Трансформаторные измерительные преобразователи.

Является разновидностью индуктивных преобразователей; принцип действия основан на изменении взаимоиндуктивности при перемещении подвижного магнитного провода якоря.

Т рансформаторные преобразователи.

Недостатком одинарных трансформаторных преобразователей также как и для индуктивных является колебания частоты питания напряжения, температура окружающей среды, что вызывает дополнительные погрешности при измерении. Все эти недостатки могут быть устранены с помощью специального дифференциального трансформирующего преобразователя , который широко применяется в системе автоматического управления при измерении малых перемещений .

Например. Дифференциальный трансформирующий преобразователь применяется при измерении эксцентриситета в гидравлическом механизме перемещения комбайна для измерении скорости подачи а также при измерении давления по схеме дыр…. манометра с электрическим выходным сигналом.

Дифференциальный трансформатор – представляет собой два трансформатора имеющих один входной якорь. При перемещении якоря происходит изменение между …………..

Одна из систем обмоток запитана переменным напряжением а две другие включены встречно и являются выходными в зависимости от форм магнитопровода дифференциальные трансформаторы бывают плоские и цилиндрические .

Все эти типы преобразователей широко используются в расходомерах, уровнемерах, электродинамометрах и в тех случаях когда требуются сверх точные измерение малых угловых перемещений.

Преимущества:

1. высокая чувствительность за счёт большого числа витков во вторичной обмотке.

2. Возможность определения направления перемещения по фазовому углу.

3. Высокое выходное сопротивление вторичной обмотке, что позволяет согласовывать его с входными цепями усилителя.

4. Включение дифференциального трансформатора по мостовой измерительной схеме позволит скомпенсировать составляющие погрешности и уменьшить основные погрешности до 1%.

П лоский преобразователь.

- смещение якоря относительно нулевого положения.

- зазор между якорем и магнитопроводом при нулевом перемещении.

Ц илиндрические дифференциальные преобразователи.

E2= 2k_Tlx

где k_T – коэффициент трансформации W1/W2 коэффициент передачи;

l_X – осевое перемещение якоря.

Величина основной погрешности дифференциального трансформирующего преобразователя составляет

сильно зависит от зазора но при этом .

Вывод: необходимо питающее напряжение стабилизировать.

Фотоэлектрические измерительные преобразователи.

Этот тип преобразователей имеет чувствительный элемент работающий на фотоэффекте. Фотоэлектрические преобразователи бывают:

1. с внешним фотоэффектам;

2. с внутренним фотоэффектом;

3. ф отографические преобразователи.

Величина фототока

где h – постоянная Аланна;

υ – частота света.

где Ф – работа выхода электродов с поверхности катода.

С – скорость света.

Если то фото эффект отсутствует

- длинноволновой пороговый фотоэффект

Внутренний фотоэффект образуется с помощью пластины с нанесённым на неё покрытием сернистого радия, сернистого свинца и др. преобразователи которые используются внутри фотоэффект называется фоторезисторами. Фоторезистор обусловливается в валентной зоной и приместных уровнях.

Электропроводность определяется из выражения

где I_Ф – величина фототока,

U - приложение напряжения,

G – интенсивность (электропровода) фоторезистора,

U – пропорциональность величине тока.

Электропроводность полупроводниковых материалов обусловлена возбуждением электронов в валентной зоне и в приметном уровне при возбуждении электроны переходят в зону проводимости а в валентной зоне появляются дыры при освещении возбуждение увеличивается, что увеличивает электропроводность.

При больших освещённостях пропорциональность нарушается

E

Чувствительность фоторезисторов измеряет кратность изменения их сопротивления

R_T – неосвещённый преобразователь,

R₂₀₀ – при освещённости 200 Люкс.

У фоторезисторов сопротивление не зависит от приложенного напряжения. Инерционность фоторезисторов определяется постоянной времени τ.

Недостатки:

1. Сопротивление зависит от температуры окружающей среды для её уменьшения необходимо фоторезистор включить в мостовую измерительную схему.

Фото – гальванические преобразователи представляют собой фото – электрический прибор с n – p перехода фотодиоды и фототранзисторы. При освещении перехода создаётся дополнительная концентрация носителей заряда в

n – слое, что усиливает их диффузию к n – p – n переходу и в самом переходе. У диода подключенного к запирающему напряжение на воздействие света увеличивается обратный ток.

I_T – темневой фототок;

ΔΙср – изменение тока по мере изменения освещённости.

S – чувствительность,

Ф – световой поток.

I_ср U_H и чувствительность S можно определить используя ВАХ и линию нагрузки .

У фотодиода R_внутр → ∞ а режим работы близкий к короткому замыканию.

Преимущества фототранзисторов:

1. Высокая чувствительность;

2. Малая инерционность 10^-2-10^-8С.

Недостатки:

1. Фототок тёмного преобразователя значительно зависит от σ;

2. Старение материала и эффект его усталости.

Преимущества фото – электрического преобразователя:

1. Могут использоваться для измерения перемещений и скоростей;

2. Бесконтактное измерение;

3. Отсутствует механическое воздействие на объект измерения;

4. Чувствителен к силе света и его цвета.

Недостаток:

1. Значительная погрешность вызванная зависимостью материала от температуры;

2. Старение чувствительных элементов, усталостные явления;

3. Зависимость от температуры;

4. Осаждение пыли (вызывает изменение параметров преобразователя).

Область применения:

1. Измерение частоты вращения вала имеющего диск с отверстиями (релейный режим работы);

2. Изменение концентрации веществ в растворе (не световых величин);

3. Данный прибор относится к классу измерителей прямого принципа действия.

Фотоэлектрический цифровой преобразователь перемещения – используются для преобразования угловых перемещений в двоичный и двоично – десятичный код. Выполняется этот преобразователь с использованием фотоэлемента имеющего внешний фотоэффект.

При перекрытии луча света диском увеличивается сопротивление фоторезистора и уменьшается величина фототока в цепи фоторезистора.

Как элемент САУ этот преобразователь является нелинейным усилительным звеном. Принцип действия преобразователя условно разбивается на две операции:

1. Квантование непрерывной величины с каким-то определённым шагом в дискретную величину.

2. Последующее присваивание каждому квантованному значению своего порядкового номера (кода).

Диск имеет кодирующую метку с нанесёнными на неё:

n – кольцевых разрядных зон,

N – элементарных секторов каждый из которых имеет свой код. Разряды кода нанесены следующим образом: старший разряд на внутренней зоне, а младший разряд на внешней 0 – затемнён, а 1 – прозрачный.

Квант углового перемещения определяется из формулы

Кодирующий диск данного преобразователя в исходном положении смещён на середину нулевого сектора или на половину углового интервала таким образом: max погрешности . Основная погрешность датчика определяется:

и составляет 0,2…0,5%

что позволяет его отнести к точным измерительным устройствам.

Недостаток – необходимость надёжной защиты от попадания пыли, загрязнение, а также от попадания влаги.

Число – импульсные имеют кодирующую метку с отверстиями расположенными по поверхности диска с шагом

где N – число уровней квантования при повороте диска на угол Δy.

Фотоэлемент фиксации импульсов которые накапливаются счётчиком и в последствии используются для контроля положения.

Надёжность работы данного преобразователя можно существенно повысить если вместо фотоэлектричества использовать индуктивность и в воде ферромагнитный материал имеющего зубцы которые при повороте на угол Yпериодически замыкают магнитную цепь индуктивного преобразователя.

В последнее время появился класс преобразователей имеющих в качестве чувствительного элемента магнитную управляемую микросхему.

Недостатки:

1. Накопление ошибок при сбоях в работе счётчика или при считывании;

Как элемент САУ все рассмотренные преобразователи относятся к линейным усилительным звеньям.