Первичные преобразователи и их погрешности.
Первичный преобразователь (ПП) – устройство, преобразующее некоторую физическую величину в электрический сигнал.
Виды измеряемых параметров:
расстояния, углы
скорости, ускорения
время, частота
температура
давление
напряжения
вибрации
поля
концентрации
Разновидности сигналов на выходе датчика.
U(t)-случайная функция
U(t)-гармонический сигнал
АМ
U(t)-гармонический сигнал
ФМ
U(t)-импульсы
U(t)-импульсы
ВИМ
ШИМ
U(t)-Цифровой сигнал
0 1 1 0 1 0
Рисунок 7
Принципы преобразования. Типы первичных преобразователей
Емкостные
Основаны на изменении емкости конденсатора при перемещении обкладок конденсатора относительно друг друга. Конденсатор можно включать либо в колебательный контур, либо в мостовую схему. Емкостные преобразователи используются для измерения перемещений, давления, вибрации, деформации, анализа среды.
ε
C=ε*Sпластины/l,где
l ε-диэлектрическая проницаемость среды
Рисунок 8
Информация о параметре содержится в частоте или периоде (гармонический сигнал).
Конденсатор можно включать в колебательный контур, либо в мостовую схему.
Пьезоэлектрические
Основаны на прямом и обратном пьезоэффектах.
При деформации некоторых кристаллов, на их гранях возникает разность потенциалов, пропорциональная напряжению – прямой пьезоэффект. При воздействии разности потенциалов на кристалл, в нем возникают напряжения – обратный пьезоэффект.
Используются для измерения усилия, ускорения, вибрации.
F
U(t)
F
Рисунок 9
Вещества: кварц, титанат бария, сульфат лития.
Электромагнитные
Основаны на изменении индуктивности катушки при перемещении ее сердечника.
И
спользуются
для измерения перемещений, вибрации,
давления.
катушка сердечник
Рисунок 10
Ионизационные
Основаны на прямой пропорциональности между выходным параметром и ионным током, образовавшимся в результате ионизации термоэлектронами остаточных газов. Например, счетчик Гейгера.
И
спользуются
для измерения радиации, фотонного
излучения.
+ -
+ -
R U(t)
Рисунок 11
Полупроводниковые.
Работа в режиме фотосопротивления: изменение сопротивления полупроводника под воздействием излучения. Работа в режиме генератора: возникновение разности потенциалов при облучении p-n перехода.
Используется для измерения оптического излучения.
Рисунок 12
Тензометрические
Основаны на изменении сопротивления проводников при деформации (тензорезисторы).
Термопары.
Основаны на эффекте Зеебека – Эффект Зеебека состоит в том, что в электрической цепи, составленной из разных проводников (М1 и М2), возникает термоэдс, если места контактов (А, B) поддерживаются при разных температурах.
Также для первичных преобразований используются гироскопический эффект, эффект Доплера и многие другие.