Лабораторная работа №1

Тема: Датчики автоматики

Цель: Ознакомление с конструкцией и принципом действия датчиков автоматики

План

1. Общие сведения о датчиках автоматики;

2. Классификация датчиков автоматики;

3. Генераторные датчики;

1. Конструкция генераторных датчиков;

1. Пьезоэлектрические датчики

2. Термоэлектрические датчики (термопары)

3. Индукционные

4. Фотоэлектрические датчики

2. Принцип работы генераторных датчиков;

1. Пьезоэлектрические датчики

2. Термоэлектрические датчики (термопары)

3. Индукционные

4. Фотоэлектрические датчики

3. Назначение и область применения генераторных датчиков;

1. Пьезоэлектрические датчики

2. Термоэлектрические датчики (термопары)

3. Индукционные

4. Ф

   Рис. 4

   отоэлектрические датчики

4. Параметрические датчики;

1. Конструкция параметрических датчиков;

1. Реостатные датчики

2. Терморезисторы

2. Принцип работы параметрических датчиков;

1. Реостатные датчики

2. Терморезисторы

3. Назначение и область применения параметрических датчиков;

1. Реостатные датчики

2. Терморезисторы

5. Техника безопасности при эксплуатации и обслуживании параметрических датчиков;

6. Вывод.

Ход работы

1. Общие сведения.

Датчиком (измерительным органом, чувствительным элементом) называется элемент, преобразующий контролируемую или регулируемую величину в ве­личину другого вида, более удобного для взаимодействия на управляющий ор­ган системы автоматики и телемеханики.

С помощью электрических датчиков получаются наиболее простые, удобные и надежные формы связи задающих и исполнительных систем автоматического регулирования. Электрические датчики используются практически во всех об­ластях современной техники. Большинство электрических датчиков обладает универсальностью, и их можно применять для решения различных технических задач. Тем не менее, при разработке систем автоматического регулирования не­обходимо использовать такие датчики, которые обеспечивают оптимальное со­пряжение проектируемой (разрабатываемой) системы автоматического регули­рования с внешними источниками информации. Правильный выбор можно осуществлять, только зная основные технические характеристики датчиков.

2. Классификация датчиков

Классификация по виду выходных величин

• Активные (генераторные)

• Пассивные (параметрические)

Классификация по измеряемому параметру

Датчики давления

• абсолютного давления

• избыточного давления

• разрежения

• давления-разрежения

• разности давления

• гидростатического давления

Датчики расхода

• Механические счетчики расхода

• Перепадомеры

• Ультразвуковые расходомеры

• Электромагнитные расходомеры

• Кориолисовые расходомеры

• Вихревые расходомеры

Уровня

• Поплавковые

• Ёмкостные

• Радарные

• Ультразвуковые

Температуры

• Термопара

• Термометр сопротивления

• Пирометр

Датчик концентрации

• Кондуктометры

Радиоактивности (также именуются детекторами радиоактивности или излучений)

• Ионизационная камера

• Датчик прямого заряда

Перемещения

• Абсолютный шифратор

• Относительный шифратор

• LVDT

Положения

• Контактные

• Бесконтактные

Фотодатчики

• Фотодиод

• Фотосенсор

Датчик углового положения

• Сельсин

• Преобразователь угол-код

• RVDT

Датчик вибрации

• Датчик Пьезоэлектрический

• Датчик вихретоковый

Датчик механических величин

• Датчик относительного расширения ротора

• Датчик абсолютного расширения

Датчик дуговой защиты

Классификация по принципу действия

• Оптические датчики (фотодатчики)

• Магнитоэлектрический датчик (На основе эффекта Холла)

• Пьезоэлектрический датчик

• Тензо преобразователь

• Ёмкостной датчик

• Потенциометрический датчик

• Индуктивный датчик

Классификация по характеру выходного сигнала

• Дискретные

• Аналоговые

• Цифровые

• Импульсные

Классификация по среде передачи сигналов

• Проводные

• Беспроводные

Классификация по количеству входных величин

• Одномерные

• Многомерные

Классификация по технологии изготовления

• Элементные

• Интегральные

3. Генераторные датчики

Генераторные датчики являются источником непосредственно выдаваемого электрического сигнала. Это — термоэлектрические преобразователи; устройства, в основе функционирования которых лежат пиро- и пьезоэлектрические эффекты, явление электромагнитной индукции, фотоэффект, эффект Холла и др.

Рис. 1

Генераторные датчики выдают на выход измерительный сигнал за счет собственной внутренней энергии и не нуждаются в каких-либо внешних источниках. Характерным примером такого рода датчика может служить датчик скорости вращения типа тахогенератора. Развиваемая тахогенератором ЭДС может быть пропорциональной скорости вращения его ротора.

В генераторных датчиках осуществляется преобразование измеряемого параметра непосредственно в электрический сигнал (т. е. они генерируют электрическую энергию). К таким датчикам относятся: пьезоэлектрические датчики, индукционные, фотоэлектрические датчики, термоэлектрические датчики (термопары)

1. Конструкция генераторных датчиков.

1. Пьезоэлектрические датчики

В качестве пьезоэлектрических используют обычно естественные материалы - кварц и турмалин, а также искусственно поляризованную керамику на основе титаната бария (BaTiO₃), титаната свинца (PbTiO₃) и цирконата свинца (PbZrO₃). Можно использовать и другие материалы. Датчик представляет собой пластинку, на противоположных поверхностях которой напылены проводящие пленки-электроды.

2. Термоэлектрические датчики (термопары)

Термоэлектрический преобразователь (термопара) представляет собой чувствительный элемент, состоящий из двух разных проводников или полупроводников, соединенных электрически, и преобразующий контролируемую температуру в ЭДС.

2. Индукционные

Индуктивный датчик - это преобразователь параметрического типа, принцип действия которого основан на изменении индуктивности L или взаимоиндуктивности обмотки с сердечником, вследствие изменения магнитного сопротивления RМ магнитной цепи датчика, в которую входит сердечник.

2. Фотоэлектрические датчики

Фотоэлектрический датчик состоит из зеркальца, установленного на вращающемся объекте, источника освещения ( лампа накаливания) и фотоэлемента. В определенных положениях вращающегося вала луч света отражается от зеркальца и попадает на фотоэлемент. Сопротивление фотоэлемента резко изменяется. Фотоэлемент включен в схему электронного частотомера, по которому отсчитывается измеряемая скорость.

2. Принцип работы генераторных датчиков.

1. Пьезоэлектрические датчики

Принцип действия пьезоэлектрических преобразователей основан на использовании прямого или обратного пьезоэлектрических эффектов. Прямой пьезоэффект заключается в способности некоторых материалов образовывать электрические заряды на поверхности при приложении механической нагрузки, обратный - в изменении механического напряжения или геометрических размеров образца материала под воздействием электрического поля (рис.2).

Рис. 2

2. Термоэлектрические датчики (термопары)

Рис. 3 Схема выключения термопар: а – контур из двух разнородных проводников; б – термопара с милливолтметром; в – последовательное соединение термопар.

Принцип действия термоэлектрического преобразователя основан на использовании термоэлектродвижущей силы, возникающей в контуре из двух разнородных проводников A и В, места соединения (спаи) которых нагреты до различных температур (рис. 3, а). Знак и значение термоЭДС в цепи зависят от типа материалов и разности температур в местах спаев. При небольшом перепаде Δθ температур между спаями термоЭДС Е_АВ можно считать пропорциональной разности температур Δθ:

Е_{АВ =} K_sAB Δθ,

где K_sAB - чувствительность термопары.