4. Чувствительные элементы (преобразователи)

Любое устройство автоматики должно иметь информацию о со­стоянии контролируемого объекта. Это возможно с помощью чувстви­тельных элементов (преобразователей). Преобразователи служат вос­принимающими (чувствительными) органами других элементов, например, датчиков. Преобразователи, реагируя на изменения входно­го сигнала, как правило, преобразуют его в величину другой физиче­ской природы, которую удобно подвергать дальнейшей обработке (частоту вращения - в напряжение; перемещение - в сопротивление или напряжение; уровень жидкости - в сопротивление или напряжение и т.д.).

В зависимости от физической природы входного сигнала все пре­образователи делятся на две группы: преобразователи электрических величин и преобразователи неэлектрических величин. В зависимости от физической природы выходного сигнала преобразователи делятся на электрические и неэлектрические. В зависимости от принципа дей­ствия - на параметрические и генераторные.

4.1. Основные характеристики преобразователей

Преобразователи, как элементы, характеризуются параметрами и характеристиками, описанными выше. С учетом специфики этих эле- ментов к числу основных их характеристик относятся следующие. 1.Статическая характеристика управления .

2. Чувствительность.

3. Динамические характеристики [переходная функция h(t), им­пульсная переходная функция u(t), АФЧХ].

4. Погрешность преобразования.

5. Максимальная мощность выходного сигнала.

6. Диапазоны изменения входного и выходного сигналов.

4.2. Параметрические преобразователи

Этот вид преобразователей используют для преобразования неэлек­трических величин (перемещений, давления, механических напряже­ний, температуры, освещенности и т.д.) в параметры электрических цепей: сопротивление, индуктивность, емкость, взаимную индуктив­ность, напряжение. Для параметрических преобразователей требуются источники питания (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Параметрические преобразователи:

хлу- входной и выходной сигналы;

Из - источник электроэнергии

Все параметрические преобразователи, в зависимости от принципов их действия, делятся на несколько видов:

1. Резисторные.

2. Индуктивные.

3. Трансформаторные.

4. Емкостные.

4.2.1. Резисторные преобразователи

К этому виду преобразователей относятся: потенциометрические, тензометрические, терморезисторные, угольные, фоторезисторы.

Потенциометрические преобразователи (потенциометры)

Широко применяются проволочные потенциометрические преобра­зователи. Потенциометры могут выполняться из разных материалов: медный обмоточный провод, различные металлические пленки, в том числе полупроводники и т.д. Принцип действия простейшего потен-циометрического преобразователя представлен на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Потенциометрический преобразователь:

Uвх - напряжение постоянного или переменного тока;

R - сопротивление потенциометра; х – перемещение

щетки; Rх - сопротивление потенциометра, соответст­-

вующее перемещению х

Статическая характеристика потенциометра имеет вид

R,=Rf(x), (4.1)

Где f(х) - функция линейного или углового перемещения щетки (движ­ка) потенциометра.

Графическое представление статической характеристики линейного потенциометра показано на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Статическая характеристика

линейного потенциометра:

1 - холостой ход; 2 - при наличии нагрузки

Существуют функциональные потенциометрические преобразова­тели (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Функциональный

потенциометрический

преобразователь

Рис. 4.5. Статическая характеристика

функционального потенциометриче-

ского преобразователя

Для реализации других видов функций необходимо изменять фор­му каркаса потенциометра.