушки; L — индуктивность катушки;

о)— круговая частота питающего напряжения.

Индуктивность катушки с сердечником, имеющим небольшой

43

Из формулы (2.17) следует, что индуктивность является функ­ цией нескольких параметров. Изменение одного из этих парамет­ ров под влиянием изменения измеряемой^величвны приводит к из­ менению индуктивности датчика.

Простейший индуктивный датчик состоит из сердечника П-об- разной формы с надетой на него катушкой и якоря, подвешенного на пружинах (рис. 2.6, а). С изменением воздушного зазора Д/ из­ меняется магнитное сопротивление цепи, что приводит к измене­

V(R + Rh)2+ ( « £ ) 2

В индуктивных датчиках рассматриваемого типа магнитное со­ противление зазора значительно больше магнитного сопротивле­

и формула для выходного напряжения принимает следующий вид:

Статическая характеристика индуктивного датчика, рассчитан­

нуля, а с напряжения холостого хода Ux.x и содержит участок на­ сыщения, определяемый напряжением насыщения [/н. Для устра­ нения нелинейности статической характеристики и напряжения Ох,х используют два датчика, включенные по дифференциальной (рис. 2.6, в) или мостовой (рис. 2 .6 , г) схеме. Статическая харак­ теристика этих датчиков (рис. 2 .6 , д) представляет собой алгеб­ раическую сумму ординат характеристик простейших датчиков (кривые 1 и 2 ).

Диапазон измерений перемещений индуктивными датчиками с изменяемым воздушным зазором составляет 0,1— 1 мм. При боль­ шем зазоре статическая характеристика становится нелинейной.

44

Широкое распространение получили трансформаторные датчики, использующие изменение взаимной индуктивности обмоток при пе­ ремещении ферромагнитного сердечника (рис. 2.6, е). Изменение воздушного зазора приводит к изменению взаимной индуктивности между обмотками и к изменению выходного напряжения UB.

Р и с . 2.6. И н д у к т и в н ы е д а т ч и к и и и х х а р а к т е р и с т и к и :

а — д а т ч и к с п е р е м е н н ы м з а з о р о м ; б — с т а т и ч е с к а я х а р а к т е р и с т и к а д а т ч и к а с п е р е ­ м е н н ы м в о з д у ш н ы м з а з о р о м ; в — д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы й и н д у к т и в н ы й д а т ч и к ; г — м о ­ с т о в о й и н д у к т и в н ы й д а т ч и к ; д — с т а т и ч е с к а я х а р а к т е р и с т и к а д и ф ф е р е н ц и а л ь н о г о и м о с т о в о г о и н д у к т и в н ы х д а т ч и к о в ; е — т р а н с ф о р м а т о р н ы й и н д у к т и в н ы й д а т ч и к

Фотоэлектрические датчики

■Принцип действия фотоэлектрических датчиков основан на фо­ тоэлектрическом эффекте, т. е. на явлении возбуждения электро­ нов вещества под воздействием оптического излучения. Возбуж­ денные электроны либо покидают вещество (внешний фотоэффект), образуя под действием приложенного внешнего электрического поля поток свободных зарядов в газе или вакууме, либо остаются в ве­ ществе (внутренний фотоэффект), что приводит к возникновению свободных зарядов, способных перемещаться внутри вещества и изменять его электропроводность.

Датчик с внешним фотоэффектом, называемый фотоэлементом (рис. 2.7), представляет собой стеклянный баллон, внутри кото­ рого размещаются фотокатод 1 и анод 2. Лучистый поток, падаю­ щий на фотокатод, «выбивает» из него электроны, которые под действием электрического поля устремляются к аноду. Во внеш­ ней цепи возникает электрический ток, называемый фотогоком г,

45

который пропорционален падающему на фотокатод лучистому по­ току Ф:

где k — коэффициент, характеризующий чувствительность фотока­ тода к падающему излучению.

Лучистый

1 — ф о т о к а т о д ; 2 — а н о д

Для увеличения чувствительности фотоэлемента между фотокатодом и анодом размещают дополнительные электроды (диноды) D1 , D2 ... (рис. 2.8). Датчики этого типа называются ф о т о у м н о ­

щих минимальную работу выхода электронов. К таким материа­ лам относятся цезий и его соединения.

46