2 Основные сведения об измрительных преобразователях. Вторичные измерительные приборы

В общем виде датчик можно представить в виде чувствительного элемента и преобразователя. Чувствительный элемент выполняет функции «органов чувств», он предназначен для преобразования контролируемой величины в такой вид сигнала, который удобен для измерения. В преобразователе, как правило, происходит преобразование неэлектрического сигнала в электрический.

Основной характеристикой датчика является зависимость выходной величины y от входной x:

;

К электрическим датчикам предъявляются следующие требования:

• надежность в работе;

• непрерывная линейная зависимость выходной величины к входной;

• высокая динамическая чувствительность;

• малая инерционность;

• отсутствие влияния датчика на измеряемый параметр;

• минимальная масса и габариты.

Классифицируются датчики по двум признакам – виду контролируемой неэлектрической величины и характеру электрических величин, получаемых на выходе.

По характеру электрической величины датчики делятся на параметрические и генераторные – рисунок 14.

К параметриче­ским (омическим) датчикам относятся такие элементы, у которых изменение контролируемой величины вызывает изменение параметра электрической цепи (ак­тивного сопротивления, индуктивности или емкости).

Генераторные – датчики, которые сами являются источниками электрической энергии, причем возникающая на выходе энергия пропорциональна контролируемой величине.

Часто применяются электрические датчики с промежуточным преобразованием, в которых механический датчик объединен с электрическим. Преобразование контролируемой величины в таких датчиках происходит по схеме измеряемая величина - механическое воздействие - электрическая величина. Например, уровень преобразуется в перемещение поплавка, которое затем преобразуется в изменение индуктивного сопротивления.

Параметрические преобразователи по принципу действия делят на следующие группы:

- реостатные преобразователи. Работа этих преобразователей основана на изменении сопротивления реостата в зависимости от измеряемой неэлектрической величины; последняя часто используется для перемещения движка реостата. Эти преобразователи используются для измерения объема и контроля уровня жидкостей, для измерения перемещения деталей и т. п.;

- преобразователи контактного сопротивления. Их работа основана на изменении контактного сопротивления в зависимости от измеряемой величи-

ны, например давления, деформации и т. п.;

- проволочные преобразователи. Изменение сопротивления проволоки при ее деформации используется для измерения давления, деформации и т. п.;

- преобразователи термосопротивления. Используется зависимость сопротивления провода как от температуры, так и от ряда физических величин, определяющих окружающую среду. Эти преобразователи применяются для измерения температур, скорости движения газов или для определения состава газов и др.;

- электролитические преобразователи. Работа их основана на зависимости электрического сопротивления раствора электролита от его концентрации и используется для измерения этой концентрации и для количественного анализа жидкостей и газов, растворимых в жидкости;

- магнитоупругие преобразователи. Зависимость магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника преобразователя, а следовательно, и индуктивного сопротивления преобразователя от механических напряжений, действующих на сердечник, используется для измерения механических величин;

- индуктивные преобразователи. Зависимость индуктивности преобразователя от изменения положения одной из его частей под действием силы, давления или линейного перемещения используется для измерения этих величин;

- емкостные преобразователи. Изменение емкости преобразователя под действием силы, давления, линейного перемещения, угла поворота, количества вещества, содержания влаги используется для измерения этих величин;

- фотоэлектрические преобразователи. Получение фототока, определяемого световым потоком, который зависит от измеряемой неэлектрической величины, или получение импульсов фототока, частота которых зависит от измеряемой величины, используется для измерения линейных размеров, температуры, прозрачности и мутности жидкости и газовой среды;

- ионизационные преобразователи. Зависимость ионизационного тока от ряда факторов используется для анализа газа и определения его плотности, геометрических размеров изделий и т. п.

Генераторные преобразователи по принципу действия делят на следующие группы:

- индукционные преобразователи. Преобразование измеряемой неэлектрической величины в индуктированную э.д.с. используется для измерения скорости, линейных или угловых перемещений;

- термоэлектрические преобразователи. Возникновение термо–э.д.с. в цепи преобразования и зависимость ее от температуры используются для ее измерения;

- пьезоэлектрические преобразователи. Пьезоэлектрический эффект, т. е. возникновение э.д.с. в некоторых кристаллах под действием механических сил, используется для измерения этих сил, давлений и геометрических размеров изделий.

Устройство для измерения неэлектрических величин электрическим путем в простейшем случае состоит из преобразователя, соединительных проводов и измерительного прибора – измерителя, на шкале которого обычно наносятся значения измеряемой неэлектрической величины. В большинстве случаев измерительные устройства усложняются применением мостовых или компенсационных схем, источников питания, стабилизаторов, выпрямителей, усилителей, электрических фильтров и т. п.

Рассмотрим принцип работы и упрощенные схемы некоторых наиболее распространенных измерительных преобразователей.