Михайлов_Автоматика и автоматизация измерений

Для регистрации Iф в цепь включ. Rнагр., с кот. снимают Uн. Использ-тся для регистр. инт-сти светового потока в

спектрометрах, спектрофот-х.

Фотодиоды и фототранзисторы.

Для регистрации свет. потоков можно использ-ть п/проводниковые диоды:

Рис.

Принцип действия связан с особенностью ВАХ п/проводникового диода:

Рис.

Если область р-n-перехода осв-сть свет. потоком с энергией квантов hν, при обратном включении п/п диода возрастает Iобр, кот. легко регистрируется и пропорц-на световому потоку.

В основном такие фотодиоды вып-ся для видимой и ИК областей спектра.

Фоторезисторы. Iб

Рис.

При изменении светового потока, освещающий эмиторный переход, входн. хар-ка измен-ся. Когда появл-ся освещающий Ф, вых. ток транзистора (Iк) резко возрастает.

Явление позволяет регистрировать сверхмалые Ф с одноврем. усилением сигнала.

Фотоэлектронный умножитель.

Явление выбивания электронов из материала под действием hν использ-ся в фотоумножителях для получ-я знач-го по влиянию фототока.

Световой поток попадает на пластину, покрытую в-вом с малой работой выхода электронов. hν выбивает электроны от пов-сти.

Рис.

Электроны, попадая на след-ую пластину, выбивая электроны, отраж-ся.

Каждая из послед. пластин нах-тся под «+» потенциалом для создания поля притяжения электронов.

В послед электрод включ. Rн, по кот. течет сут. фототок, Iфэу. ФЭУ позволяет регистрировать даже един. кванты света.

19 Приборы с зарядовыми состояниями. ПЗС – матрицы

Предназначены такие устройства для регистрации больших по размеру светящихся объектов. Прибор представляет из себя матрицу, на поверхности которой методами микроэлектроники создается множество изолированных др. от др. р-n-переходов. Структура представляет из себя: нижний слой - Ме, следующий слой - оксид Ме, верхний – полупроводниковый материал. Такие стр-ры наз. МОП-стр- ры.

полупроводник

МеО

Ме

Электрически каждый из этих квадратов представляет конденсатор, заряд которого может меняться в зависимости от велич. светового потока, падающего на полупроводник. Заряд каждого конденсатора меняется в зависимости от характера распределения светового потока.

Верхняя обкладка каждого конденсатора имеет свой собственный вывод (контакт), с помощью интегральной электроники производится опрос состояния каждого конденсатора (снятие заряда с обкладки). Причем эта операция может проводиться как последовательно, так и параллельно. В результате после превращения такого эл. сигнала из аналоговой в цифровую форму на экране встроенного в прибор микропроцессора формируется изображение объекта.

Из физики известно, что если внутрь катушки индуктивности поместить магнитный материал, то вел. индуктивности будет меняться

по след. з-ну:

L=μ ( ω2S/l )

ω – число витков; μ - суммарная магнитная проницаемость; l – длина;

S – сечение.

Очень часто магнитная проницаемость такой катушки используется как переменный параметр.

μ =( μ0 μs)/(1+( δ/S) μs)

μ0 - магнитная проницаемость вакуума; μS - магнитная проницаемость среды;

δ – ф-ция какого-либо измеряемого параметра

δ = f(П)

1) l = var

Для измерений перемещений, длин, размеров.

2) δ = f(П)

Для измерений давлений, скоростей.

L = f(δ)

3) L = f(М) магнитная связь

Могут измеряться угловые перемещения.

4)Такая же сис-ма может применяться и для лин. угловых перемещений.

Использ. для измерений неоднородности поверхности, температур, давлений.

5) трансформаторные индуктивные датчики.

n=U1/U2

Коф-т трансформации может меняться в зависимости от типа сердечника (магнитопровода); положения втор.обмотки.

20 Индуктивные преобразователи

Эквивалентная схема индукт. преобр.:

Для правильного подключения индукт. датчика в измерит. цепи необходимо представить его электрич. схему. Такие схемы наз. схемы замещения. В измерительной технике использ. 2 вида эквивалентной схемы:

1) для низкочастотных L-датчиков

R=ρ(l/S)

2) для высокочастотных L- датчиков (f<10-30 кГц)

Cм.в

Чем больше частота, тем больше См.в Статические характеристики индуктивных преобразователей:

Статическая харак-ка – зависимость вых. сигнала от велечины вх. Учитывая сложную функциональную зависимость магнитной

проницаемости катушки статич. характеристики нелинейны.

Для устранения нелин. статич. хар-ки используют разбиение индукт. преобразователя на 2 части включенные между собой встечно или дифференциально. Бывают включения L- катушки согласное и встречное.

1)

2)

Достоинство диффер. включения не только в линеаризации статич. хар-ки, но и в увелич. чувствительности, возможность перемещения в обоих направлениях.

В измерительной технике на основе такого включения используют диффер. трансформатор, представляющий из себя трансформатор с разделенным на 2 части катушками индуктивности.

При нейтральном расположении сердечника:

а) U2=0 – ЭДС и соответствующее им напряжение равны и направлены противоположно др. др.

б) при смещении сердечника в любом направлении равенство ЭДС нарушается, на вых. вторичной обмотке возникает напряжение пропорц. перемещению.

U2~l

На статич. харак-ке эта ситуация отображается след. образом:

Достоинство L-преобразователей:

-простота;

-надежность;

-вопроизводимость статич. хар-ки;

-возможность измерений перемещений, Р, Т,v Недостатки:

-Нелин. статич. хар-ка;

-зависимость от внешних магнитных полей.

21 Емкостные преобразователи

Статические характеристики емкостных ПИП, соотв. каждому из способов изменения C, предст-т собой след. зависимости:

В первом случаи С=f(ε), ε- диэлектрическая проницаемость диэлектрика, емкостной датчик используется для измерения переменной (e), размеров,t,p, уровней и т.д.

_____

______

Во 2 случае, С=f(S),C- датчик м.использоваться в аналогичных

случаях, угловые перемещения.

В 3 случае, С=f(α),C- датчик не исп-ся для измерений небольших переем-ний, поскольку стат. хар-ка в этом случае сильно нелинейно.

Конструкции емкостных ПИП

1плоскостные конд-ры с подвижным дизл-м ( измер. перемещений)

2плоскостные конд-ры с подв. пластинами ( лин. и углов. пер-ния)стат. хар-ка при измер. угл. пер-ний нелинейна, исп-т специальные формы пластин:

3 для измерения в автомат.следящих устр-вах используют цилиндрические конд-ры:

С=2ΠІε\(ln R\r)

4

Двухпроводные канд-ры: измер. уровней жидких и сыпучих сред.

ε (εдεвоздεж)