6.3. Датчики линейных и угловых перемещений.
Реостатные преобразования – представляют собой высокоточное проволочное сопротивление, скользящий контакт которого перемещается под действием измеряемой величины.
то есть механическое перемещение → изменение активного сопротивления.
Функция преобразование может быть линейной и нелинейной (в зависимости от формы)
Реостатные преобразователи включаются в схему по схеме делителя напряжения.
1) если Rн >> R, то током через нагрузку можно пренебречь
2) если Rн ≈ R
если датчик имеет линейную функцию, то:
Недостатки:
сопротивление датчика существенно зависит от температуры
при перемещении скользящего контакта с одного витка обмотки на другой введённое сопротивление изменяется скачкообразно
наличие трения приводит к появлению механического гистерезиса
при перемещении контакта необходимо приложить некоторые силы, а это может отрицательно повлиять на контролируемый объект
Преимущества:
простота конструкции
большая величина выходного сигнала
возможность работать и на постоянном и на переменном токе
возможность измерения относительно больших перемещений
Индуктивные преобразователи – представляют собой катушку индуктивности с магнитопроводом, полное сопротивление которой изменяется при взаимном, относительном перемещении элементов магнитопровода, датчики работают на переменном токе.
Различают 2 типа датчиков:
с изменяющейся индуктивностью
с изменяющимся активным сопротивлением
1 группа:
2 группа:
при введении пластинки в зазор, в пластинке возникают индукционные токи (токи Фуко) → потребляется энергия → изменяется активная мощность датчика
Рассмотрим функцию преобразования датчика с подвижным якорем:
если пренебречь кривой намагничивания стали и рассеянием магнитного потока, то
- модуль индуктивного сопротивления
при этом учитываем, что
тогда вид функции – гипербола
Почему при малом δ ток не идёт в 0? Так как сказывается отличие от 0 магнитного сопротивления магнитопровода.
при больших δ – рассеяние магнитных потоков
Недостатки:
зависимость активного сопротивления катушки от температуры
сила, с которой датчик действует на контролируемый объект, не постоянна – при увеличении воздушного зазора сила притяжения якоря уменьшается, а при уменьшении зазора увеличивается)
дифференциальный датчик состоит из двух одинарных индуктивных датчиков, и имеет один общий подвижный элемент
Преимущества дифференциально-индуктивных датчиков перед одинарными:
более линейная функция преобразования
в 2 раза больше чувствительность
существенно меньше аддитивные погрешности
меньше сила, с которой датчик действует на контролируемый объект
как индуктивные так и потенциальные датчики обычно используются при измерении малых перемещений
Трансформаторные датчики - представляют собой трансформатор, у которого под действием измеряемой величины изменяется взаимная индуктивность обмоток, что приводит к изменению выходного напряжения на вторичных обмотках.
Различают датчики:
с изменяющимся магнитным сопротивлением (Rm)
с const Rm и подвижной обмоткой (обычно вращающейся)
1 тип:
Преимущества:
трансформаторный преобразователь имеет на порядок большую чувствительность, чем реостатный преобразователь + высокая надёжность
Недостатки те же, что и у индуктивных преобразователей, кроме того велика инерционность, габариты, масса.
Специфические погрешности связаны с протеканием тока во вторичной обмотке и изменением их активного сопротивления. Это мультипликатные погрешности, причём они тем меньше, чем меньше ток во вторичной обмотке.
Ёмкостные преобразователи – представляют собой конденсатор, ёмкость которого изменяется под действием измеряемой величины.
а)
б) можно менять расстояние между обкладками:
S – чувствительность
в)
такие датчики используются в качестве уровнемеров жидких и сыпучих материалов
подобный датчик может использоваться для измерения толщины листовых диэлектриков
для измерения угловых перемещений обычно используются ёмкостные датчики с поворотными пластинами
наибольшей чувствительностью к линейным и угловым перемещениям обладают дифференциальные конденсаторы
