Носов Н.А. - Расчёт и конструирование гусеничных машин, страница 108

Кроме того, при выборе электрического датчика следует учитывать особенности исследуемого процесса и условия проведения эксперимента: периодичность и максимальную частоту процесса; знакопеременность кривой изменения процесса и наличие в ней постоянной составляющей; температурные условия места измерения; наличие вибраций и сотрясений в месте установки датчика; атмосферные условия (влажность и температура воздуха). Таким образом, правильный выбор метода измерения неэлектрической величины предусматривает предварительное изучение особенностей исследуемого процесса, условий эксплуатации, имеющейся измерительной аппаратуры и специальных требований к электрическому датчику.

Датчики активного сопротивления. ~Датчик, служащий для измерения деформаций в деталях и преобразующий эти деформации в изменение активного сопротивления, называется тензометром. П р о в о л о ч н ы е тензометры (рис. Х1Ъ'.19) изготовляются из тонкой проволоки с высоким удельным сопротивлением. На по- 543 лоску бумаги длиной 25 — 40 мм наклеивается уложенная зигзагообразно константановая проволока диаметром не более 0,05 мм, имеющая медные выводы. Полоска бумаги вместе с проволокой наклеивается на испытываемую деталь. При растяжении или сжатии детали в направлении расположения проволоки сопротивлеа) ние датчика )с соответственно ,чо возрастает или уменьшается пе на величину Л)с. Относи- -.41 Чвс тельная чувствительность проволочного датчика, выве полненного из константана, и Смпмие /Л) ,Ф' 5 = —: — = 2; начальное М, Ж И Рпсаямеяпп(оаИ я "а сопротивление )хо —— 50 — : †: 200 Ом, деформация не более 1 % .

Деформация датчика в направлении, перпен- 544 Рис. Х!Ч.19. Проволочный тенаометр: дикулярном расположению а — схема; б — характеристики проволоки, вызывает чрезвы- чайно малое изменение сопротивления. Благодаря этому проволочные датчики позволяют определять составляющие механических напряжений в деталях в заданном направлении. Проволочные тензодатчики включаются в мостовые схемы постоянного или переменного тока. Они имеют линейные характеристики, стабильны по своим свойствам, не обладают гистерезисом.

Датчики, выполненные из константана, имеют малую температурную погрешность и очень дешевы. В настоящее время ши- б) л'Я 7с,а э+ рокое распространение на- а) Я чинают получать п о л у- 1 йо проводников ы е датчики (рис. Х!У.20). Они 4 'тдя ,р используются и как тен- и-А ~Ф' ЗОМЕтРЫ, И КаК ДатЧИКИ прям п,х температуры, отличаются нелинейностью характе- Иа =ЯП-ЗППбм ьностью Рис.

Х1т'.20. Полупроводниковый тенаометр; ристики, нестабильностью параметров, значительным а — схема; б — характеристика разбросом характеристики однотипных датчиков, высокой чувствительностью к температуре. Р е о с т а т н ы й датчик (рис. Х1Ч.21), преобразует изменение неэлектрической величины в изменение сопротивления реостата, подвижный контакт которого механически связан с преобразуемым параметром.

Если реостат включается в электрическую цепь как делитель напряжения, то датчик называют потенциометрическим. Конструктивно реостаты выполняются в виде пластин 1 из изоляционного материала, на которые наматывается высокоомный провод 2 или наносится высокоомное покрытие. Подвижный контакт 3 в виде ползунка или ролика скользит по зачищенному проводу или покрытию.

Для намотки реостатов используются константановая, нихромовая, манганиновая и другие проволоки. Рис. Х1Ч.21. Реостатный датчик: а — схема датчика; б — устройство реостата; в — характеристика реостата розки, отсутствие необхо- термоса иро ивленнй димости усиления сигнала. К числу недостатков относятся наличие подвижного контакта, ограничивающего срок службы и ухудшающего надежность работы датчика, наличие ошибки от ступенчатости характеристики, нелинейность характеристики при Вольфрам Никель Платина Медь 0,0042 — 0,0046 0,0062 — 0,0063 0,0039 — 0,0056 0,0043 0,055 — 0.,061 0,12 — 0,14 0,098 — 0,106 0,0! 5 — 0,017 низкоомнои нагрузке.

Устройства, содержащие проводник или полупроводник, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры окружающей среды, называются датчиками термосопротивления. Наибольшее распространение нашли датчики термосопротивления с теплочувствительным элементом в виде проводника, выполненного из меди, никеля, платины (табл. Х1Ъ',1).

Такие 35 н. д. новее 545 Эти датчики могут быть функциональными. В этом случае пластина имеет профиль, соответствующий воспроизводимой функ- ции. Диапазон сопротивлений реостатных датчиков от 10 до 40 000 Ом. Реостатные и потенциометрическне датчики находят приме- нение для измерения линейных н угловых перемещений на постоян- ном и переменном токе. Достоинствами этих датчиков являются высокая стабильность и точность, простота конструкции, малый вес и небольшие габариты, возможность питания по- 1 а б л н и а Х1Ч.1. физические свойства материалов, стоянным и переменным нрнмеинмнмх током, простота регули- для изготовлении где Ро — сопротивление при температуре Т;, В и С вЂ” постоянные для данного термистора.

Достоинствами термисторов являются высокая чувствительность, широкий диапазон рабочих температур ( — 70 — +120' С), большое сопротивление (до 10' Ом), при котором практически не сказывается влияние соединительных проводов. Недостатки— нелинейность и нестабильность характеристик. Фотоэлектрические датчики. Фотоэлектрическими датчиками называются устройства, преобразующие световую энергию в электрическую. Используг) ются три вида датчиков- фотоэлементов: 1) с внешним фото- эффектом; 2) с внутренним фотоэффектом (фотосопро- и, и, тивления); 3) с вентильным фотоэффектом (фотоэле- б о = Фф = 50 —: 500 мкА/лм. менты с запирающим э )),и слоем).

+ В фотоэлементах с внешним фотоэффектом рис, Х!~т.24. Фотоэлемент с внешним фотоэфпод действием света со фектом: а — схема элемента; б — схема вклюсветочувствительной по .-'„' кения; в — световая характеристика; г — вольтверхности выбиваются ф ам"ерина х~рактеристи«а: ЭЛЕКтрОНЫ. ВЬШуеиаЮт ~! — ненуумныа фотоэлемент; Л вЂ” геэоненолненныа фотоэлемент ся вакуумные и газонаполненные фотоэлементы. Последние имеют большую чувствительность, но более инерционны, чем вакуумные. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом (рнс.

Х1т).24) требуют дополнительных источников питания для создания внутри элемента электрического поля. Вместе с тем при постоянном значении напряжения источника питания с изменением светового потока изменяется и величина тока в цепи. Поэтому такие датчики могут быть отнесены к датчикам активного сопротивления. Их чувствительность определяется отношением тока (ф (в мкА) к световому потоку Ф (в лм), падающему на светочувствительный слой, Достоинствами фотоэлементов с внешним фотоэффектом являются высокая чувствительность и отсутствие механической связи с преобразуемым параметром, недостатки — нелинейность вольтамперной характеристики и инерционность газонаполненных фотоэлементов. Фотосопротнвления (рис. Х1Ъ'.25) основаны на свойстве некоторых полупроводников изменять свою проводимость (сонротивлеЗз* 547 ние) под действием света. К достоинствам фотосопротивлений относятся высокая чувствительность, малые габариты, возможность работы на постоянном и переменном токе, отсутствие механической связи с преобразуемым параметром.

Недостатками являются инерционность, разброс и нестабильность характеристик. Чув- )лс е ствительность фотосопротивления 5 = может иметь Ф значение порядка 1 А)лм. «) г Е,г е«У д) "Ес Г,1 Ес,' Е„' Ет г) г Е, Ю) урт телд 0 -а -ст +а 0 1), Ю Рис . Х 1 и' .26 . И идуктивиме датчики Рис. Х 1 и' . 2о. Фотосопро- тивлеиие; а — схема; Индуктивные датчики. Индуктивным « — световая характерно- датчиком называется устройство, содержахартктеристика щее один или несколько сердечников с об- мотками, индуктивное сопротивление кото! †пласти на диалектрнка; 2 — слой светечувствнтель- рых изменяется в зависимости от перемещения якоря, сердечника или ротора, связанных с преобразуемыми параметрами.

Этот датчик применяется для преобразования линейных н угловых перемещений. Его динамические свойства определяются инерционностью его подвижных элементов. Индуктивные датчики работают только на переменном токе. Якорь, сердечник, ротор, поворотная катушка выполняются подвижными. К индуктивным датчикам могут быть отнесены также сельсины и поворотные трансформаторы.

Устройства с индуктивными датчиками являются сравнительно простыми и позволяют производить измерения перемещений с точностью до 1 мк, что и обусловливает их широкое применение. На рис. Х!У.26, а и б приведены схема н характеристика простого индуктивного датчика; на рис. Х1У.26, в и г — трансформаторного. Чувствительность простого индуктивного датчика оценивается отношением изменения его коэффициента самоиндукции И. (или индуктивного сопротивления г = в1.) к соответствующему изменению просвета в магнитной цепи ЛЬ: 5= — (или 5= — ). Учитывая сравнительно небольшое значение магнитного сопротивления железа, приближенно можно считать (Х 1Ч.37) где ш — число витков обмотки; з — площадь сечения магнитопровода в си'.

Для трансформаторного датчика (рис. Х1Ч.26, в и г) 3 = — „' . Здесь Е, — э. д. с., индуктируемая в средней катушке, а — угол поворота якоря. Индуктивные датчики с замкнутым магнитопроводом можно применять для измерения больших усилий, сопровождающихся малыми деформациями воспринимающих усилие элементов.