с X е ы а.

Статическая характеристика датчика

Допустимые перемещения (мм)

0,1-2

0 9

Рис. 19-10. Индуктивные датчики.

а - с изменяющимся зазором; б - с изменяющейся площадью зазора; в - с перемещаемым сердечником; г - трансформаторный датчик; д - дифференциальный трансформаторный датчик.

имеют более широкий линейный участок статической характеристики, а также меньшую погрешность.

i последнее время находят применение так называемые трансформаторные датчики, в которых используется изменение взаимной индуктивности обмоток датчика под воздействием механических перемещений. На

рис. 19-!0, г представлена схема простейшего однртактного трансформаторного датчика. Одна из обмоток датчика питается от источника переменного тока. Вторая обмотка является измерительной (сигнальной). При изменении воздушного зазора под действием измеряемого перемещения изменяется взаимоиндукция между обеими катунжа-

ми, а следовательно, и величина э.д.с. на зажимах сигнальной катушки.

Разновидностью трансформаторных датчиков являются дифференциальные трансформаторные датчики (рис. 19-10,5), предназначенные для измерения знакопеременных перемещений и имеющие больший размах линейного участка статической характеристики датчика.

Трансформаторные датчики позволяют получать более мощный выходной сигнал в сравнении с другими типами датчиков. Несколько датчиков можно питать от одного источника, при этом их выходы оказываются электрически- не связанными друг с другом, что в ряде случаев оказывается очень важным.

Достоинствами индуктивных датчиков, кроме отмеченных, являются: отсутствие скользящих контактов, прочность конструкции, большие чувствительность и разрешающая способность.

Недостатками индуктивных датчиков являются: трудность регулировки и получения нулевого значения напряжения на выходе двухтактных датчиков; возможность работы только на переменном токе.

Погрешности индуктивных датчиков вызываются в основном колебаниями напряжения и частоты питающих источников, а также изменениями температуры среды, окружающей датчик. Применение дифференциальных индуктивных датчиков значительно уменьшает внешние влияния на точность преобразования. Чем симметричнее обе половины дифференциального датчика, тем меньше погрешность от внешних воздействий.

Динамические свойства индуктивных датчиков практическ.ч зависят от инерционности подвижных частей.

19-4. ЕМКОСТНЫЕ ДАТЧИКИ

В емкостных датчиках измеряемая неэлектрическая величина преобразуется в изменение емкости электрического конденсатора. Емкость конденсатора зависит от трех его параметров: площади обкладок S, расстояния между ними d и диэлектрической постоянной среды е между обкладками. Емкость плоского конденсатора в микофарадах определяется по формуле

С = 0,88--. (19-17)

В соответствии с числом параметров, определяющих емкость конденсатора, различают три типа емкостных датчиков: 1) с изменяющейся рабочей площадью (рис. 19-11, а); 2) с изменяющимся расстоянием между обкладками (рис. 19-11,6); 3) с изменяющейся диэлектрической проницаемостью (рис. 19-11,6, г). Широкое распространение получили так называемые дифференциальные емкостные датчики (рис. 19-10, в). Емкост-

ные датчики могут иметь самую разиооб--разную конструкцию. Они используются для преобразования механических перемещений (линейных и угловых), геометрических раз-

Схема

Сгпатичесийя характеристика

Рис. 19-11. Емкостные датчики, и - с изменяющейся площадью обкладок- б - с изменяющимся расстоянием между обкладками; в, г - с изменяющейся площадью диэлектрика5

а - дифференциальный датчик.

меров деталей (емкостные микрометры, толщиномеры), расстоянии между деталями и вибраций. Датчики с изменяющейся площадью диэлектрика широко используются

.для измерения параметров и состава физических смесей, уровня жидкостей, давления и ряда других величин.

Емкостные датчики обладают высокой чувствительностью и просты по конструкции.

Погрешность емкостных датчиков определяется в основном влиянием температуры на геометрические размеры и диэлектриче-£кую проницаемость диэлектрика, а также .влажностью окружающей среды.

Для уменьшения температурных погрешностей емкостных датчиков их детали изготовляют из материалов с малым температурным коэффициентом расширения (инвар) , а также применяют термокомпенсацию в измерительных схемах. Чтобы в датчики не попадали пыль, влага, масло и прочие посторонние вещества, их герметизируют.

Основными схемами включения емкостных датчиков являются мостовые и диффе-.ренциальные, а также схемы, построенные на использовании явления резонанса и метода биений. При расчете емкостных датчиков, предназначенных для точных измерений, необходимо учитывать электростатиче- скую силу, возникающую при работе между его обкладками с разными потенциалами. Эта сила (в ньютонах) может быть определена из следующего выражения:

t/2 С

2 d

(19-18)

где d - величина зазора, см;

С - емкость конденсатора, ф; и - напряжение, приложенное к обкладкам конденсатора, е.

Выходная мощность емкостных датчиков (Р), которую они могут отдать в измерительную цепь, зависит от частоты питающего напряжения

Р = -~и(х>С,

где и - напряжение источника питания, в; со - частота питающего напряжения, гц.

Если в качестве источника питания используется промышленная сеть (50 гц), то емкостный датчик может отдать очень не-йбольшую мощность (10-4 ва). При этом нужно использовать высокочувствительные измерительные цепи. С целью увеличения мощности емкостных датчиков их используют в высокочастотных цепях.

19-5. МАГНИТОУПРУГИЕ ДАТЧИКИ

При намагничивании ферромагнитных тел их геометрические размеры изменяются. Если же ферромагнитное тело подвергнуть уп-.ругой деформации, то магнитная проницаемость этого тела также изменится. Первое свойство называется магнитострикцией, а второе - магнитоупругим эффектом.

На магнитоупругом эффекте основано действие датчиков, представляющих собой обмотку с замкнутым магнитопроводом (рис. 19-12), подвергающимся упругой деформации под действием преобразуемой величины (усилия).

Натушка.

ШгнитшроВад

Рис. 19-12. Магнитоупругие датчики.

Известно, что магнитное сопротивление (2м) сердечника без зазора выражается следующей формулой:

2 = /

а активное сопротивление = ~ .

где S-соответственно длина и сечение магнитопровода.

Если магнитопровод подвергается деформации, то активное сопротивление сердечника изменитсяв результате изменения проницаемости р, материала магнитопровода.

У магнитоупругих датчиков сердечники могут выполняться сплошными или же наборными из пластин для уменьшения потерь.

Конструктивно магнитоупругие датчики могут иметь различное выполнение в зависимости от назначения и условий применения. Применяются наклеиваемые магнитоупругие тензодатчики с сердечником из тонкого листового пермаллоя.

Питание датчиков этого типа осуществляется переменным током, обычно частотой 50 гц. Магнитоупругие тензодатчики с целью повыщения их чувствительности питают токами повышенной частоты (до 10 кгц). В случае, если измеряются параметры бы-строизменяющегося воздействия, датчик может питаться постоянным током. При этом выходное напряжение оказывается пропорциональным скорости изменения-усилия, деформирующего сердечник.

Магнитоупругие свойства материалов, используемые в датчиках, оцениваются по относительной чувствительности (Котн)

отн -

(19-19)