Генераторные датчики

1.3.1.Тахогенераторные датчики

Тахогенераторные датчики (тахогенераторы) представляют собой электрические машины малой мощности, работающие в режиме генератора. Выходной величиной тахогененраторов является электрическое напряжение, являющееся функцией угловой скорости вращения его вала. В зависимости от конструкции различают тахогенераторы постоянного и переменного тока. В автоматических метеорологических станциях чаще используются тахогенераторы переменного тока как более надежные в работе. На рис 1.9 показано устройство синхронного тахогенератора переменного тока.

Рис 1.9

Синхронный тахогенератор имеет ротор 1, представляющий собой постоянный магнит с несколькими полюсами, который может вращаться относительно неподвижной обмотки возбуждения 2, закрепленной на статоре.

При вращении ротора в обмотке статора возбуждается синусоидальная ЭДС. Амплитуда и частота этой ЭДС пропорциональны частоте вращения ротора.

На рис. 1.10 представлена схема измерения скорости ветра в станции М-49. В этой схеме используется синхронный тахогенератор с кольцевым шестиполюсным постоянным магнитом на роторе. Ротор тахогенератора 1 через коническую пару зубчатых колес связан с вертушкой 3 в виде пропеллера. Под действием воздушного потока ротор тахогенератора вращается и в его обмотке возбуждения 2 наводится переменное напряжение, пропорциональное скорости воздушного потока. Напряжение с обмотки подается на мостиковую выпрямительную схему 4, откуда через RC-фильтр поступает на индикатор (магнитоэлектрический микроамперметр) 5. Шкала прибора проградуирована в м/с. Диапазон измерения скорости ветра в этой схеме – 1,5 – 60 м/с.

Рис. 1.10

1.4.2. Термоэлектрические датчики: устройство, принцип действия, примеры применения в метеорологических приборах

Принцип действия термоэлектрических датчиков (термопар) основан на, возникновении электродвижущей силы в цепи, со­ставленной из спаянных между собой разнородных металлов (рис.1.11), и помещенной в такие условия, что температуры спаев неодинаковы.

Рис.1.11

Один из спаев обычно называется рабочим концом термопары так как он подвергается воздействию измеряемой температуры. Второй спай называется сво­бодным концом. Если температуру второго спая термопары поддерживать постоянной, то ток, проходящий через гальванометр, включенный в цепь термопары, будет зависеть только от температуры ее рабочего конца.

Развиваемая термопарой э. д. с. даже при большом раз­личии в температурах на ее концах невелика (единицы или де­сятки милливольт), поэтому для повышения чувствительности датчиков термопары соединяют последовательно, образуя так называемую термобатарею.

Наиболее широко распространены термопары, составленные из следующих пар металлов: платинородий — платина (эталон­ная термопара), медь—копель, железо—копель, хромель—ко-пель и др.1

— Графическое обозначение термопары.

Так, например, термобатарея пиранометра состоит из 87 термопар. Каждая термопара состоит из манганиновых и константановых ленточек сечением 0.65Х X0,025 мм. Ленточки расположены в одной плоскости и спаяны последовательно. Поверхность батарей для получения большей разности температур (а, следовательно, для повышения чувстви­тельности прибора) окрашивается последовательно в черный и белый цвета, так, чтобы все нечетные спаи находились на черных участках, а все четные спаи – на белых. Ленточки уложены зигзагообразно на прямоугольных рамках распола­гаются в шахматном порядке. К выводам термобатареи подключают гальванометр. Шкала гальванометра проградуирована в единицах измерения радиации (Вт/м²с).

На рис. 1.12,а показан внешний ид пиранометра, на рис. 1.12,б – вид фотоприемника пиранометра сверху.

1,2 нечетный и четные спаи,

3 - константан, 4 – манганин.

Рис.1.12

Задача. Определить чувствительность термобатареи, состоящей из 87 последовательно соединенных термопар. Чувствительность одной термопары равна 42 мкВ/град.

Решение.

Так как термопары соединены в батарее последовательно, то суммарная э.д.с. в ее цепи будет равна

Е_б = nЕ= n at, (1)

где Е - э.д.с. одной темопары,

n – число термопар в батарее,

a - чувствительность одной термопары,

t – разность температур «горячих» и «холодных» спаев термопары.

По определению чувствительность термобатареи равна a_б=

Учитывая (1), получим a_б=na

Вычислим: a_б

a_б= 87*42 мкВград=3444 мкВ/град=3,4 мВ/град.

Ответ: Чувствительность термобатареи равна 3,4 мВ/град.