Преобразователи

Преобразователи (датчики) - это устройства для преобразования входной величины в соответствующий выходной сигнал, удобный для использования или передачи его на расстояние.

Преобразователи бывают простые, состоящие из одного элемента (П) и более сложные, состоящие из двух элементов: чувствительного элемента (ЧЭ) и промежуточного преобразователя (ПП) и реже большего количества элементов.

Т ермопара – преобразователь;

t – входной параметр х;

E(t t₀) – выходной сигнал у.

Функциональная схема выглядит так

Датчик давления – преобразователь;

мембранная коробка – чувствительный элемент (ЧЭ);

индукционная катушка со стержнем – промежуточный преобразователь (ПП);

Р – входной параметр х;

l – входной параметр х₁;

U_вых (t t₀) – выходной сигнал у.

Функциональная схема выглядит так

Преобразователи, которые преобразуют непосредственно техно­логический параметр принято называть первичными или датчиками.

Характеристики датчика:

1) статическая характеристика, имеющая следующий вид х_вых = f(х_вх)_ ;

2) динамическая характеристика, имеющая следующий вид х_вых = f(х_вх, ) ;

3) чувствительность – это отношение изменения выходного сигнала к изменению входного, вызвавшего это отклонение ;

4) порог чувствительности - минимальное значение входной величины при котором начинает изменяться выходная величина;

5) номинальная погрешность - максимально допустимая погрешность.

Классификация:

- по виду входной величины:

а) датчики преобразования технологического параметра (неэлектрической величины) в электрический сигнал,

б) датчики преобразования электрической величины в другую;

- по характеру преобразования входной величины в выходную:

а) параметрические,

б) генераторные.

П.д. - это датчики, в которых изменение входной неэлектрической величины преобразуется в изменение какого-либо электрического параметра (активного сопротивления, индуктивности, емкости и т.д.). – это датчики, требующие дополнительного источника энергии

Г.д. - это датчики, в которых входная величина преобразуется в ЭДС.

К параметрическим датчикам относятся потенциометрические, емкостные, индуктивные, тензометрические.

К генераторным - термопары, тахометрические, пьезо- и фотоэлектрические.

Преобразователи бывают простые, состоящие из одного элемента и более сложные, состоящие из двух элементов: чувствительного элемента и преобразователя.

Потенциометрические датчики

Потенциометрические датчики – преобразуют линейное или угловое перемещение в соответствующее изменение выходного тока или напряжения.

Выполнены в виде каркаса на котором намотана проволока по которой движется скользящий контакт.

По конструктивному исполнению каркаса (проволокодержателя) различают: плоские и цилиндрические (с прямолинейным перемещением), а также кольцевые и спиральные. Если при перемещении движка выходное напряжение должно изменяться по определенной нелинейной функции, то применяются профильные, ступенчатые, синусно-косинусные и др. потенциометры.

Различают: одноконтактные (не реагируют на изменение знака сигнала) и двухтактные (реагируют на изменение знака сигнала, т.е. изменение знака входного перемещения приводит к изменению фазы выходного напряжения на 180⁰).

О дноконтактные:

При х.х., когда I_н = 0 при R_н   выходное напряжение определится следующим образом

и следовательно U_вых является линейной функцией, т.к. не зависит от R_н.

Статическая характеристика выглядит следующим образом.

Недостаток: теоретически получается прямая, а реально - пилообразная кривая за счет перескакивания подвижного контакта с одного витка на другой.

При R_н  0 (рабочий режим) аналитическое выражение для выходного параметра выглядит следующим образом

 ,

т.е. подключение нагрузки приводит к нелинейности.

Статическая характеристика при различном сопротивлении нагрузки выглядит следующим образом.

Потенциометрический датчик, как звено АСР рассматривается вместе с сопротивлением нагрузки. При активной нагрузке является безинерционным звеном а при активно-реактивной нагрузке проявляются инерционные свойства.

Двухконтактные:

П ри конструировании этого типа датчиков чаще всего применяют схемы соединения с выведенной средней точкой.

Недостатки п.д.: наличие скользящего контакта (надежность снижается, требуются усилия для перемещения), ступенчатость статических характеристик и их нелинейность при больших нагрузках по току и мощности.