tiMT-i, KtiT-i rniT-h, KMT-It

MMT-g

Рис. 8.4

Рис. 8.5

рого зависит от воздействия линейного или углового перемещения. Простейщая схема включения реостатного датчика показана на рис. 8.4.

При перемещении движка потенщюметра R под действием усилия X изменяется сопротивление г в измерительной цепи, а следовательно, и ток I к Е/г (если сопротивления прочих элементов цепи незначительны).

Конструктивно реостатный датчик часто выполняется из манганиновой или константановой проволоки, намотанной на каркас; перемещаемый движок (щетка) выполняется из фосфористой бронзы или серебра.

Реостатный датчик может быть собран и из нескольких нерегулируемых резисторов (рис. 8.5). При перемещении щтока 1 пол действием усилия X происходит поочередное замыкание секций R1, R2, R3 и т. д., изменяющее сопротивление между зажимами А и В.

Термочувствительные датчики. В качестве преобразователя температуры в электрический сигнал часто применяется терморезистор-элемент, сопротивление которого зависит от температуры окружающей среды.

Зависимость удельного сопротивления от температуры для металлических проводников определяется выражением

р, р„(1 -bat),

где р„-удельное сопротивление проволоки при температуре t = 0°С; а-температурный коэффициент сопротивления; t - температура окружающей среды.

При температуре до 100...150°С часто используют медную проволоку (а = 0,004 1/°С), при температуре до 250...300°С-никелевую проволоку (а = 0,0046 1/°С). Для более высоких температур (до 500...800°С) применяют платиновую проволоку (а = 0,00398 1/°С). Конструктивно проволочный терморезистор представляет собой термостойкий каркас из фарфора, слюды или кварца с намотанной на него проволокой диаметром 0,05...0,1 мм. Каркас с намоткой помещают в защитный кожух из кварца, стали или другого термостойкого материала.

Широкое распространение получили полупроводниковые терморезисторы, удельное со-

I Стеклянный изолятор

6) Рис. 8.6

Рис. 8.7

противление которых уменьшается с увеличением температуры (при изменении температуры от О до 100°С примерно в 10 раз).

На рис. 8.6 показаны некоторые конструкции терморезисторов прямого подогрева.

Часто терморезисторы используются в цепях управления реле. Для этой цели могут применяться терморезисторы, вольт-амперная характеристика которых в необходимом диапазоне температур имеет максимум (рис. 8.7). При температуре tl через цепь, состоящую из терморезистора, источника ЭДС Е и резистора R, протекает ток, 1, определяемый точкой пересечения нагрузочной характеристики (прямой ВС) с характеристикой терморезистора. С увеличением температуры до значения, большего tj, ток в цепи скачком возрастает до значения I,. Возвращение цепи в исходное состояние происходит при температуре tj, которой соответствует вольт-амперная характеристика терморезистора, касательная своей вогнутой частью к прямой ВС.

Широко применяются также термоэлектрические датчики-термопары. Термопара (рис. 8.8, а) представляет собой соединение двух

и

Рис. 8.8

разнородных металлических проводников, в спае которых (точка А) возникает ЭДС, пропорциональная температуре спая. С увеличением температуры спая ЭДС возрастает. При использовании термопар важно, чтобы температура свободных концов (точки Б и В) была неизменной.

Для температур до 1 \QO°C применяют термопары типа хромель (сплав 90% никеля и 10% хрома)-алюмель (сплав 2% алюминия и 94% никеля с небольшими добавками кремния и железа) или хромель-копель (56,5% меди и 43,5% никеля); при температурах 1000...1700°С-термо-пары из платины и платинородиевых сплавов, а также вольфрамо-молибденовые термопары (табл. 8.2).

Таблица 8.2. Зависимость термоЭДС от температуры дли различных типои термопар

Темпер!

ТермоЭДС, мВ

Постоянство температуры свободных концов термопары обеспечивается термостатированием.

При измерении термоЭДС милливольтметром (рис. 8.8,6) ток в цепи определяется формулой

I = E/(R, -I- R, -1- R,),

где Е-термоЭДС; R, R , R,-сопротивления милливольтметра, проводов и термопары соответственно.

Напряжение на зажимах милливольтметра

и = Е - I(R. + R,) = ER(R, -4- R. -4- RJ.

Чем больше сопротивление милливольтметра R по сравнению с сопротивлением проводов и термопары, тем больше измеряемое напряжение и, следовательно, тем вьппе точность измерения.

Индукптные датчики. Ряд систем регулирования перемещений или усилий основан на применении индуктивных датчиков, действие кото-

Рис. 8.9

рых определяется зависимостью индуктивности катушки от магнитного сопротивления сердечника. Например, индуктивность преобразователя перемещения (рис. 8.9) определяется выражением

где S-площадь сечения магнитопровода; 6-зазор в магнитопроводе; ц -магнитная постоянная зазора; W-число витков катушки.

При изменении зазора 6 (под действием усилия X) или площади сечения магнитопровода S (при перемещении подвижной пластины вверх или вниз) изменяется индуктивность, а следова-

и

тельно, н ток в нагрузке R: I = -, где

и-напряжение источика питания; со = 2яГ, f-частота тока.

Большое распространение получили дифференциальные индуктивные датчики с двумя дросселями (рис. 8.10). Они обладают более линейной характеристикой и требуют меньших усилий для перемещения подвижной пластины.

В трансформаторных датчиках измеряемое перемещение X изменяет коэффициент индуктивной связи между двумя обмотками-первичной, питаемой напряжением переменного тока U, и вторичной, с которой снимается сигнал U, . На рис. 8.11 показана схема П-образного трансформаторного датчика. Выходное напряжение

где Uj = UZi/(Zi + Z2)uZi = (oL (0XoWS/26.

Рис. 8.10

о

и, , и.

6 Увь, 6

Рис. 8.11

6 г/вых 6

Рис. 8.12

Рис. 8.13

Рис. 8.15

Схема дифференциального трансформаторного датчика приведена на рис. 8.12.

На рнс. 8.13 приведена схема трансформаторного датчика соленоидного типа, у которого магнитная связь между первичной и двумя вторичными обмотками осуществляется перемещающимся ферритовым сердечником.

На рис. 8.14 показаны характеристика простого соленоидного датчика и его включение в мостовую цепь измерения.

К индуктивным датчикам относятся и магнитострикционные датчики, в основу которых положена зависимость магнитной проницаемости некоторых материалов (железомарганце-вого сплава и др.) от упругих деформа1ЩЙ. На рис. 8.15 приведена схема измерения усилия X магнитострикционным датчиком. При воздействии давления на магнитопровод изменяется его магнитная проницаемость ц и, следовательно, магнитное сопротивление участка магнитопровода. В результате изменяются индуктивность катушки и выходное напряжение.

Емкостные датчякя. Действие емкостных датчиков основано на зависимости емкости конденсатора С от площади пластин S, расстояния между ними 6 и диэлектрической проницаемости среды е.

Для плоского конденсатора

C = eS/8.

Емкостный датчик перемещения с переменным зазором, дифференциальный емкостный датчик и их характеристики показаны на рис. 8.16, а, б.

с, 9 Сг

Рис. 8.14 Рис. 8.16 /