Файл: Шилов, В. Ф. Элементы электронной автоматики учебное пособие.pdf

-10 -

Ге н е р а т о р н ы е датчики преобразуют неэлектричеокие величины в электродвижущую силу.

Приборы о датчиками первой группы требуют источников питания, а о датчиками второй группы - могут работать без них. Например, термопара может работать непосредственно на чувствительный гальванометр.

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

§ 2. Контактный датчик

Принцип действия контактного датчика основан на замы­ кании и размыкании контактов электрической цепи* Простейшая схема этого датчика показана на рисунке 6. Измерительный штифт Ш, несущий на себе контакт К, может перемещаться вдол»

своей оси и замывать один из неподвижных контактов. При зам»* нутых контактах датчик сигна­ лизирует только о таких деталях Д, размеры которых меньше

такт. В результате этого заго­ рится лампочка М (меньше). В другой случае деталь поднимет штифт до такого положения, при котором замкнется верхний кон­ такт и загорится лампочка Б

(больше). Если же размеры контролируемой детали укладываются

При использования в контактном датчике ламп накаливания высокой точности контроля добиться нельзя, так как в моменты

замыкания и разкакаЕяя между контактами образуется электря-

- L2 -

ползунка изменяет введенное в цепь сопротивление. В датчике подвижный контакт механичеокж овяэывают о измеряемой вели­ чиной.

Боли реостат включен в качестве потенциометра (рио. 8,6), то выходной величиной этого датчика является падение напряжения между подвижным и одним из неподвижных: контактов.

В датчиках о линейно изменяющимся сопротивлением вы­ ходное напряжение ивменяетоя пропорционально смещению под­ вижного контакта

53 U ех. ~Т~

Снах.

а чувствительность датчика определяют по формуле:

I/ _ A Uaux. _ Ugx.

к"ГГ~ ~

Ухороших датчиков она составляет 3-5 в/мм и может быть по­ вышена путем увеличения питающего, напряжения Ugx. • Макси-' мальное увеличение чувствительности ограничивается мощно­

стью рассеивания сопротивления датчика.

Для изготовления реостатных датчиков обычно применяют проволоку о высоким удельным сопротивлением (константен, манганин, нихром и т.д.). Конструктивное выполнение их за­ висит от того, наоколько большим может быть давление пол­ зунка на обмотку. Бели величина давления не играет сущест­ венной роди, например, при использовании датчика для конт­ роля за положением двери, то обмотку датчика изготовляют из манганиновой или констаятановой проволоки. Но воли датчик предназначен, например, для контроля за положением магнит­ ной стрелки компаса, то величиной трения щетки об обмотку уже нельзя пренебречь. Необходимо, чтобы трение было как можно меньше. В этом случае обмотку датчика изготовляют из очень тонкой (0,03 мм) платино-иридиевой проволоки, обеспе­ чивающей хороший контакт при очень малом (не более десятка миллиграмм) давлении ползунка.

Реостатные датчики обычно предназначают для контроля за доложенном задвижек, клапанов или для передачи на рас­

- 13 -

стояние показаний неэлектрических измерительных приборов, например манометров, измерителей уровней жидкости, показа­ ний флюгеров и компасов.

§ 4. Угольный датчик

По принципу действия угольный датчик аналогичен уголь­ ному микрофону. Разница лишь в том, что в микрофоне уголь в виде порошка, а в датчике частицы угольного порошка спрес­ сованы. Датчик в виде столбиха из угольных шайб показан на рисунке 9. Шайбы имеют диаметр 5-10 мы, толщину 1-2 мм. Их изготовляют из электродных углей.

При сжатии столбика сопротивление между шайбами уменьшается. При уменьшении давления - сопротивле­ ние столбика увеличивается. Обыч­ но столбик собирают из 10-15 шайб и он имеет сопротивление несколько десятков ом. Чтобы сопротивление столбика было стабильна! и не из­ менялось от случайных встряхива­ ний и ударов, на столбик даютвна­

чальное давление порядка 2:10 н/м2 . & Тогда при максимальном давлении в 6,10 н/м2 сопротивление уменьшается ва 20-30^.

Угольные датчики изготовляют не только в виде столби­ ков, но ж в виде, так называемых, тензолитов. Тензолиты изготовляют из порошка угля, графита или сажи, смешанного с бакелитовым или другим изолирующим лаком в виде стержень­ ков диаметром I мы. Обычно такой стерженек оканчиьается медными выводами. Готовый тензолит наклеивают на подоску бумаги длиной 25 мм, которую в свою очередь наклеивают в том месте детали, деформацию которого нужно измерить. Тен­

золит воспринимает эту деформацию, незначительно растягива­ ясь или сживаясь. При этом изменяется плотность контакта между частицами угля в бакелитовом лаке, а вместе с тем

- 14 -

сопротивление датчика.

Чувствительность угольных датчиков выражается в относи­ тельных единицах

противления датчика при относительном изменении длины &1Ц. Угольные датчики обладаю чувствительностью до 20. Их недостаток в том, что сопротивление в значительной степени

зависит от температуры.

Датчики такого типа чаото используются при исследова­ нии различных механических давлений, малых перемещений и вибрации.

§ 5. Тензометрический проволочный датчик

Если металлическую проволоку подвергнуть механичеокой деформации (растяжению или сжатию), то ее электрическое со­ противление будет изменяться. На этом принципе и основано действие тензометрических проволочных датчиков.

Тензометрический датчик представляет собой тонкую проволоку или фольгу с большим удельным сопротивлением диа­ метром или толщиной 0,02-0,05 мм, уложенную и приклеенную к полоске бумагитак, как показано на рисунке 10. Бумагу же в свою очередь приклеивают к поверхности исследуемой

детали так, чтобы направление ожидаемой деформации совпало с длинной стороной петель или полоо фольги. Под действием воспринимаемых деформаций длина и диаметр проволбк из­ меняются. Значит, изменяется

ее электрическое сопротивление. Иежяу относительным удлинением проволоки д£/£ и относи-

д R/R = К

тогда

Чувствительность ( К ) тензометрического датчика достигает 2, их сопротивление обычно 100-200 ом. По сравне­ нию с тензолитами они мало чувствительны, но зато имеют ма­ лую зависимость сопротивления от температуры.

Тензометрические проволочные датчики позволяют иссле­ довать малые перемещения (главным образом различные дефор­ мации, вибрации) имеют малые габариты и вес, практически безынерционны, легко принимают форму исследуемой детали.

§ 6. Термоэлектрические датчики

Принцип действия термоэлектрических датчиков основан на изменении сопротивления терморезистора в зависимости от температуры среды, в которую он помещен.

Различают два типа терморезисторов: проволочные и полу­ проводниковые.

уп р о в о л о ч н о г о терморезистора приращение

сопротивления A R при изменении температуры на A t определяется по известной формуле:

ДR = R0d*t

Чувствительность же датчика определяют по формуле:

Ее повышают путем увеличения R 0 и выбора материала прово­

локи с большим температурным коэффициентом.

Метариалом для изготовления проволочных терморезнсторов служат чистые металлы: медь, железо, никель, платина, вольфрам. Изменение сопротивления чистых металлов составля-

- 1 6 -

вт от 3,7 до Ь,Ь% на Ю°С. Зависимость сопротивления чистых металлов от температуры показана на графике (рис. II), она

О50

Рис 11

Наиболее стабильным и часто применяемым датчиком явля­ ется платиновый терморезистор.

Для изготовления чувствительных терморезисторов приме­ няет вольфрам. Примером такого датчика является нить нака­ ливания лампочки карманного фонарика, помещенная в стеклян­ ную трубочку (рис. 12). Таким датчиком можно измерять око-

или просто термисторы изготовляют из окислов металлов (окиоь меди, никеля, марганца, кобальта, магния, титана и др.), а также из сульфидов и карбидов этих металлов. Окислы в порош­ кообразном виде опрессовывают и спекают. Иногда к ним добав­ ляют взыельченную медь. Термисторы изготовляют в виде ма­ леньких пластинок, бусинок или стерженьков диаметром 2-3 мм,

- 17 -

длиной 10-15 мы. Иногда термисторы помещают во внутрь стевхянного баллона, наполненного инертным газом. Удельное со­ противление таких полупроводниковых датчиков зависит от их состава, но всегда больше сопротивления металлов в IO^-IO12 раза. Сопротивление термисторов в отличие от металлов умень­ шается при увеличении температуры, т.е. они имеют отрица­ тельный температурный коэффициент. Зависимость сопротивле­ ния термистора от температуры показана на графике (рис.13).

Я*

Из характеристики видно, что при увеличении температуры со­ противление термистора уменьшается. Термисторы отличает высокая чувствительность. Если для металлов температурный коэффициент составляет примерно <£= (4—6) . ICP^I/rpan, то для полупроводников он достигает сL = -40.10"®. 1/град, т.е. в 6-10 раз больше. Например, если при нагревании от О до 100° сопротивление меди и платины возрастает приблизи­ тельно на 40£, то сопротивление термистора уменьшается в 20-25 раз и более. При температуре 20°С термисторы имеют сопротивление от сотен ом до сотен тысяч ом и могут рабо­ тать при температуре в пределах от -100 до 4400°С.

На рисунке 14 приведены вольтамперные характеристики