Термоанемометр постоянной температуры
Термоанемометры - приборы для измерения параметров движущихся сред (газов и жидкостей). Ими измеряют скорость течения, расход, тепловые характеристики. Принципиальная схема термоанемометра с поддержанием постоянной температуры терморезистора приведена на рис. 10.3.
Рисунок 10.3 - Принципиальная схема термоанемометра постоянной температуры
В качестве чувствительного элемента используется терморезистор RT, который помещается в среду, параметры которой необходимо измерить. Среда обтекает его со скоростью V. Терморезистор RT включен в мост R1 R2, R, RT, питание которого осуществляется напряжением Un, стабилизирующемся с помощью схемы на транзисторе T1 и стабилитрона Д1.
Сигнал с моста подается на ОУ1. Отрицательная обратная связь в схеме осуществляется по температуре разогрева датчика RT. Начальный разогрев датчику RT задаётся от стабилизатора напряжения (транзистор Т1 и стабилитрон Д1) При нулевой скорости обтекания датчика термочувствительный мост сбалансирован. По мере увеличения скорости обтекания датчика его сопротивление изменяется из-за снижения температуры.
Термочувствительный мост разбалансируется и напряжение измерительной диагонали моста, преобразованное операционным усилителем ОУ1 подаётся в суммирующую точку стабилизатора напряжения. Датчик разогревается за счёт добавки к начальному напряжению стабилизатора выходного напряжения ОУ1. На выходе термоанемометра выходное напряжение зависит от параметров схемы и потока:
где: Т - температура в градусах Кельвина разогретого датчика; Т0 - температура окружающей среды; К=R1/R2 - коэффициент усиления ОУ1); Rt -сопротивление разогретого датчика; R0 - сопротивление датчика без нагрева; R - постоянный резистор, включенный последовательно с терморезистором RT; Н0 - коэффициент теплоотдачи при естественной конвекции; ν - скорость потока; υ- коэффициент, зависящий от размеров температурного датчика и тепловых параметров среды.
Независимо от температуры среды термоанемометр можно настроить на измерение скорости или расхода. Подобные приборы можно применять для измерения скорости потока воздуха в помещениях, исследованиях тепловых характеристик жидкостей, паст и т.д.
10.4. Датчик давления с ёмкостным преобразователем
Электронная схема датчика давления может быть выполнена с выходом по частоте по схеме несимметричного мультивибратора
(рис. 10.4).
Рисунок 10.4 - Генераторная схема датчика давления.
В качестве чувствительного элемента используется емкость С, состоящая из кремниевой мембраны М и неподвижного электрода, выполняемым на подложке П.
Ёмкостно-резисторная R-C цепочка является времязадающей для работы операционного усилителя ОУ1 При изменении давления р на мембрану М расстояние между ней и подложкой П изменяется - меняется и электрическая емкость С.
Установившееся значение частоты f колебаний генератора на OY1 равно
где С- измерительная ёмкость преобразователя перемещений. Транзистор T1, включенный по схеме эмиттерного повторителя, предназначен для усиления выходного сигнала по току.
10.5. Датчик влажности газов
Конструктивно чувствительный элемент датчика влажности (гигрометра) выполнен (рис. 10.5а) в виде пластины проводящего кремния - выполнен резистор Rk в виде полевого транзистора (МОП - резистор), имеющий электроды стока и истока (позиции 4 и 5 на Рис. 10.5а) и пористого электрода затвора 2, необходимого для проникновения в него влажного воздуха среды.
На рис. 10.5б приведена принципиальная схема электронного преобразователя, реализующая зависимость выходного сигнала от диэлектрической проницаемости резистора Rk. Управляемое влажностью сопротивление Rk включено в обратную связь операционного усилителя ОУ1.
Рисунок 10.5 - Датчик влажности: а) чувствительный элемент датчика влажности: 1 - кристалл кремния, 2 - пористый электрод затвора, 3 - защитная сетка, 4 и 5 - гребенчатые электроды стока и истока, б - герметические вводы, 7 - электронная плата; б) принципиальная схема датчика влажности.
Диэлектрическая проницаемость смеси газов теоретически может быть вычислена по известным диэлектрическим проницаемостям компонент и весовых долей, входящих в ее состав:
где εi, Gi - соответственно диэлектрическая проницаемость и весовая доля вещества, входящего в состав смеси, ε - диэлектрическая проницаемость смеси веществ.
В зависимости от влажности воздуха, находящегося в промежутке между электродами 4 и 5 - пористом электроде 2 (рис. 10.5а), диэлектрическая проницаемость и проводимость резистора Rk будет изменяться. При постоянном R на выходе ОУ2 будет равно
где: Uon - опорное напряжение ОУ1, εвозд, εводы и εкр - соответственно постоянные значения диэлектрической проницаемости сухого воздуха, воды без примесей и окиси кремния; Gводы, Gвозд- доли воды и воздуха.
При соответствующем выборе параметров схемы зависимость выходного сигнала датчика от влажности Wa6c выглядит следующим образом:
Uвых=KWa6c,
где К = (εводы Uon)/( εкр Gвозд) - крутизна статической характеристики датчика.
10.6. Датчики, использующие фотоэлектрические элементы
Датчики, использующие фотоэлектрические элементы, применяются для измерения параметров среды, счета, определения цветовых характеристик, в целях безопасности и т.д. В основе датчика лежат элементы, чувствительные к излучению. Они могут работать на поглощение и отражение излучения и использовать как видимое излучение, так и невидимое, инфракрасное.
Датчик контроля проникновения предмета в определенную зону.
Для контроля проникновения человека или предметов в определенную зону применяют разнесенные пары приемник-передатчик оптического излучения, работающие на пресечение оптического луча (рис. 10.6).
Рисунок 10.6 - Фотоэлектрический датчик проникновения предмета в зону: D1-светодиод с линзовой системой; D2- фотодиод; L- луч света; ОУ1 усилитель фототока; ОУ2- компаратор;1- предмет.
Светодиод с оптической системой D1 создает луч света L, направленный строго по оси оптической системы фотодиода D2, который включен на вход усилителя ОУ1 сигнал которого в свою очередь подается на компаратор ОУ2.
Если в зоне луча L нет посторонних предметов, то он освещает фотодиод D2, который своим током через усилитель ОУ1 поддерживает на выходе компаратора ОУ2 высокий потенциал (логическую единицу) - «предмета в зоне нет».
Если предмет 1 пересекает луч L, то последний не попадает на фотодиод D2, в результате чего его ток снижается, а компаратор ОУ2 переключается в режим низкого потенциала (логический нуль) -«предмет находится в зоне действия луча».
Подобные системы применяются для создания систем безопасности, чтобы человек не проникал в зону, очерченную лучом, охраны объектов, а также счета продукции. Каждое пересечение луча принимается за еще вновь поступивший предмет.
Датчики цветовых характеристик продукции. На, рис. 10.7. приведена схема датчика цвета поверхности продукции (томаты, перец, вишня), в которой используют осмотр поверхности, попавшей в зону его действия, например, при сортировании. Схема состоит: из генератора прямоугольных импульсов, собранного на логических элементах ИЛИ Li и L2; светодиодной сборки CD на два цвета- зеленой DG и красной DR; фотоприемника ФД; усилителя фототока на ОУь переключателя тока КЛ и двух интеграторов ОУ2 и ОУ3.
В качестве задающего элемента генератора используется кварцевая емкость Пэ. Генератор с элемента L1 питает красный светодиод DR, а с элемента L2 зеленый DG. Красный и зеленый светодиоды горят попеременно, поэтому поверхность плода О попеременно освещается то красным, то зеленым светом. Частота следования импульсов облучения должна на порядок превышать частоту подачи плодов в зону контроля.
Отраженный от всей поверхности плода поток излучения воспринимается фотоприемником ФД, на выходе которого имеется электрический сигнал U(RG), пропорциональный величине красного или зеленого отраженного от поверхности плода потока.
Импульсы на выходе фотодиода по величине соответствуют уровню красного (первый импульс) или зеленого (второй импульс) света, отраженного от поверхности плода.
Рисунок 10.7 - Схема датчика цвета продукции: CD-осветитель; DR-светодиод красного света; DG- светодиод зеленого света; ФД- фотодиод; КЛ- управляемый переключатель тока; ОУ2- интегратор красного цвета; ОУЗ- интегратор
зеленого цвета
С помощью переключателя КЛ, управляемого с элемента генератора L2, подаются: первый, «красный» импульс,- на интегратор ОУ2 красного света, второй, «зеленый» импульс - на ОУ3. На выходах этих интеграторов устанавливаются напряжения U(R) и U(G) соответственно для количества красного и зеленого цвета поверхности.
Эти сигналы могут быть поданы на индикатор или в автоматическое устройство сортирования.
Дата добавления: 2015-04-21; просмотров: 2484;