Общие сведения. Датчики - преобразователи одной физической величины в другую, удобную для использования в последующих элементах автоматической системы.

Датчики - преобразователи одной физической величины в другую, удобную для использования в последующих элементах автоматической системы.

Статическая характеристика - зависимость y=f(x) выходной величины у

от входной величины х.

Чувствительность или коэффициент преобразования - отношение

выходной величины у к входной величине х:

к=у/х.

Порог чувствительности - минимальная величина на входе датчика, которая вызывает изменение выходной величины.

Абсолютной погрешностью датчика (ошибкой) называют разность между действительным значением выходной величины и ее расчетным значением dy=y_l-y, где у₁-действительное значение выходной величины, у- расчетное значение.

Омические датчики. По принципу действия первичного преобразователя омические датчики относятся к параметрическим - изменение входной величины X приводит к пропорциональному изменению активного сопротивления электрической цепи R, рисунке 2.1-а. По функциональному назначению омические датчики наиболее часто используют для измерения перемещений, вибраций, размеров и т.п. Общим их достоинством является простота конструкции, безинерционность, стабильность характеристик, большой коэффициент чувствительности и значительная мощность сигнала.

Потенциометрические датчики. Основаны на изменении сопротивления переменного резистора при перемещении его движка под действием внешней силы - объекта управления. Конструктивно состоят из каркаса и нанесенного на него регистра или проволоки. Схема включения приведена на рисунке 2.1-б.

Выходной сигнал U пропорционален длине или углу перемещения движка:

U=kx

где к- коэффициент чувствительности, В/м; х- длина перемещения движка, м.

Недостатком потенциометрического датчика является наличие подвижного контакта, снижающего надежность, большое потребное усилие на перемещение движка.

Тензометрические датчики. Основаны на явлении тензоэффекта изменении величины активного сопротивления материалов под воздейс­твием приложенных к ним механических напряжений. Применяются для измерения малых перемещений, усилий и давлений. Конструктивно вы­полняются из проволоки в виде спирали, наклеенной на бумажную подложку; фольги; полупроводниковых кристаллов. Чувствительность проволочных - константановых равна 2, полупроводниковых тензодатчиков-100.

Электромагнитные датчики. Принцип действия основан на изменении индуктивности L магнитной системы под воздействием входной величины. По виду преобразования электромагнитные датчики делятся на индуктивные, трансформаторные, магнитоупругие и индукционные.

Индуктивные преобразуют изменения регулируемой величины в изменения индуктивного сопротивления обмотки. Они работают на переменном токе и состоят из сердечника, катушки индуктивности и якоря. При перемещении якоря меняется воздушный зазор 1, индуктивность L и ее полное сопротивление переменному току Z

Z² = (R²_a + Х²_L)

где - R_a, X_L- активное и индуктивное сопротивление катушки.

Трансформаторные датчики - разновидность индуктивных. Принцип их действия основан на изменении взаимной индуктивности обмоток W1 и W2 при перемещении одной относительно другой или при перемещении якоря датчика.

Плунжерные трансформаторные дифференциальные датчики (ДТД) предназначены для измерения перемещений до десятков мм - ДТД имеет первичную обмотку L1 рисунке 2.1-в, а также две вторичные обмотки L2 и L3, включенные последовательно и встречно и плунжер Пл, входящий в указанные катушки. Поэтому напряжение входного сигнала на вторичных обмотках равно

U = U₂₁ - U₂₂,

где U- напряжение на выходе датчика, U₂₁ напряжение на первой вторичной обмотке, U₂₂- напряжение на второй вторичной обмотке.

Если плунжер Пл не введен в датчик, то есть Х=0, то напряжение на обоих вторичных обмотках равны между собой. При введении плунжера сверху вниз на интервале 0<х<l/2, где l - длина датчика, индуктивное сопротивление X_L1 обмотки L1 уменьшается, а индуктивное сопротивление X_L2 обмотки L2 не изменяется. Если плунжер переместится на всю длину, х=l, то напряжения U₂₁ и U₂₂ будут равны между собой. Следовательно, можно записать:

X=0,U₂₁=U₂₂,U=0;

0<Х<l/2; U₂₁>U₂₂; U>0; X=l/2 -> U_max;

l/2<х<l; U₂₂-> U₂₁; U-> 0, при х=l, U=0.

Чувствительность плунжерного дифференциально-трансформаторного датчика равна

K=dl/dU.

а) – схема включения омического датчика перемещения;

б) – схема включения потенциометрического датчика перемещения;

в) – схема включения плунжерного дифферинциально-трансформаторного датчика перемещения

Рисунок 2.1. Схемы включения датчиков