К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 141
Текст из файла (страница 141)
Оба~ее «кеим ва«греевия датчиков. Для получения информации о значении незлектрическнх величин используют различные физические принципы преобразования. Датчик дэя измерения конкретной неэлектричеакой величинм состоит из ряда измерительных преобразователей, соединенных по схемам последовательного, пара!испано!о или уравновешивающего преобразовании. В датчиках, построенных по схеме последовательного преобразования, измеряемая физическая величина поступает на вход первого измерительного преобразователя, называемого первичным; выходной сигнал первичного преобразовагаля явиется входным для второго измерительного преобразователя, и т.д.
В кавщом юмеривюьном преобразовяюле и«пользу«ил хваля-либо конкретная физичеиия закономерность, сваэываюшая входную и выходную величину строгой Функциональной зависимостью. Чувствительность отвал'о дагщка одре деля«гся произведением чуэапапэльностн всех входящих в него преобразователей: э В = В!В2" В! " ~а !Вэ = П В! г=! 452 Глава 4.2. ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЕМ а) 6) е) Ряс. 42Д2. Фуахдвеаааьаая (а), эаеатрачесвш (б) а струатуршя (е) схеим теюеметрачеаквх ватчвюи ева Рве. 4.2.13. Сгруатурвал схема датпма урэааеаеюваммаеге иреебразеаааяя 2' = БпрБо 1+ Бо)) У 1 У Уд =1+Б))+Ус(~ 1 Б))) Типичным датчиком с параллельным включением преобразователей явлжтся датчик скл (веса), состоящий из упругого чувствительного элемента в виде балки консольного типа 1 (рис.
4.2.12, а), на верхнюю и нижнюю поверхности которой наклеены идентичнме по параметрам теизорезисторы 2 - 5, соединенные в мостовую измерительную схему. Тензорееисторы око ммутированы таким образом (рис. 4.2.12, б), что выходной сигнал моста У нх, обусловленный воздействием входной измеряемой силы Р, будет в 4 раза больше сигнала с конструкции, где на балке расположен лишь один тензорезистор. Измеряемая сила Р воздействует на первичный преобразователь датчика — балку 1 (рис.
4.2.12, в). При изгибе балки в области наклейки тензорезисторов появляется упругая деформация, имеющая разные знаки на верхней и нижней плоскоспш. При этом у тензорезисторов 2 - 5 получают приращение сопротивления разных знаков, а в измершельной мостовой схеме 6 происходит суммирование эффектов от изменения сощютивлений всех четырех тензорезисторов. В тех случаях, когда допустимая погрешность измерения неэлекгрической величины не должна превосходить 0,05 - 0,25 %, применяют датчики уравновешивающего преобразования (рио.
4.2.13). В отличие от ранее рассмтрениых схем в схеме этого датчика имеются две цепи преобразования: 1) прямого преобразования, куда входят поочедовательно включенные преобразователи с чувствительно- стями Б1, Б2, ..., Бб 2) обратного преобразования, которая включает в себя обратный преобразователь с чувспительностью )3 и может состоять из нескольких измерительных преобразователей, охватыюш любое число преобразовяилей, находяшихоя в цепи прямого преобразования.
Фупшлгя преобразования дпчика с уравновешивающим преобразованием имеет внд где )" и Х- координаты; Бвр = Б(Б(+1БН2 Ба-1Бе - чувствительность цепи прямого преобразования, не охваченной цепью обратного пРеобРазоваииЯ; Бо Б2 ... Б( 1Б( - чУвспштельность цепи прямого преобразования, охваченной цепью обратного преобразования. Погрешность такого датчика можно представить в виде где у - погрешность цепи прямого преобразования; уе - погрешносп цепи обратного преобразования. При Бо)) > 1 уд м уо т.е. погрешность измерения определяется в основном погрешноспю цепи обратного преобразования.
Выпускают датчики сил и лавлений с уравновешивюощим преобразованием, в которых в ДАТЧИКИ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 4.3.3. Параметрм серийно выпускаемых датчиков яеыюятрячесвих величин качестве обратного преобразователя используется мапппоэлекгрическнй механизм. Лучшие типы таких датчиков имеют основную приведенную погрешность порядка 0,01 % - 0,05 %. Физические ярвяцияы вреебразеваяня измеряемых неэлеятрнчееаик велнчин. Несмотря на широкую номенюютуру датчиков, выпускаемых промышленностью для измеренйя неэлехтрических величин, число физических прншГнпов преобразования, положенньгх в основу их работы, значительно меньше общего числа измеряемых неэлекгрическнх величин. В датчиках линейных перемещений используются электромшцитные преобразователи, в которых измеряемое перемещение преобразуется в индуктивность или взаимоиндуктивность обмоток; такие преобразователи называют индуктивными, или трансформаторными. Измеряемое перемещение может цреобразовьшаться в соответствующее значение емкости путем изменения зазора мелду обкаадками конденсатора.
Такие преобразователи называют емкостными. Реостатные преобразователи позволяют получить функциональную зависимосп мазду сопротивлением реостата и входным перемещением, воздействующим на его движок. Частым случаем рсо статных преобразователей являются контактные преобразователи, имеющие релейную характеристику. Оптоэлектронные преобразователи линейных перемещений реализуются на различных физических принципах: интерференции, модуляции светового потока, идущего от источника излучения к приемнику, с использованием точных оптических шкал, кодовых линеек или дисков, различных свеговодов. Принцип действия резонаторных датчиков линейных перемещений основан на изменении одного из параметров электрического нли электр о механического резонатора при воздействии измеряемого перемещешш, например на изменении емкости конденсатора резонансного ЕС-конгура, включенного в качестве частого задающего элемента в схему электронного юпогенератора.
В этом случае измеряемое перемещение привошгт к изменению емкости ЕС-конгура, а, следовательно, и к изменению часготы выходного электрического сигнала автогенератора. В датчиках избьпочного давления измеряемое давление воздействует на упрупгй измерительный преобразователь, выполненный в виде плоской нли гофрированной мембраны, юпой пружины или сильфона. Измеряемое давление преобразуется в линейное ияи угловое перемещение упругого элемента, которое зшем преобразуется в электрический сигнал с применением одного из прсо брав оватеней, используемых в датчиках линейных перемещений. Для получения информации о значениях виброускорений, виброскоростей, ударных ускорений широко применяются пьезоэлектрические и ицдукционные преобразователи.
В большинстве датчиков температуры используются термоююхтрический и терморезистнвный эффекты. В табл. 4.2.3. приведены параметры датчиков неэлектрнческих величин, полученные в результате обобщенного анализа. Номенклатура выпускаемых датчиков многих неэлекгрических величин позволяет охватить достаточно широкий диапазон измерений. Однако для измерения ряда параметров, специфических для производства ИЭТ, приходится разрабатывать уникальные датчики и измерительные приборм, например для определения толщины осажденной в вакууме на поверхность издюпгя тонкой пленки, глубины залегания диффузионного слоя, качества адгезии материала, нанесенного на поверхность, малых расходов газов, концентрации примесных элементов в шзе-носнтеле, уровня запыленности технологической среды, наличия течей в вакуумных системах и в ИЭТ, параметров ионных пучков, используемых для легнрования и т.п.
454 Глава 4.2. ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОГО У РАВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЕМ Продолжение табл, 4.2.3 Олуедевдемне взузмегрм Основнвв лрвведенваз лсг~ешекть юмерепвй 10 э- 105 Па 15 - 60 % Дефорьпшионлый, тепловой, ионизационный, маг- нитно-Разрядный Давление От 1 смз/мин до Гбз з/ 0,5 - 2,5 % Расход впцгхсвх и газообразных сред Ротаметрический, термоанемометрический, тепловой, тахометричесдий, перепад давлений на дросселе 105 - 10т Па Избыточное давле- ние 0,15- 2,5% Деформ вши механических упругих элементов 0,05 - 6% Температура 73 - 3000 К Тер мор езнсторный, термоэлектрический, оптический ПараметРы вибрацийй (амцшггуда, виброускорение, виброскорость) 5 - 20 % Пьезоэлектрический, индукционный, элекгретиый О 01я до 10 000К, где д = 9,81 м/с 0,1 - 104 Па 0,25 - 2,5 % Перепады давления Деформация механических упругих элементов 0,06 - 2 % 0,01- 1000 Н Малые силы Деформация Упругих эле- ментов Механические напряжения в мате- риалах 0,2 - 15 % Для длины от 10'4сс до 10 згс, где Тс - база измерения Пьезорезисгивный, оптиче- ский 0- 100% 5-20% Относительная влажность Сорбция молекул воды, точка росы, терморезистив- ный 0,01 - 10зз и/сз 10з - 10з Н Линейные ускоре- ния 0,1 - 10 % Деформация упругих эле- ментов 0,2- 2% Большие силы Мапппоулругий, деформд- ция упругих элементов Персиевти вы сэаершеистюшавня датчиков.
Одним из путей повышения эффективности производства ИЗТ является применение высокоточных и надежных датчиков, позволяющих существенно уменьшить отклонения параметров технологических процессов от заданных. В овязи с этим требованюг к точностным характеристикам датчиков многих неэлекгрических величин непрерывно возрастают. В то же время точностные характерисгнки датчиков, серийно выпусхвемых промышленностью, эа последнее десятилетие в среднем улучшились на 10 - 20 %. Это обьясняеюя тем, что совершенспювание метрологических харахте- ристик в основном происходит эа счет совершенствования матерюпов и некоторых констРукпшных элементов датчиков, использования нетрадиционных для приборостроения физических принципов преобразования. Примером являются высокоточные полупроводниковые датчиви, изготоюшемые с использованием технологии и материалов микроэлектроники (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
