где 0 - напряжение в сердечнике, вызванное измеряемым усилием.

Погрешности магнитоупругих датчиков определяются гистерезисом {0,5-1,5%) и нестабильностью температуры окружающей среды (1-1,5% на 10° С изменения температуры). Кроме того, погрешности в измерении могут появляться из-за колебаний намагничивающего тока, вызываемых нестабильностью источника питания.

Магнитоупругие датчики применяются при измерении больших усилий (веса вагонов, усилий между прокатными валами и т. II.) и деформаций в различных деталях.

19-6. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Между величиной заряда конденсатора q, его емкостью и прилагаемым к обкладкам напряжением U существует известная зависимость

q = CU.

Если изменять с течением времени емкость С, то для сохранения равенства в приведенном соотношении должен изменяться и заряд q. Величина зарядного (разрядного) тока при этом может быть определена из следующего выражения:

dC dt

Величина отношения dC/dt характеризует собой скорость изменения емкости конденсатора. Таким образом, зарядный ток оказывается пропорциональным скорости изменения емкости конденсатора. На этой особенности основано действие электрических датчиков. Схема такого датчика представлена на рис. 19-13, а.

-0

иеых

Рис. 19-13. Электростатические датчики.

а -- схема обычного датчика; б - схема датчика с электретом.

В электростатических датчиках могут применяться особые виды диэлектриков - электреты, имеющие постоянную поляризацию. В качестве материалов для электретов используются: плексиглас, нейлон, люсиг и др. После специальной обработки эти материалы способны сохранять на своих поверхностях электрические заряды в течение.

многих лет, так же как постоянные магниты сохраняют намагниченность.

На рис. 19-13,6 приведена схема электростатического датчика с электретом. Такой датчик не требует источников питания, и его можно поэтому отнести к группе ге нераторных датчиков.

Электростатические датчики могут применяться для измерения скорости вращения и параметров вибраций.

Погрешности этого вида датчиков зависят от стабильности питающих напряжений и температуры окружающей среды, которая будет влияпз на емкость конденсатора и заряд электрета.

19-7. ГЕНЕРАТОРНЫЕ ДАТЧИКИ Индукционные датчики

В индукционных датчиках используется явление электромагнитной индукции, заключающееся в том, что во всяком контуре, в котором с течением времени меняется величина магнитного потока, наводится (индуктируется) электродвижущая сила.

Наведение э. д. с. происходит независимо от причины изменения интенсивности магнитного потока внутри контура. Так, например, может двигаться коитур (виток или катушка из провода) в магнитном поле или же контур остается неподвижным, а вращается магнитное поле и, наконец, направление поля по отношению к контуру остается постоянным, а изменяется интенсивность магнитного потока.

Величина наводимой э. д. с. определяется известным соотношениегл

е = -W

d0 dt

где е-мгновенное значение э.д.с;

to - число витков контура (катушки);

Ф - величина магнитного потока. Приведенное соотношение указывает, что наводимая э. д. с. зависит не от абсолютного значения величины магнитного потока, а лишь от скорости его изменения (d0/df) внутри контура.

Индукционные датчики в связи с этим непосредственно применяются только для измерения скорости линейных и угловых перемещений (тахогенераторы). Особые конструкции тахогенераторов используются для измерения ускорений вращающихся валов.

По своей конструкции индукционные датчики могут быть самыми разнообразными. Однако все они могут быть разделены на три группы: датчики с катушкой, перемещаемой в постоянном по интенсивности магнитном поле, датчики с неподвижной катушкой и перемещаемым магнитным полем и, наконец, датчики с перемещаемым прерывателем потока (катушка и магнитное поле неподвижны), изменяющим интенсивность магнитного потока.

Для наиболее распространенных индукционных -датчиков - тахогенераторов величина мгновенного значения э. д. с. на выходе датчика может быть определена из выражения

е = BlwV- 10~s sin 2npnt, (19-20)

где Д -магнитная индукция в воздушном зазоре магнитопровода, где перемешается проводник; I - длина витков; W - число витков;

V - линейная скорость врашения проводника в магнитном поле; р - число пар полюсов; п - число оборотов ротора датчика.

Правую часть выражения (19-20) можно представить в виде двух сомножителей.

Первый из них E=BlwV IQ- определяет амплитуду выходного напряжения как функцию скорости вращения V проводника. Второй сомножитель sin 2npnt свидетельствует о том, что выходное напряжение датчика меняется по синусоидальному закону с частотой f=pn.

В соответствии с приведенным выражением выходной величиной индукционных датчиков может быть амплитуда или частота выходного напряжения.

Чувствительность индукционных датчиков по амплитуде выходного напряжения определяется выражением .

= - = Blw 10-8. (19-2!)

Она может быть повышена путем увеличения магнитной индукции в зазоре магнитопровода и числа витков катушки. Подгонка чувствительности подобных датчиков производится с помощью магнитных шунтов, регулирующих величину магнитной индукции в зазоре магнитопровода.

Чувствительность индукционных датчиков по частоте выходного напряжения составляет:

(19-22)

Повышение чувствительности датчиков, выходной величиной которых является частота сигнала, достигается увеличением числа пар магнитных полюсов.

Для измерения скорости вращения или возвратно-поступательного движения применяются импульсные датчики, основанные на явлении электромагнитной индукции. Выходной величиной этого типа датчиков является частота следования импульсов. Такие датчики представляют собой постоянный магнит и сигнальную катушку, перемещаемые друг относительно друга (рис 19-14, а). Смещаться может магнит относительно неподвижной катушки или .же, наоборот, катушка относительно неподвижного магнита. В импульсном индукционном датчике катушка и постоянный магнит могут быть неподвижными, но тогда приме-

41 1ЧП7

няются подвижные прерыватели магнитного потока из ферромагнитных материалов (диск с отверстием, крыльчатка и пр.).

Для исследования вибраций различных видов применяются индукционные датчики с возбуждением и вибрационные датчики (рис, 19-14. б, б). Амплитуда выходных

Рис. 19-14. Индукционные датчики.

а - импульсный датчик; б - датчик с возбуждением; е - вибрационный датчик.

сигналов таких датчиков пропорциональна скорости перемещения подвижных частей датчиков, а частота изменения сигнала равна частоте исследуемой вибрации.

Погрешности индукционных датчиков определяются: изменением интенсивности магнитного поля с течением времени (эта погрешность устраняется периодической регулировкой магнитных шунтов) и изменением сопротивления обмотки.

Термоэлектрические датчики (термопары)

Принцип действии датчиков этого типа основан на явлении термоэлектрического эффекта. Сущность этого эффекта состоит в том, что если два разнородных проводника соединить и место соединения нагреть, то на свободных холодных концах этих проводников (рис. 19-15, а) появится э. д. с.

Рис.

19-15. Схемы включения термопар.

Величина этой э.д.с. зависит от материалов проводников и от разности температур соединенных (i) и свободных (о) концов. Два таких спаянных одними концами разнородных проводника называют термопарой.

Зависимость э.д.с. термопары от степени нагретости (температуры) соединенных ее концов при строго постоянной температуре свободных концов определяется путем градуировки. Если такая зависимость известна, то по измеренному значению э. д. с. термопары можно определить температуру ее соединенных концов, которые помещаются в исследуемую среду.

Для изготовления термопар могут применяться разнообразные материалы. Выбор их определяется в каждом конкретном случае следующими показателями: механической и химической устойчивостью при высоких температурах; хорощей электропроводностью; постоянством термоэлектрических свойств; однозначной зависимостью термо-э. д. с. от температуры; достаточной чувствительностью термопары.

Сравнение термочувствительности материалов производят по образующейся тер-мо-э. д. с. в паре с платиной (принятой за эталон) при температуре свободных концов tB=0° С и соединенных концов при t,= = 100° С. Эти данные для некоторых материалов приведены в табл. 19-2.

Таблица 19-2

Термо-э. д. с. некоторых материалов в паре с платиной при [ = 100° С и <с -0° С

Медь.....

Цинк.....

Иридий . . . . Родий . . . . Платикородий Олово . . . . Алюмель . . . Константан . Копель . . . .

+0,75

--0,7

--0,65

--0,64

--0,64

--0,42

-1,15

-3,5

При конструировании термопар выбирают такие сочетания электродов, которые обеспечивают наибольшее значение термо-э. д. с. и лучше удовлетворяют требованиям, определяемым условиями работы. Некоторые из перечисленных в таблице материалов (иридий, родий к др.) при изготовлении термопар применяются в виде сплавов с платиной, что улучшает их механические и термоэлектрические свойства.

Для измерения высоких температур (темпеоатур расплавленных металлов) применяются термопары из жароупорных материалов: уголь - карбид кремния (до

1 800° С) или же вольфрам-молибден (до

2 100°С). Вольфрам-молибденовые термопары обладают чувствительностью 8 жке/1° С. Высокие температуры измеряются также с помощью вольфрамо-иридиевых сплавов (до 2 100° С), имеющих высокую чувствительность 25 лгкб/1° С.

Температуры до 1 800° С измеряются с помощью термопар из благородных металлов. Наибольшее применение среди них на-

ходят платино-платинородиевые термопары (до 1 600° С) с чувствительностью 9 жкб/1° С. Для измерения сравнительно низких температур - до 1 000° С используются термопары из неблагородных металлов.

Предельные температуры применения термопар зависят не только от свойств ее электродов, но и от конструкции приемной части датчика (армировки), длительности применения и свойств среды, в которой она работает.

Погрешность измерения температур с помощью термопар обусловливается в основном изменением температуры свободных концов термопары. От свободных концов термопары термо-э. д. с. подводится к электрическому измерительному прибору посредством соединительных проводов. Если материалы проводов и соединяемые с ними материалы элехтродов термопары разнородны, то в местах соединения также будет возникать термо-э. д. с, величина которой зависит от температуры среды, окружающей выводы. Термо-э.д.с, наведенная на свободных (холодных) концах термопары, будет алгебраически складываться с основной э. д. с, характеризующей измеряемую температуру, и тем самым вносить искажения в измерения.

Обычно термопары градуируются при температуре свободных концов, равной нулю. Если же термопара работает в условиях, когда температура свободных концов отлична от нуля, но остается все время постоянной, то появляющаяся постоянная погрешность может быть учтена дополнительной калибровкой,

В процессе работы температура головки термопары может изменяться. Возникающие при этом погрешности измерения не могут быть учтены при градуировке. В таких случаях к измерителю термопары придается график (таблица) поправок на измерение в зависимости от температуры головки (зажимов измерителя) или же применяются специальные схемы компенсации. Одна из таких схем приведена на рис. 19-15,6. Соединительные провода здесь из такого же материала, что и электроды термопары (второй электрод термопары). Спай х является холодным . Этот спай можно заключить в термостат или же погрузить на достаточную глубину в землю и тем самым обеспечить постоянство его температуры, устраняющее погрешность измерения. Уменьшение погрешности термопары за счет изменения температуры свободных концов можно получить, используя специальные термокомпенсирующие мостовые схемы или же применяя устройства, автоматически поддерживающие постоянство температуры спая X.

Инерционность термопар определяется их конструкцией, условиями теплообмена с окружающей средой и свойствами этой среды. Постоянные времени промышленных термопар в зависимости от конструкции могут быть от единиц до нескольких сотен секунд. Большая инерционность термопар