13.1 0Мические датчики

Регулируемое омическое сопротивление можно рассматривать как датчик перемещения. Таким датчиком может быть реостат. При перемещении ползунка реостата изменяется его сопротивления. Здесь перемещение ползунка является входной величиной, а величина включенного в цепь омического сопротивления реостата - выходной величиной.

Основными элементами реостатного датчика (рис. 24) являются: 1-каркас; 2-нанесенное на него сопротивление в виде намотки из проволоки полупроводника или какого-либо другого проводящего материала; 3 -подвижная щетка, скользящая по поверхности сопротивления или по ряду соединенных с ним контактов.

Рис. 24 Схема реостатных датчиков:

С бесступенчатой многооборотной намоткой (а) и с секционированной намоткой (б)

В датчиках с секционированным сопротивлением при перемещении щетки происходит ступенчатое изменение сопротивления, в то время как в датчике с бесступенчатой намоткой сравнительно плавное. Конструктивно реостатные датчики выполняются как датчики угловых и датчики линейных перемещений.

Омические датчики просты, надежны в работе, а поэтому широко распространены в технике в качестве электрических датчиков механических перемещений, в дистанционном следящем приводе и в счетно-решающих приборах.

13.2 Тензодатчики

Тензодатчиком называется датчик, преобразующий измеряемую деформацию твердых тел в электрический сигнал.

На рис. 25 представлена конструкция наклеиваемого т ензодатчика.

О

Рис. 25 Схема тензодатчика

н представляет собой тонкую проволоку, сложенную в виде решетки и наклеенную на изоляционную пластинку из папиросной бумаги, пленки лака или клея с выводами 2. Для определения растяжения или сжатия деформируемой поверхности детали, пластинка прочно наклеивается на эту поверхность при помощи клеев БФ-2, БФ-4, бакелитового клея и др.

В случае растяжения сопротивление проволоки тензодатчика увеличивается, а при сжатии - уменьшается. Проволочные тензодатчики имеют малый вес и габариты, практически безинерционны и потому могут измерять быстро протекающие деформации. Проволочные тензодатчики можно размещать в труднодоступных местах, они просты по конструкции и дешевы. Все эти достоинства тензодатчиков привели к их широкому распространению.

К недостаткам тензодатчиков следует отнести малую величину относительного изменения сопротивления и, следовательно, малую чувствительность. Поэтому при использовании тензодатчиков следует применять измерительные схемы высокой чувствительности.

13.3 Индуктивные датчики

Индуктивные датчики работают на принципе изменения

полного сопротивления катушки со стальным сердечником при перемещении подвижной части - стального якоря.

На рис. 26, а и б приведены схема и характеристики одинарного индуктивного датчика с изменяющейся длиной зазора δ.

Рис. 26 Схема (а) и характеристики (б) индуктивного датчика

Индуктивный датчик состоит из неподвижного магнитопровода 1 с катушкой Z и подвижного якоря 2. Под действием механических сил Р, создаваемых извне, якорь перемещается на некоторое расстояние; при этом меняется длина воздушного зазора δ, что вызывает изменение индуктивного сопротивления катушки и, следовательно, изменение полного сопротивления катушки Z. Изменение сопротивления Z приводит к изменению тока в цепи катушки. Следовательно, перемещение якоря 2 вызывает изменение тока в цепи катушки, отсюда по изменению тока можно судить о величине перемещения.

Одинарные индуктивные датчики могут применяться в качестве бесконтактных путевых выключателей. Одинарные датчики, применяемые в мостовых измерительных схемах, позволяют измерять перемещения от долей микрометра до 3 - 5 мм.

Схема одинарного индуктивного датчика, приведенная на рис. 33, обладает тем недостатком, что на результаты измерений влияет сила притяжения, которую испытывает якорь 2, причем сила эта с изменением величины зазора δ также изменяется. Для измерения перемещения якоря 2 в обоих направлениях, т.е. влево и вправо, кроме наличия тока, необходим начальный воздушный зазор δ₀ и, следовательно, начальный ток нагрузки R_H, в связи с чем возникают погрешности.

Одинарные индуктивные датчики применяют для измерения малых перемещений. Для измерения перемещений порядка нескольких сантиметров применяют соленоидные датчики ( рис. 27а).

Рис. 27 Схема (а) и характеристика (б) индуктивного соленоидного датчика

Также датчики состоят из открытого соленоида 1 и подвижного якоря 2. При вхождении якоря во внутрь катушки, ее индуктивность и, следовательно, ее сопротивление изменяются пропорционально массе якоря, введенной в катушку.

При этом индуктивность катушки (гн)

где W – число витков катушки; l_К – длина катушки; g - поперечное сечение катушки; l - величина вхождения якоря; μ - магнитная проницаемость материала сердечника.

Индуктивные датчики просты по устройству, надежны, не имеют скользящих контактов, обладают относительно большой величиной отдаваемой электрической мощности и могут работать на переменном токе промышленной частности.

Недостатком индуктивных датчиков является значительная зависимость результатов от частоты тока питающей сети. Работают индуктивные датчики на частотах до 3000 - 5000 Гц, так как на более высоких частотах резко растут потери в стали.

Применяют индуктивные датчики в устройствах и приборах для измерения различных не электрических величин в системах автоматики и информационно-измерительной техники.