гулированйя температуры различных сред в пределах 200-600° С (KMT-i - до 453° С).

Полупроводниковые терморезисторы имеют значительный разброс по величине сопротивления между отдельными однотипными экземплярами (до 20%), что является их существенным недостатком.

Диодные датчики температуры

Одной из особенностей полупроводниковых диодов является то, что величина их обратного тока /обр существенно зависит от температуры. Эта зависимость представляется выражением

{7Г-7)

(19-12)

тока при

-14-

Рис. 19-7. Схемы диодного датчика температуры.

/обр = /обр1 е

где /обр1 - значение обратного температуре Гь

Наличие указанной зависимости позволяет использовать полупроводниковый диод в качестве датчика температуры, имеющего высокую чувствительность и малое потребление тока.

На рис. !9-7,а приведена простейщая схема диодного датчика температуры. Выходной величиной датчика является напряжение и вых, выделяемое на нагрузке Rb. Чувствительность такого датчика Д= Швых/t может составлять десятки вольт на градус. На рис. 19-7,6 показана схема датчика температуры с двумя диодами, включенными встречно друг другу. Питается такой датчик переменным током. Выходное напряжение датчика оказывается также переменным, поэтому его удобно усиливать.

Магнитоомические датчики

Действие датчиков этого типа основано на свойстве некоторых материалов изменять электрическое сопротивление под действием магнитного поля. Величина электрического сопротивления при этом зависит от напряженности магнитного поля.

При перемещении проводника из такого материала в неоднородном магнитном поле будет соответственно изменяться его омическое сопротивление.

Наиболее употребительным материалом для магнитоомических датчиков является висмут. Кроме того, применяются полупроводниковые материалы - сурьмянистый индий и селенистая ртуть.

Чувствительность висмутовых датчиков составляет:

; 0,5.!0- Иге,

где ДД/Д-относительное изменение сопротивления; Д-напряженность магнитного поля, ас.

Датчики из полупроводниковых материалов имеют больщую чувствительность.

Основная погрещиость датчиков этого типа вызывается влиянием температуры на величину сопротивления датчика и иа чувствительность его материала к изменению напряженности магнитного поля. Для уменьщения этой погрещности применяются термокомпенсирующие схемы.

Магнитоомические датчики могут применяться для измерения напряженности магнитных полей, линейных и угловых перемещений (при постоянном градиенте магнитного поля) и других целей.

Электролитические датчики

Водные растворы солей, кислот и оснований (электролитов) изменяют свою проводимость с изменением концентрации раствора.

Если в электролит постоянной концентрации внести электроды и изменять расстоя-

Рис. 19-8. Электролитические датчики.

а - для измерения концентрации растворов; б - с переменной площадью зазора; в -с переменной глубиной погружения; г - с переменной длиной; / - резиновая трубка; 2 - проводящая жидкость.

ние между ними, то проводимость (сопро-т.чвление) между электродами также будет изменяться. Указанные особенности электролитов используются при построении электролитических датчиков.

проводимость g электролита между двумя цилиндрическими электродами одинакового радиуса г с параллельными осями (рис. 19-8, а) может быть найдена из выражения

==сК, (19-13)

Y - удельная электропроводность электролита, зависящая от концентрации раствора;

JR - сопротивление электролита;

с= --- - коэффициент, характеризую-

jjj z щий конструкцию и геомет-г рические размеры датчика.

Электролитические датчики используются для определения концентрации растворов электролитов. При этом применяются датчики жесткой конструкции с определенным коэффициентом с. Величина этого коэффициента для готового датчика может быть определена опытным путем с помощью образцового раствора известной концентрации. Величина удельной проводимости раствора берется из таблицы.

Электролитические датчики щироко применяются также для измерения линейных и угловых перемещений, давлений и других неэлектрических величин. Концентрация раствора или другой проводящей жидкости в таких датчиках берется постоянной. Конструкции же датчиков при этом определяются условиями измерений и могут быть самыми разнообразными.

Датчик с переменной площадью зазора между подвижным и неподвижными электродами (рис. 19-8,6) используется для измерения углов поворота а оси О, с которой связан подвижный электрод. При перемещении подвижного электрода изменяется электрическое сопротивление датчика (между выходными зажимами). Датчик с переменной глубиной погружения (рис. 19-8, в) применяется для измерения малых углов поворота оси О.

Датчик на рис. 19-8, г представляет собой тонкую эластичную (резиновую) трубку, заполненную электролитом или ртутью. При растяжении трубки сопротивление датчика вследствие изменения длины и сечения трубки изменяется

R 41 1

- .-л сопротивление дат-

3id Y чика;

b.RIR - относительное изменение электрического сопротивления датчика;

tdll - относительное удлинение трубки (Mll=Q~ 1,5).

Подобный датчик используется при измерении линейных перемещений.

Во избежание разложения электролита и поляризации электродов в электролитических датчиках используется только переменный ток. При пропускании через электролитический датчик переменного тока наблюдаются явления, характерные для цепей, содержащих электрические емкости, т. е. электролитический датчик, работающий на переменном токе, представляет собой не чисто активное сопротивление, а цепь, содержащую активное и емкостное сопротивление. Наличие емкостной составляющей сопротивления датчика вызывает фазовый сдвиг между током через датчик и напряжением на его электродах, что может привести к значительным ошибкам при измерениях.

Ошибки при измерениях электролитическими датчиками появляются также в случае изменения температуры электролита. Для уменьшения влияния изменений температуры на точность преобразования электролитического датчика в измерительную схему включаются компенсирующие терморезисторы.

Контроль параметров растворов по измерению их электропроводности называется кондуктометрическим методом. Этот метод щироко используется при контроле качества воды, питающей парокотельные установки (солемеры), в химической и пищевой промышленности.

Контактные датчики

Контактным датчиком называется устройство, служащее для замыкания электрических цепей.

Рис. 19-9. Контактные датчики. а =й двухпредельные; б - многопредельные.

Контактные датчики относятся к омическим датчикам условно. Они используются для фиксации (регистрации) определенных

положений объектов, при их механических перемещениях. По своей конструкции контактные датчики весьма разнообразны. Однако их можно разделить на две большие группы: двухпредельные с одной парой контактов (рис 19-9, а) и многопредельные с несколькими парами контактов (рис. 19-9, б). Для увеличения чувствительности - контактных датчиков в них используется рычажная передача. Порог чувствительности этих датчиков определяется минимальной величиной зазора б между контактами и зависит от величины приложенного к контактам напряжения. Величина этого напряжения не должна превышать значения, при котором Начинается произвольный разряд через межконтактный зазор.

19-3. ИНДУКТИВНЫЕ ДАТЧИКИ

Большое распространение имеют индуктивные датчики, действие которых основано на изменении индуктивности электромагнитной системы под воздействием входной преобразуемой величины. Индуктивные датчики, так же как и датчики электрического сопротивления, относятся к датчикам параметрического типа.

Индуктивность электромагнитной системы L, содержащей катушку и ферромагнитный сердечник, при условии, что потоком рассеяния можно пренебречь, определяется соотношением

где Дж=/15 - активное магнитное сопротивление сердечника (/ и S - длина и сечение сердечника, II ~~ магнитная проницаемость материала сердечника); W - число витков; До=1/(оО-магнитное сопротивление воздушного зазора (G - проводимость воздушного зазора, (Хо-магнитная проницаемость в зазоре); ы=Рж<вФ - реактивная составляющая магнитного сопротивления, вызываемая потерями на - токи Фуко и гистерезис (Рж - потери в железе, со - угловая частота измерительного тока, Ф - эффективное значение магнитного потока).

Индуктивность электромагнитной системы, как это следует из приведенного выражения, можно менять путем воздействия на активное магнитное сопротивление сердечника, величину воздушного зазора магнитопровода, реактивное магнитное сопротивление магнитной цепи или путем изменения числа витков катушки. Все эти методы мо-

гут быть использованы при построении индуктивных датчиков.

Схема простейшего индуктивного датчика с изменяющимся зазором представлена на рис. !9-!0,бг. Так как магнитное сопротивление сердечника и перемещаемого якоря мало, индуктивность обмотки резко изменяется при изменении величины зазора б.

При небольшом воздушном зазоре, когда можно пренебречь потоком рассеяния, индуктивность обмотки датчика определяется из выражения

0,W.10-e (19-14)

/?ж + - .

При большом зазоре б, когда его магнитное сопротивление значительно больше магнитного сопротивления сердечника, т. а 2й>/?ж ж/15, или б > /ж/211, выражение для определения индуктивности принимает следующий вид:

. (19-15)

Приведенные выражения для индуктивных датчиков с большим и малым зазором справедливы и в том случае, если изменяется не величина зазора, а его площадь (рис. 19-10,6).

Индуктивные датчики с изменяющимся зазором применяются для измерения сравнительно малых перемещений (не более 5-8 М1Л). Применение их ограничивается тем, что они не позволяют фиксировать направление перемещения (однотактные датчики). Кроме того, при значительном измерительном токе через катушку на якорь датчика действует значительная сила притяжения. Величина этой электромеханической силы определяется выражением

(19-16)

где / - измерительный ток через катушку датчика.

Для устойчивости работы датчика и уменьшения его- обратного влияния на измеряемое воздействие стремятся, чтобы электромеханическая сила была хотя бы на порядок меньще усилия, вызывающего измеряемое перемещение.

Применяются индуктивные датчики с разомкнутой магнитной цепью (рис. 19-10, б). В этом случае индуктивность датчика изменяется при введении в катушку ферромагнитного сердечника. Перемещение сердечника происходит под действием измеряемого усилия. Подобные датчики применяются для измерения значительных перемещений (до 50 мм).

В отличие от однотактных датчиков применяются более совершенные двухтактные индуктивные датчики, которые регистрируют изменения знакопеременных перемещений,