9. Индуктивный датчик. Назначение, схема, принцип работы.
Принцип действия индуктивных датчиков основан на изменении индуктивности L или взаимоиндуктивности обмотки с сердечником вследствие изменения магнитного сопротивления Rm магнитной цепи датчика, в которую входит сердечник.
Индуктивные датчики относятся к классу параметрических. Измеряемое перемещение на входе датчика вызывает изменение параметров магнитной и электрической цепей, что, в свою очередь, вызывает изменение выходной величины - электрического тока I или напряжения U.С помощью индуктивных датчиков можно контролировать механические перемещения, силы, температуру, свойства магнитных материалов, определять наличие дефектов, контролировать диаметр стальной проволоки, толщину немагнитных покрытий на стали и др.
Схема конструкции индуктивного датчика: 1 — катушка индуктивности; 2 — сердечник; 3 — якорь.
10. Пьезоэлектрический датчик. Назначение, схема, принцип работы.
Принцип действия пьезоэлектрических преобразователей основан на использовании прямого или обратного пьезоэлектрических эффектов. Прямой пьезоэффект заключается в способности некоторых материалов образовывать электрические заряды на поверхности при приложении механической нагрузки, обратный - в изменении механического напряжения или геометрических размеров образца материала под воздействием электрического поля.
В качестве пьезоэлектрических используют обычно естественные материалы - кварц и турмалин, а также искусственно поляризованную керамику. Наиболее распространен кварц, что объясняется его удовлетворительными пьезоэлектрическими свойствами, очень высоким сопротивлением, стойкостью к воздействиям температуры и влажности, высокой механической прочностью. Все природные пьезоматериалы имеют кристаллическую структуру, которая определяет свойства пьезопреобразователей. Так, кварц имеет кристаллическую структуру, в которой можно выделить шестигранную призму. По отношению к ней в кристалле выделяют три типа осей: продольную, или оптическую ось Z, электрические оси X, проходящие через ребра призмы кристалла нормально к оптической оси (три) и механические, или нейтральные, оси Y, нормальные к граням кристалла (их также три). Пьезочувствительный элемент обычно вырезают из кристалла кварца в виде пластины (параллелепипеда), стороны которой параллельны осям кристалла. В ненапряженном состоянии в пластине все заряды скомпенсированы, и она является электрически нейтральной. Если к пластине кварца вдоль оси X приложена сила F, то на ее гранях, перпендикулярных к оси X, возникают разнополярные электрические заряды Q. Значения этих зарядов в пределах упругих деформаций находятся в линейной зависимости от приложенной силы. Такой пьезоэффект называется продольным. Значения зарядов не зависят от геометрических размеров пластины, а определяются лишь силой F.
Пьезочувствительный элемент (а) и пьезопреобразователь (б)
11. Фотоэлектрический датчик. Назначение, виды, схема, принцип работы.
К фотоэлектрическим датчикам генераторного типа относятся фотоэлементы с внешним фотоэффектом, которые в отличие от фотоэлементов с внутренним фотоэффектом (фотосопротивлений) под действием света выделяют свободные электроны. Этим создается разность потенциалов, возникает электрический ток, т.е. происходит непосредственное преобразование света в электрическую величину без модуляции энергии от постороннего источника. Конструктивно фотоэлементы генераторного типа бывают двух исполнений – вакуумные и полупроводниковые. Вакуумные фотоэлементы вырабатывают сигнал (электрический ток) небольшой величины, и он не может непосредственно воздействовать на исполнительный механизм. В этом случае совместно с вакуумным фотоэлементом применяют электронный усилитель. Полупроводниковые фотоэлементы (фотодиод, фототранзистор) вырабатывают сигнал, величина которого в ряде случаев достаточна для непосредственного воздействия на измерительный прибор. В настоящее время более широкое применение получили полупроводниковые фотоэлементы.
12. Термоэлектрический датчик. Назначение, схема, принцип работы.
Термоэлектрический преобразователь (термопара) представляет собой чувствительный элемент, состоящий из двух разных проводников или полупроводников, соединенных электрически, и преобразующий контролируемую температуру в ЭДС. Принцип действия термоэлектрического преобразователя основан на использовании термоэлектродвижущей силы, возникающей в контуре из двух разнородных проводниковA и В, места соединения (спаи) которых нагреты до различных температур. Знак и значение термоЭДС в цепи зависят от типа материалов и разности температур в местах спаев. Если к термопаре подключить милливольтметр с сопротивлением RH, то по значению термоЭДС можно определить температуру. Чтобы получить достоверные результаты, необходимо один спай термопары, называемый рабочим, поместить в среду с температурой θ1 подлежащей измерению, а температуру θ0 других - нерабочих (холодных; свободных) спаев поддерживать постоянной. Обычно термоЭДС не рассчитывают аналитически, а определяют по градуировочным таблицам или графикам, получаемым экспериментально, для различных материалов при температуре холодных спаев θ0 = 0. В зависимости от назначения термопары делятся на погружаемые, предназначенные для измерения температуры жидких и газообразных сред, и поверхностные, предназначенные для измерения температуры поверхности твердого тела. Термопары помещают в защитный чехол из металла или керамики. Для изоляции используют стекло, асбест, фарфор, шамот. При низких температурах можно использовать шелковую и эмалевую изоляцию.
Схемы включения термопары в измерительную цепь.