2.3. Параметрические датчики
Параметрические датчики (датчики-модуляторы) входную величину X преобразуют в изменение какого-либо электрического параметра (R, L или C) датчика.
Передать на расстояние изменение перечисленных параметров датчика без энергонесущего сигнала (напряжения или тока) невозможно.
Поэтому параметрические датчики требуют применения специальных измерительных цепей с питанием постоянным или переменным током.
Виды параметрических датчиков:
Омические (резистивные) датчики
Их принцип действия основан на изменении их активного сопротивления при изменении длины l, площади сечения S или удельного сопротивления p чувствительного элемента датчика под воздействием внешнего контактного давления, температуры, освещённости и др.:
R = pl/S
Виды омических датчиков:
1.1. Контактные датчики - преобразуют перемещение контролируемого элемента в скачкообразное изменение сопротивления электрической цепи.
С их помощью измеряют и контролируют усилия, перемещения, температуру, размеры объектов, контролируют их форму и т. д.
К контактным датчикам относятся:
- путевые и концевые выключатели:
ВПК 2110 ВК 200 ВП 15 21 211
- контактные термометры и др.
Принципиальная схема
электрического термометра PCE-TDL 100 Складной термометр testo 104
с термоэлектрическим датчиком.
Сплавы: а) хромель (89% Ni+10% Cr + 1% Fe)
- копель (56% Cu + 44% Ni);
б) хромель — алюмель (95% Ni + 2% Al + 2% Mn+1 % Si).
1
.2.
Реостатные датчики
представляют собой резистор с изменяющимся
активным сопротивлением.
Входной величиной является перемещение
контакта датчика, а выходной – изменение
сопротивления датчика.
Подвижный контакт механически связан с подвижным объектом,
перемещение (угловое или линейное) которого необходимо измерить.
Примеры реостатных датчиков:
Принципиальные схемы электрических уровнемера (а) и манометра (б) с реостатными датчиками
Блок сигнала положения Датчик контроля уровня топлива в баке
реостатный БСПР (реостатного типа, электромеханический)
Переменный резистор, включаемый по схеме делителя напряжения, называют потенциометром.
Потенциометрические датчики, конструктивно представляющие собой переменные резисторы, выполняют из различных материалов - обмоточного провода, металлических пленок, полупроводников и т. д.
Датчик положения дроссельной заслонки
Примеры применения потенциометрических датчиков в автомобиле:
Положение дроссельной заслонки.
Корректор фар
Положение педали акселератора.
Датчик уровня топлива.
1.3. Тензометрические датчики (коротко – тензодатчики) служат для измерения механических напряжений, небольших деформаций, вибрации.
Тензодатчик (месдоза - от нем. Meßdose - дословно «измерительная банка») состоит из корпуса с деформируемым элементом и тензорезистора, наклеенного на деформируемый элемент.
Тензорезистор - резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации. Он является основной составной частью тензодатчиков.
Конструкция тензорезистора.
Решетка проволочного тензорезистора может состоять из параллельных петель «а», витков плоской катушки «б», параллельных нитей с перемычками из более толстого провода «с». Материал – проволока или фольга.
Диаметр провода решетки 0,015—0,05 мм, минимальная база датчика S = 2 мм, предел измеряемых деформаций 1%, номинальное сопротивление 50—1000 Ом
а б в
Решетки проволочных тензодатчиков: а - петлевая; б - витковая; в - с перемычками.S - база датчика; 1 - решетка датчика; 2 - выводные проводники, 3 - перемычки
Примеры фольгового тензорезистора (в н.вр. используется наиболее широко):
П
ример
устройства тензодатчика RT:
Тензодатчик серии RT, делается из специального
алюминиевого сплава и для увеличения
устойчивости в промышленных условиях и защиты
от коррозии покрывается анодированным слоем,
реагирует на "сжатие" или "сжатие и растяжение"
по методу "балка изгиба".
В основном используется в упаковочных машинах,
магазинных весах, платформенных весах и
в конвейерном взвешивании.
Производится в максимально допустимых нагрузках:
100, 300, 600 кг.
Примеры использования:
Вагонные весы - производят взвешивание вагона в покое или в движении за один раз - целиком, или потележечно, или поосно:
Месдоза
Автомобильные весы – переход от рычажных к электронным:
1.4. Термометрические датчики (терморезисторы) – это устройства, электрическое сопротивление которых сильно меняется с температурой.
Терморезисторы изготовляют:
- из чистых металлов,
- из полупроводников.
Материал, из которого изготавливается такие датчики, должен обладать:
- высоким температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), определяемый как относительное приращение сопротивления (в %) при изменении температуры на 1 К.,
- по возможности линейной зависимостью сопротивления от температуры,
- хорошей воспроизводимостью свойств и инертностью к воздействиям окружающей среды.
В наибольшей степени всем указанным свойствам удовлетворяет платина; в чуть меньшей – медь и никель.
Терморезистор изготавливают в виде стержней,
трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок
преимущественно методами порошковой металлургии.
Их размеры могут варьироваться в пределах
от 1–10 мкм до 1–2 см.
Датчик температуры
на
основе термистора
Терморезисторы в качестве датчиков используют двумя способами:
1) Температура терморезистора определяется окружающей средой; ток, проходящий через терморезистор, настолько мал, что не вызывает нагрева терморезистора. При этом условии терморезистор используется как датчик температуры и часто называется «термометром сопротивления».
2) Температура терморезистора определяется степенью нагрева постоянным по величине током и условиями охлаждения. В этом случае установившаяся температура определяется условиями теплоотдачи поверхности терморезистора (скоростью движения окружающей среды – газа или жидкости – относительно терморезистора, ее плотностью, вязкостью и температурой), поэтому терморезистор может быть использован как датчик скорости потока, теплопроводности окружающей среды, плотности газов и т. п. В датчиках такого рода происходит как бы двухступенчатое преобразование: измеряемая величина сначала преобразуется в изменение температуры терморезистора, которое затем преобразуется в изменение сопротивления.
ПРИМЕР: Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ, MAF Sensor) измеряет массу, кг/час (ЭБУ суммирует показания объема, давления и температуры) атмосферного воздуха, поступаемого в двигатель. Датчик состоит из двух платиновых нитей (диаметром 0.07…01 мм), нагреваемых электрическим током до 140…170 С. Через одну нить, охлаждая её, проходит воздух, вторая является контрольной. По изменению тока, проходящего через охлаждаемую воздушным потоком платиновую нить, вычисляется количество воздуха, поступающего в двигатель.
