Генераторні вимірювальні перетворювачі

Найбільш розповсюджені п’єзоелектричні, термоелектричні та індукційні генераторні перетворювачі.

2.3.1 П’єзоелектричні датчики

Принцип дії полягає на використанні явища п’єзоефекту, тобто здатності деяких речовин виробляти електричний заряд при прикладанні до них зусилля. До таких речовин належать кварц, титанат барію, титанат свинцю, сегнетова сіль, цирконат свинцю. Найчастіше датчики виготовляють з кварцу.

F

+++++++++++++++++++++++++++++

Кварц

Виводи

-------------------------------------------------- Електроди

Датчик являє собою кварцову пластинку, на одній зі сторін котрої напилені електроди, до яких припаюють виводи. У ненапруженому стані всі заряди скомпенсовані і кристал кварцу є електрично нейтральним.

Під дією прикладеного зусилля F баланс порушується і виникає електричний заряд. Величина заряду залежить від прикладеного зусилля:

q = d∙ F,

де d - п’єзоелектричний модуль, його величина залежить від типу п’єзоелектрика та кута, під яким прикладене зусилля.

Такі датчики використовують для вимірювання змінних сил, тисків, прискорень, вібрацій.

Особливість п’єзоелектричних перетворювачів – їх дуже мала вихідна потужність при високому опорі. Тому обов’язково до виходу перетворювачів підключають високочутливі підсилювачі з великим вхідним опором. Підсилювач та перетворювач з’єднуються екранованим кабелем.

2.3.2 Термоелектричні перетворювачі (термопари)

Принцип дії термопари базується на використанні термоелектричного ефекту, суть якого полягає у виникненні термо-ЕРС в колі з двох різних провідників або напівпровідників, якщо температури відповідних частин перетворювача різні. На відміну від терморезисторів ці датчики самі генерують електричний струм.

Місце спаювання провідників а і б, яке розміщують в середовищі з досліджуваною температурою q_1, називають гарячим спаєм, а вільні кінці, температура яких, як правило, підтримується постійною (q₂ та q₃ ) – вільними або холодними. В коло термопари підключають вимірювальний прилад або інший перетворювач.

При роботі термопари в результаті значного перепаду температур гарячого та холодного кінців виникає переміщення електронів від q₁ до q₂ і q₃. Але, так як в термопарі метали різні, то і переміщення електронів буде відбуватися по різному. Це створює різницю потенціалів між холодними кінцями термопари. Вихідна різниця потенціалів Δφ буде пропорційною різниці температур

Δφ ~ (q₂ – q₁).

ТермоЕРС для різних термопар змінюється в межах 10¸50 mB, тому такі датчики працюють тільки з підсилювачем. Похибки від коливань температури холодних кінців зменшують шляхом їх термостабілізації, або автоматичним введенням поправок.

Основні типи термопар і діапазони вимірювань:

- платинородій-платина (ТПП): (0…+1600)⁰С;

- хромель-алюмель (ТХА): (-200…+1200)⁰С;

- хромель-копель (ТХК): (-200…+800)⁰С;

- платинородій-платинородій (ТПР): (+300…+1800)⁰С.

2.3.3 Фотоелектричні перетворювачі

Принцип дії цих датчиків полягає на явищі фотоефекту, тобто здатності деяких речовин виробляти фотострум під дією світла. Найбільш поширені напівпровідникові фотоелектричні датчики. Сигнал, який знімається з них, малий, отже вони використовуються з підсилювачем. Такі датчики знайшли застосування в системах автоматичного контролю: для вимірювання сили світла різних джерел, освітленості, ультрафіолетової радіації, тощо. При вимірюванні яскравості розпеченого тіла за допомогою датчика можна контролювати і його температуру.

2.3.4 Індукційні перетворювачі

Принцип дії датчиків полягає на законі електромагнітної індукції, який дає можливість для перетворення неелектричної вхідної величини в ЕРС. Як правило, такі перетворювачі призначені для вимірювання кутової швидкості об’єктів. До них належать тахогенератори постійного та змінного струму, котрі являють собою пристрої, вихідна напруга яких пропорційна швидкості обертання.

Тахогенератори змінного струму бувають синхронні та асинхронні.

1

N

2 S

Синхронний тахогенератор має просту конструкцію, він складається зі статора, в обмотці 1 якого при обертанні ротора 2 (у вигляді постійного магніту) виникає ЕРС, величина котрої пропорційна швидкості обертання ротора:

Е= k∙ n,

де k – конструкційний коефіцієнт.

Якщо з’єднати магніт з досліджуваним об’єктом, то вихідна ЕРС буде пропорційна швидкості його обертання.

Асинхронний тахогенератор – це асинхронний двофазний двигун з полим ротором. До однієї обмотки підводиться постійна за амплітудою і частотою змінна напруга, а в іншій індукується ЕРС, яка прямо пропорційна швидкості обертання ротора (і об’єкта).

Будова і робота тахогенератора постійного струму аналогічна будові відповідного генератору. Збудження може здійснюватися від незалежного джерела постійного струму і від постійних магнітів.

Дата добавления: 2015-08-18