7.5.3. Волоконооптические датчики
Волоконоптические датчики могут достаточно эффективно использоваться в качестве детекторов приближения и уровня. На рис. 4.18 главы 4 показан один из вариантов датчиков перемещении, в котором интенсивность отраженного света модулируется в зависимости от расстояния d до отражающей поверхности.
На рис. 7.28 показан оптический детектор уровня жидкости (см. также раздел 7.8.3). Он состоит из двух оптоволоконных световодов и призмы. Принцип его действия основан на разности коэффициентов преломления воздуха (или газообразной фазы материала) и жидкости, уровень которой необходимо определить. Когда датчик находится выше уровня жидкости, большая часть света передающего световода (левого) попадает в принимающий световод (правый), что возможно благодаря полному внутреннему отражению призмы. Однако часть лучей достигают отражающую поверхность призмы под углами меньшими, чем угол полного внутреннего отражения, и теряются в окружающей среде. Когда призма достигает уровня жидкости, ее угол полного внутреннего отражения изменяется, поскольку коэффициент преломления жидкости превышает коэффициент преломления воздуха. Это приводит к большему падению интенсивности света, измеряемой на конце принимающего световода. Интенсивность света преобразуется в электрический сигнал при помощи соответствующего фотодетектора. На рис. 7.29 показан еще один вариант волокнооптического датчика (данный датчик изготавливается кампанией Gems Sensors, Plainville,CT). Здесь световод имеет U-образную форму. В световоде при погружении в жидкость происходит модуляция интенсивности проходящего света. Рядом с местами изгибов, там где радиус кривизны наименьший, детектор имеет две чувствительные области. Все устройство монтируется в зонде, имеющем диаметр 5 мм, при этом погрешность воспроизводимости результатов такого датчика составляет около 0.5 мм. Отметим, что при вынимании зонда из жидкости в чувствительных областях на нем остаются капли .
Лекция № 15 датчики давления и температуры
10.3. Ртутные датчики давления
На рис. 10.1 показан простой датчик давления, использующий принцип сообщающихся сосудов. Чаще всего такие датчики применяются для измерения давления газов. U-образный провод с точкой заземления в центре помещается в U-образную трубку с ртутью. Часть этого провода оказывается закороченной ртутью, в результате чего сопротивление в обоих ветвях провода всегда будет пропорционально высоте столбиков ртути. Полученные резисторы включены в схему моста Уитстона, который находится в уравновешенном состоянии пока равнонулю дифференциальное давление в трубке. Давление, приложенное к одному из концов трубки (например, левой), приводит к разбалансировке мостовой схемы и появлению на ее выходе ненулевого сигнала. Чем выше давление в левой части трубки, тем больше сопротивление соответствующего плеча и тем меньше сопротивление противоположного. Выходное напряжение пропорционально разности сопротивлений AR в двух плечах моста, незакороченных ртутью участков провода:
Такой датчик обычно калибруется напрямую в торрах. К сожалению, простота является практически единственным его достоинством, потому что он обладает целым рядом существенных недостатков: необходимостью прецизионного выравнивания, плохой помехозащищенностью от ударов и вибраций, большими габаритами и загрязнением газа ртутными парами. Отметим, что такой датчик может использоваться и в качестве детектора наклона, поскольку нулевой сигнал на его выходе при отсутствии внешнего давления на одно из плечей трубки свидетельствует о строго горизонтальном его расположении.