Датчики давления

Трубка Бурдона.

Т рубка из бронзы, латуни (они не пластичны).

Принцип действия.

При подаче в трубку жидкости или газа под давлением Р, на стенки трубки действует сила F, наибольшая сила действует на ту стенку у которой S больше (на внешнюю). Под действием этой силы трубка разгибается и спаянный конец перемещается на расстояние l. Трубка откалибрована так, что сила изгиба уравновешена силой упругости трубки при ее изготовлении.

F1=a*P, а – константа.

В механических манометрах механические перемещения преобразуются далее в угол поворота стрелки, которая указывает на значение на оцифрованной шкале. В электрических манометрах это перемещение преобразуется в С, L, R, и далее в напряжение или ток.

В спиральных трубках бурдона Р преобразуется в угол поворота.

Сильфон.

При подаче давления, внутри сильфона возникает давление на стенки, т.к. S стенок гофрированной части больше чем не гофрированной, то гофрированная часть пытается выпрямиться и вызывает перемещение верхней площадки на расстояние l.

Диафрагма.

Д ифференциальный манометр измеряет разность давлений Р1 и Р2.

1 – корпус;

2 – диафрагма;

3 – емкостный датчик;

4 – патрубок.

Принцип действия.

При подаче жидкости или газа через патрубки в смежных полостях датчика возникают давления Р1 и Р2 на диафрагму. При Р₁=Р₂ силы действующие на диафрагму равны и она находится в среднем положении. Емкости, образованные подвижной диафрагмой и неподвижными обкладками (3), равны. При наличии разности давления диафрагма прогибается, одна из емкостей увеличивается. Далее разность емкостей преобразуется в напряжение, ток или частоту, а затем в АЦП напряжение преобразуется в цифровой код, пропорциональный давлению. Значение кода преобразуется в цифровое показание давление.

Балка.

1 – труба;

2 – балка;

3 – тензодатчики.

При растягивающих (или сжимающих) усилиях сопротивление тензодатчиков меняется. При растягивании сопротивление увеличивается, при сжатии уменьшается. Если его наклеить на балку, то R1 и R3 увеличиваются, а R2 и R4 – уменьшаются, при наличии отклонения балки от начального положения.

С другими единицами измерения силы ньютон связывают следующие выражения:

• 1 Н = 10⁵ дин.

• 1 Н ≈ 0,10197162 кгс.

• 1 Н = 10⁻³ стен.

• 1 Н ≈ 8,262619·10⁻⁴⁵ F_p.

• 1 Н ≈ 0,224808943 lbf.

• 1 Н ≈ 7,233013851 pdl.

Ди́на (обозначение: дин, dyn; от греч. δύναμις — сила) — единица измерения силы в системе единиц СГС.

1 дина равна силе, которая, воздействуя на массу в 1 г, сообщает ей ускорение 1 см / с²;.

1 дина = г · см / с² = 10⁻⁵  Н.

Килограмм-сила (кгс или кГ) равна силе, сообщающей телу массой один килограмм ускорение 9,80665 м/с² (нормальное ускорение свободного падения, принятое 3-й Генеральной конференцией по мерам и весам в 1901 г.). Единица силы системы единиц МКГСС.

Килограмм-сила примерно равна силе, с которой тело массой один килограмм давит на весы на поверхности Земли (примерно, потому что вес немного зависит от широты, так как от нее зависит ускорение силы тяжести g ввиду не шарообразной формы земли, которое имеет разное значение на полюсах и экваторе).

В ряде европейских государств для килограмм-силы официально принято название килопонд (обозначается kp).

Килограмм-сила удобна тем, что её величина равна весу тела массой в 1 кг, поэтому человеку легко представить, например, что такое сила 5 кгс.

1 кгс = 9,80665 ньютонов (точно) ≈ 10 Н

1 Н ≈ 0,10197162 кгс ≈ 0,1 кгс

Реже применяются кратные единицы:

• тонна-сила: 1 тс = 10³ кгс = 9806,65 Н

• грамм-сила: 1 гс = 10⁻³ кгс = 9,80665·10⁻³ Н

Раньше килограмм-силу обозначали кГ (kG), в отличие от килограмм-массы — кг (kg); аналогично, грамм-силу обозначали Г (G), а грамм-массу — г (g), тонна-силу обозначали Т (T), а тонна-массу — т (t).

Метрическая лошадиная сила определяется как 1 л.с. = 75 кгс·м/с.

100 кгс/м² ≈ 1 кПа = 1 кН/м² — связь с другими величинами (такой перевод часто используется в строительстве при расчетах, т. к. до сих пор кгс используется в СНиП)

Стен (фр. sthène) — единица измерения силы в системе единиц МТС, применявшейся в СССР с 1933 по 1955 годы.

1 Стен равен силе, которая, воздействуя на массу в 1 тонну, сообщает ей ускорение 1 м / с²;.

1 стен = т·м/с² = 10³ Н.

Планковская сила — физическая величина, численно равная планковскому импульсу, деленному на планковское время. В естественной системе единиц планковская сила является единицей измерения силы. Обозначается .

The pound or pound force (symbol: lb, lb_f, lbf) is a unit of force in some systems of measurement including English engineering units and British gravitational units.^[

The poundal (symbol: pdl) is a unit of force that is part of the foot-pound-second system of units, in Imperial units introduced in 1877, and is from the specialized subsystem of English absolute (a coherent system).

The poundal is defined as the force necessary to accelerate 1 pound-mass to 1 foot per second per second. 1 pdl = 0.138254954376 N exactly.

Источник — «http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%A1%D1%82%D0%B5%D0%BD&oldid=33401945»

Весы двух и трёх призменные весы .

Измерение оптических величин.

Оптические излучения представляют собой электромагнитные колебания в диапазоне длин волн от 0,003 до 300 мкм. Измерения оптических величин являются важным в промышленности, в охране труда и обеспечении нормальной жизнедеятельности человека.

λ, мкм

Основные единицы, характеризующие оптические излучения:

1. энергетические (мощность излучения «Вт»; энергетическая светимость «Вт/м²»)

2. фотометрические (сила света «Кд», световой поток «Люмен», освещенность «Люкс»)

Датчики оптических величин делятся на тепловые (в инфракрасном диапазоне) и светотехнические (фотометрические в видимой части диапазона)).

Дадим определения этих величин.

Сила света –

Световой поток –

Тепловые датчики оптических величин.

1 – оптическое излучение;

2 – пленка «абсолютно черного» тела;

3 – металлическая пластинка;

4 – батарея термопары.

При освещении оптическое излучение в «абсолютно черном» теле преобразуется в тепловое, нагревая металлическую пластинку, которая передает тепло батарее термопар, в которых тепло потом преобразуется в термоэдс, т.к. в батарее термопар они соединены последовательно, поэтому их термоэдс суммируются.

Тепловой датчик болометрического типа.

Б олометр – это резистор, сопротивление которого изменяется с температурой. При освещении поверхности болометра тепловым излучением он нагревается, что вызывает изменение его сопротивления, далее сопротивление преобразуется в напряжение путем: включения болометра в ветвь резистивного моста.

Фотометрические датчики.

1. к олба;

2. светочувствительный слой (катод);

3. анод;

4. выводы;

5. излучение.

При воздействии излучения на поверхность катода, оно выбивает электроны с поверхности катода, эти электроны под действием электрического поля, создаваемого внешним источником напряжения, ускоряются и движутся по направлению к аноду. На своем пути они ионизируют атомы газа, в результате в цепи анод–катод образуется электрический ток. Этот ток, протекая по резистору R, создает на нём пропорциональное напряжение, пропорциональное световому потоку.

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)

Фоторезистор.

Э то полупроводниковый прибор на основе чистых полупроводников, сопротивление которых меняется в зависимости от освещения.

1. л инза (стекло);

2. металлический корпус;

3. выводы;

4. резистивный слой;

R_t – темновое сопротивление.

Увеличение электропроводности происходит из-за того, что кванты излучения ионизируют атомы полупроводника, разрушая валентную связь, в результате образуются свободные электроны проводимости и «дырки». Увеличение освещенности приводит к увеличению их числа, сопротивление уменьшается.

Без света сопротивление R конечно и равно темновому сопротивлению.

Фотодиоды.

Э то полупроводниковый прибор, основанный на p-n – переходе,

электропроводность которого зависит от освещенности.

На рисунке изображён p-n – переход, p и n области которого через

невыпрямляющие омические контакты соединены с внешними выводами фотодиода.

ВАХ фотодиода. Спектральная характеристика. Схема включения с ОУ.

При освещении p-n-перехода кванты света ионизируют атомы примеси и основного вещества (в области «n») при этом валентные электроны отрываются и образуются свободные электроны и дырки. Под действием внешнего электрического поля электроны начинают двигаться, образуя во внешней цепи электрический ток. При увеличении освещенности увеличивается число электронов и дырок, следовательно, увеличивается ток.

Фототранзисторы.

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, имеющий два взаимодействующих p-n-перехода, предназначенный для усиления коммутации и преобразования электрического сигнала.

Фототранзистор – это полупроводниковый прибор, имеющий два взаимодействующих p-n-перехода, база которого освещается внешним излучением, при этом ток коллектора пропорционален освещенности.

Б аза тонкая, но по площади большая.

При освещении базы в ней под действием кванта света генерируются пары носителей. При наличии внешнего напряжения в цепи коллектора протекает ток, т. к. появившиеся пары носителей далее разделяются: электроны ускоряются в поле коллекторного перехода и выбрасываются в коллектор. А для дырок поле эмиттерного и коллекторного переходов являются тормозящими и они, скапливаясь у эмиттерного перехода понижают потенциальный барьер в нем. Понижения потенциала вызывает инжекцию электронов из эмиттера в базу. Эти электроны существенно увеличивают ток коллектора, вызывая во внешней цепи ток, пропорциональный освещенности. Этот ток практически в β раз больше, чем фототок, генерируемый фотодиодом. β = i_k / i_b.

Приборы с зарядовой связью

Различают следующие виды ПЗС

CCD CIS

Charge coupled devices Contact Image Sensor

Устройство ПЗС

Пусть в начальный момент на затвор (вход) подано отрицательное напряжение, меньше порогового, достаточное для образования проводящего канала, то под ним образуется слой дырок. Если теперь на первом затворе существует более отрицательное напряжение, то дырки из истока через канал переходят под первый затвор и накапливаются там.

К началу следующего такта входное напряжении снимается, и проводящий канал под затвором исчезает. Таким образом, под первым затвором (в потенциальной яме) остался заряд (пакет дырок), что свидетельствует о записи единицы. Для записи нуля в начальный момент на затвор напряжение не подаётся.

Далее пакет дырок перемещается от первого затвора ко второму и т. д.

Измерение радиоактивных излучений

Измерение плотности потока электромагнитного излучения

Физические величины пространства и времени

	ФВ пространства и времени
геометрические ФВ		ФВ перемещение		ФВ времени
длина		линейные	угловые	период
ширина		скорость	угол поворота	частота
толщина		ускорение	угловое ускор	фаза
глубина		резкость		сдвиг фаз
расстояние		диффузия
высота		вибрация
диаметр		горение
радиус
уровень
зазор
кривизна
шероховатость
волнистость
деформации
площадь
объем
расход

Измерения линейных размеров является важным в машиностроении, строительстве, астрономии, нанотехнологии и ядерной физике и т.д.

Методы измерения:

Механические. Линейки рулетки, штангенциркули, микрометры(от 10^-6 до 10 м);

Электро физические. Для измерения малых перемещений (от 10^-15 до 10^-7м);

Электромеханические (от 10^-7 до 1 м); основаны на преобразовании линейных размеров в индуктивность, сопротивление, ёмкость, магнитный поток и др. величины

Спектрометрические (от 1 до 10²⁶м).

Электромеханические методы, датчики и СИ

Датчик LVDT служит основой реализации электромеханического метода.

Электромеханический метод основан на преобразовании линейных размеров в индуктивность.

W 1 – обмотка возбуждения;

W2 – сигнальные полуобмотки.

При подаче возбуждения на первичную обмотку, в ней образуется магнитное поле, это поле охватывает витки вторичных полуобмоток, так что индуцируют во вторичных полуобмотках ЭДС.

Если сердечник находится в центре, то амплитуды ЭДС равны – это значит, что dU на выходе полу моста равно 0. При смещении сердечника вверх амплитуда на верхней полуобмотке увеличивается, а на нижней уменьшается, т.е. появляется переменная dU с начальой фазой, совпадающей с начальной фазой возбуждающего напряжения. При смещении сердечника вниз, наоборот, увеличивается амплитуда на нижней полуобмотке и уменьшается на верхней, возникает разность напряжений с начальной фазой противоположной фазе возбуждающего напряжения. Увеличения перемещения приводит к пропорциональному увеличения dU, при той же начальной фазе. Таким образом, начальная .фаза выходного dU указывает на направление перемещения, а значение амплитуды на значения перемещения.

Емкостные датчики перемещения.

1 – деталь с исследуемой волнистостью;

2 – корпус;

3 – подвижный щуп;

4 – пружина;

5 – электрод емкостного датчика, подвижный;

6 – неподвижный электрод емкостного датчика

7- выводы емкостного датчика

8 – кварцевый генератор

При перемещении детали относительно щупа, щуп совершает движения в вертикальном направлении, поэтому перемещается подвижный электрод емкостного датчика, при этом изменяется емкость плоского конденсатора, образованного подвижным и неподвижным электродами. При включении емкости в схему генератора, частота колебаний в нём изменяется. Измеряя изменения частоты генератора можно измерить перемещения.

,

Датчики угловых перемещений: датчики Холла, оптические, электромашинные, индуктосины и др. используются Эл.мех преобразователи (Эл. машины), оптические преобразователи, датчики холла и др.

Д атчик Холла

Это явление возникновения поперечной разности потенциалов на боковых гранях пластины проводника или п/п внесенное в магнитное поле при пропускании через пластину тока в продольном направлении.

ЭХ широко используется в датчиках тока, магнитного потока и угла поворота.

1 – барабан,

2 – магниты,

3 – датчик Холла,

4 – компоратор,

5 – счетчик,

6 – цифровое отсчетное устройство

При вращении барабана, магнитные вставки в д. Холла вызывают импульсы ЭДС Холла, число этих импульсов пропорционально числу этих вставок. С помощью компоратора импульсы с д Холла нормализуются, превращаясь в имульсы с логическими значениями. лог 0 (0 – 0,8 В), лог 1 (2,4 – 5 В).

Счетчик считает, а ЦОУ индицирует количество импульсов (угол поворота).

Для повышения разрешающей способности для измерения уга, на барабан вместо магнитных вставок наклеивается маг.лента, на которой предварительно периодически записаны области намагниченности, которые при вращении барабана создают Холлов эффект, эквивалентный большому числу магнитных вставок.

Оптические датчики угла поворота

1 – источник света (лампа);

2 – секторы;

3 – фотодиод;

4- компаратор;

5 – счетчик;

6 – цифровое отсчетное устройство.

Внутри диска установлен источник света, при попадании света между непрозрачными секторами фотодиод преобразует световую энергию в электрическую. С помощью компоратора импульсы с фотодиода нормализуются, превращаясь в имульсы с логическими значениями. Счетчик считает, а ЦОУ индицирует количество импульсов (угол поворота).

Электромашинные методы

Широко применяются благодаря свойствам: нечувствительность к атмосферным условиям окружающей среды, нечувствительность к сильным электромагнитным полям, к радиационным воздействиям.

Сельсин, где

1 – ротор;

2 – статор;

3 – катушки.

Внутри ротора и статора помещены обмотки. Причем внутри статора три обмотки смещены на 120 градусов друг относительно друга. А на роторе одна обмотка – возбуждения. Выводы от обмоток ротора ч/з коллектор и щетки подключены к источнику возбуждения. Напряжение возбуждение поступает ч/з щетки и коллектор на обмотку ротора, и создает в нем электромагнитное поле, которое в статорных обмотках индуцирует ЭДС. Эти ЭДС имеют ту же частоту ЭДС, что и частота ЭДС возбуждения, но их амплитуда зависит от угла поворота ротора относительно статора. Измеряя амплитуды этих переменных напряжений можно судить о значении угла поворота ротора.

Индуктосин.

П ри подачи Е возбуждения на статорную обмотку индуктосина в ней возбуждается магнитное поле, которое индуцирует в полуобмотках ротора переменное напряжение с той же частотой, но амплитудой, пропорциональной смещению роторных полуобмоток относительно статорных.

В зависимости от длины стартерной обмотки можно использовать такое СИ от 1 мкм до 10см. Наклеивая статорную обмотку на вращающийся круг, а роторную обмотку на неподвижную часть датчика можно применять для измерения угла поворота.

Спектрометрические методы используются как правило на измерениях больших линейных размеров, расстояний и угловых перемещений. Они отличаются высокой точностью, т.к. основаны на сравнении измеряемых размеров с естественными точными шкалами, соответствующими длинам волн измерений. Выделяют локационные методы (радиолокационные, эхолокационные, оптиколокационные), интерферометрические и голографические методы.

Локационный метод.

Основан на измерении времени задержки распространения электромагнитных излучений. Выделяют следующие методы: импульсномодуляционные и фазомодуляционные.