Белов М.П. - Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов (1249706), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Поэтому упругие свойства ферромагнитного материала меняются с изменением усилия. При этом происходит изменение магнитных свойств, которое отражается на кривой намагниченности (обратный магнитострикционный эффект). Поскольку абсолютная магнитная проницаемость вещества )г = В/Н, то при заданной напряженности поля Н изменение индукции В эквивалентно изменению магнитной проницаемости. Рассмотренное явление используется для преобразования механической силы в электрическую величину.
Лучшими метрологическими характеристиками обладает магнитоанизотропный трансформаторный датчик. Пока измеряемая сила не действует, магнитопровод такого преобразователя магнитоизотропен: его магнитная проницаемость одинакова во всех направлениях. Действие силы приводит к уменьшению магнитной проницаемости в направлении сжимающей силы и к увеличению — в поперечном направлении (при применении пермаллоя в качестве материала сердечника). Под действием механических напряжений материал становится магнитоанизотропным.
Датчик изготавливают из листового ферромагнитного пакета пластин, имеющих четыре отверстия, сквозь которые пропускают обмотку питания и измерительную обмотку, образующие первичную и вторичную обмотки трансформатора. Они расположены под углом 45' к направлению действия силы и под углом 90' друг к другу. Магнитное поле, создаваемое обмоткой питания при отсутствии измеряемой силы, направлено параллельно виткам измерительной обмотки и не заходит в нее. В измерительной вторичной обмотке ЭДС не индуцируется.
Под действием силы магнитная проницаемость изменяется, что вызывает деформацию магнитного поля. Магнитный поток пронизывает измерительную обмотку и индуцирует в ней ЭДС, пропорциональную действующей силе. Чувствительность преобразователя зависит от материала сердечника. 37 Для магнитострикционных датчиков силы характерны: малое воздействие на измеряемую величину (вследствие повышенной жесткости), высокая стойкость и надежность (вследствие механической прочности), посредственная линейность, значительная чувствительность к температуре и паразитным магнитным полям, недостаточная стабильность во времени, ограниченность полосы пропускания. Точность магнитострикцнонных датчиков составляет несколько процентов верхнего предела измерения.
Работа пьезоэлектрических преобразователей основана на явлении пьезоэлектричества, состоящего в возникновении (или в изменении) электрической поляризации в некоторых анизотропных диэлектриках — природных (кварц, турмалин и т.п.) или искусственных (сульфат лития, синтетический кварц, обработанная керамика и т.п.), когда они деформируются под действием определенно направленной силы. Если расположить пару обкладок на противоположных сторонах пьезоэлектрической пластинки и приложить к пластине силу, то под действием силы на обкладках появятся заряды противоположных знаков н, следовательно, возникнет разность потенциалов, пропорциональная приложенной силе. Такое конденсаторное устройство дает возможность измерять силы и любые физические величины, приводящие к возникновению сил: давление, ускорение, вибрацию.
Это конденсаторное устройство представляет собой пьезоэлектрический датчик. Подвергнутый действию ориентированного электрического поля, пьезоэлектрический материал деформируется; в частности, можно вызвать его возбуждение на своем механическом резонансе. Это свойство пьезоэлектриков используется для управления частотой генерации. Отсюда следует возможность изготовления пьезоэлектрических датчиков, резонанс которых возникает на определенной частоте, чувствительной к изменению различных физических величин (температуры, давления и т.п.). Часто в датчиках вместо пьезоэлектрических кристаллов используется пьезокерамика, более дешевая и удобная в изготовлении.
Наиболее широко применяется семейство керамик, получаемых на основе оксидов свинца, циркония и титана. Датчики деформаций. В качестве этихдатчиков применяют гнензорезисгнорные преобразователи (металлические, проволочные, полупроводниковые и др.). Тензорезисторный преобразователь (тензорезистор) представляет собой проводник, изменяющий свое сопротивление при деформации растяжения или сжатия. Длина проводника! и площадь поперечного сечения 5 изменяются при его деформациях. Эти деформации кристаллической решетки приводят к изменению удельного сопротивления проводника р и, следовательно,к изменению полного сопротивления. Тензорезисторные датчики приклеивают к объекту, и они деформируются вместе с ним.
При этом из-за малых размеров (в 38 зависимости от типа от 1 мм до 1 см) такие датчики обеспечивают весьма точные измерения деформаций. Применение датчиков деформаций не ограничивается определением напряжений. Любые физические величины, особенно механические, действие которых на объект вызывает его деформацию, могут быть преобразованы с помощью измерителей удлинений.
Это относится к давлению, ускорению, моменту сил. Датчик деформаций и объект составляют, таким образом, совокупный измеритель воздействующей физической величины. Обычно датчик состоит из сетки, образованной нитевидными проводниками длиной и1, где 1 — длина одного нитевидного элемента; и — их количество. Наилучшим отечественным материалом для изготовления проводниковых тензорезисторов, используемых при температурах ниже 180'С, является константан, представляющий собой сплав никеля (45%) и меди (55%). Акселерометры.
Эти приборы, представляющие собой измерители ускорения, широко применяются в промышленности при оценке чувствительности изделий к ударам и вибрациям. В последнее время буферные и емкостные преобразователи, использовавшиеся в этих измерителях, заменяют пьезоэлектрическими датчиками. Эквивалентная схема пьезоэлектрического преобразователя представляет собой источник напряжения с последовательно включенным конденсатором, на котором образуется заряд. Выходное переменное напряжение такого датчика, вырабатывающееся под воздействием вибрационного ускорения, обычно имеет очень малую амплитуду.
Поэтому для увеличения выходного сигнала склеивают несколько пьезокристаллов. Поскольку значение переменного заряда на конденсаторе очень мало, то такой датчик обычно подключают ко входу усилителя заряда с малым входным током, одновременно преобразукнцего выходное напряжение датчика в сигнал скорости. Если этот сигнал дополнительно проинтегрировать, а затем продетектировать с высокой точностью, то получаемое напряжение будет пропорционально амплитуде смещения (это напряжение можно проградуировать, например, в миллиметрах перемещения на вольт).
Датчики технологических переменных. Датчики температ у р ы. Выбор типа датчика температуры в основном определяется диапазоном изменения измеряемой температуры и условиями эксплуатации. Для измерения температуры используют термопары, термосопротивления, полупроводниковые датчики и пирометры. В качестве датчиков температуры часто применяют термоиары, поскольку они имеют широкий рабочий диапазон температур и высокую надежность. При измерении температуры с использованием термопары последовательно с измерительным спаем включают компенсационные спаи, позволяющие получить ток опреде- 39 ленного направления и максимальную ЗДС измерительного сная. В зависимости от рабочего диапазона температур и среды, в которой находится датчик, применяют различные пары металлов.
Для работы в широком диапазоне температур передаточные характеристики датчиков, как правило, недостаточно линейны, поэтому для их линеаризации требуется применять специальные схемы. Лучшие по сравнению с термопарами разрешение н повторяемость характеристик достигаются в термометрах сопротивления— приборах, использующих эффект изменения электрического сопротивления проводников при изменении температуры. В промышленности часто применяют платиновые термометры, обладающие высокой точностью и механической и электрической стабильностью. Термисторы — другой тип термометров сопротивления — получают спеканием смесей металлических сплавов, при этом образуется керамика с большим отрицательным температурным коэффициентом.
Температурный диапазон металло-пленочных сопротивлений по сравнению с термисторами шире, а линейность выше, однако термисторы имеют примерно в 10 раз большую чувствительность. При проведении измерений температуры такими датчиками обычно требуется преобразовать изменение сопротивления в изменение напряжения и по возможности линеаризовать зависимость выходного напряжения от температуры. В тех случаях, когда возможно только визуальное наблюдение исследуемого процесса, для измерения температуры применяют опаические пиромеиры. Диапазон измеряемых температур в этом случае ограничивается диапазоном спектральной чувствительности используемого датчика. Одним из современных методов измерения температуры является метод, основанный на использовании транзистора со смещением базового перехода в прямом направлении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
