
- •8. Технологические датчики
- •8.1. Классификация измерительных преобразователей
- •8.1.1. Резистивные измерительные преобразователи
- •8.1.2. Электромагнитные измерительные преобразователи
- •8.1.3. Электростатические измерительные преобразователи
- •8.1.4. Тепловые измерительные преобразователи
- •8.1.5. Фотодатчики
- •8.1.6. Магнитные датчики и магнитоэлектроника
- •8.1.7. Интегральные полупроводниковые датчики
- •Вопросы для самоконтроля
8. Технологические датчики
Датчик
– это элемент, преобразующий контролируемую
величину одного вида в величину
другого вида, удобную для передачи по
линиям связи и дальнейшего преобразования.
В электрическом датчике изменение
контролируемого (часто неэлектрического)
параметра на входе вызывает определенное
изменение выходного электрического
параметра (тока или э. д. с.). Датчики
для измерения неэлектрических величин
обязательно содержат измерительный
преобразователь (ИП) неэлектрической
величины в электрическую, который
устанавливает однозначную функциональную
зависимость выходной величины у
(э. д. с. или I)
от входной неэлектрической величины
х
(температуры, перемещения, освещенности,
магнитного поля и т. д.). Эта зависимость
выражается уравнением преобразования
.
При оценке и сравнении ИП необходимо учитывать их следующие основные характеристики:
1. Постоянство во времени функции преобразования. При изменении, с течением времени, функции преобразования приходится повторять градуировку, что крайне нежелательно, а в некоторых случаях невозможно.
2. Вид функции преобразования – обычно наиболее желателен линейный характер зависимости, . Многозначность или разрыв функции преобразования указывают на непригодность ИП для работы в данном интервале изменения измеряемой величины.
3. Погрешность и чувствительность. Основная погрешность ТП – это погрешность при нормальных условиях, т. е. при номинальных значениях влияющих величин. Дополнительная погрешность ИП – это погрешность, обусловленная отклонением одной из влияющих величин от номинального значения.
4. Обратное воздействие преобразователя на измеряемую величину. Пояснить это можно на примере термопреобразователя сопротивления; известно, что он представляет собой термочувствительный резистор, помещенный в среду, температура которой измеряется. Изменение температуры среды вызывает изменение температуры, а, следовательно, и сопротивления терморезистора. Для измерения сопротивления терморезистора по нему необходимо пропускать электрический ток. Ток нагревает терморезистор и таким образом увеличивает температуру окружающей среды. В этом проявляется обратное воздействие преобразователя на измеряемую величину. Обратное влияние на практике учесть трудно, поэтому стараются его сделать минимальным.
5. Динамические свойства преобразователя. При изменении входной величины в ИП возникает переходный процесс, характер которого зависит от наличия в преобразователе элементов, запасающих энергию (перемещающихся деталей, конденсаторов, катушек индуктивности, деталей, обладающих теплоемкостью, и т. д.). Переходный процесс проявляется в виде инерции – запаздывания реакции ИП на изменение входной величины. Например, при погружении термопары в среду, температура которой измеряется, термоЭДС на выходе термопары будет соответствовать измеряемой температуре только по истечении некоторого промежутка времени. При измерении быстро изменяющихся величин ИП работает в нестационарном режиме, а поэтому при оценке качества ИП необходимо учитывать их динамические характеристики, которые в значительной мере определяют точность измерения. Обычно от преобразователя требуется, чтобы вносимое им запаздывание в процесс преобразования было минимальным.
Кроме рассмотренных свойств при оценке ИП учитываются также и другие показатели: влияние внешних факторов, например, температуры, давления и вибрации; взрывобезопасность, устойчивость к механическим, термическим, электрическим и другим перегрузкам; удобство монтажа и обслуживания; габариты; масса; удобство градуировки; стоимость изготовления и эксплуатации; надежность и т. д.