Классификация промежуточных преобразователей

Тензометрические преобразователи

Метод тензометрии основан на измерении деформаций.

Изменение сопротивления является мерой возникшей деформации и она может быть измерена средством измерений, подключенным к тензорезистору. Тензорезистор является пассивным преобразователем, поэтому на него необходимо подавать питание от электрического источника напряжения (постоянного или переменного).

Чувствительный элемент тензорезистора представляет собой решетку, выполненную из тонкого электрического проводника. В обычном исполнении решетка заделана в тонкопленочную полимерную основу, электрически изолирующую ее от объекта измерения, придающую ей деформацию и защищающую от повреждений.

Тензорезисторы имеют малые размеры, малую массу (около 10...500 мг) и малую жесткость. Поэтому динамическая и статическая характеристики даже небольших объектов измерения практически стабильны, что является особым преимуществом тензорезистора по сравнению с другими тензометрами.

Различают металлические и полупроводниковые тензорезисторы.

Емкостные преобразователи

Действие емкостных преобразователей основано на зависимости емкости конденсатора от расстояния между пластинами, или от эффективной площади пластин, или от диэлектрической проницаемости, которые могут изменяться под действием измеряемой величины (рис. 20). На рис. 20, а входной величиной является расстояние между пластинами. Максимальная чувствительность емкостного преобразователя соответствует минимальному расстоянию между пластинами, поэтому предпочтительны большие пластины с малым расстоянием между ними (рис. 21, а).

На рис. 20, б представлен преобразователь, в котором эффективная площадь пластин изменяется путем изменения их частичного перекрытия, а рис. 21, 6 показывает, что в этом случае емкость зависит линейно от изменения эффективной площади пластин, т. е. линейно зависит от перемещения пластин относительно друг друга. Линейную зависимость емкости можно получить (рис. 21, в), меняя диэлектрическую проницаемость перемещением диэлектрика между пластинами (рис. 20, в). Емкость концентрических трубок, изображенных на рис. 20, г, линейно зависит от перекрытия (рис. 21, б). При измерениях переменного давления газа можно использовать простой емкостный микрофон (рис. 20, д).

Емкостные преобразователи имеют отличную частотную характеристику, т. е. их полоса пропускания очень широка. Они могут применяться как для статических, так и для динамических измерений.

Пьезоэлектрические преобразователи

Пьезоэффект (открыт в 1880 г. братьями Ж. и П. Кюри) связывает механическую деформацию в кристалле с возникающим в нем электрическим сигналом. Электрическое напряжение, приложенное к пьезоэлектрическому кристаллу, вызывает его механические деформации (обратный пьезоэффект) и, наоборот, механическое воздействие на кристалл порождает в нем электрическое напряжение (прямой пьезоэффект). Пьезоэлектрические датчики, действие которых основано на прямом пьезоэффекте, преобразуют, например, давление в пропорциональный электрический сигнал.

Пьезоэлектричество наблюдается как в монокристаллических материалах, например кварце, так и в поликристаллических материалах, например керамике.

Одним из основных типов пьезокерамических датчиков является осевой (механическая сила действует вдоль оси поляризации). В осевых датчиках пьезоэлемент может представлять собой диск, кольцо, цилиндр или пластину.