- •Департамент образования и молодежной политики
- •Оглавление
- •Предисловие
- •1. Введение. Классификация элементов систем автоматики Основные понятия и определения
- •Обзор развития, современное состояние и значение элементов и технических средств автоматики
- •Основные принципы управления и регулирования
- •2. Типовые структуры и средства асу тп Обобщенная блок-схема асу тп. Комплекс типовых функций
- •Локальные системы контроля, регулирования и управления
- •Автоматизированные системы управления технологическими процессами
- •Принципы функциональной и топологической децентрализации
- •3. Типизация, унификация и агрегатирование средств асу тп Основные сведения
- •Унифицированные сигналы устройств автоматизации
- •Последовательная передача данных
- •Параллельная передача данных
- •Агрегатные комплексы
- •4. Функциональные схемы автоматизации Общие сведения
- •Изображение технологического оборудования и коммуникаций
- •Примеры построения условных обозначений приборов и средств автоматизации на функциональных схемах
- •Позиционные обозначения приборов и средств автоматизации
- •Примеры выполнения функциональных схем автоматизации
- •Последовательность чтения функциональных схем автоматизации
- •5. Автоматические регуляторы систем автоматики Общие сведения
- •Структурные схемы автоматических регуляторов
- •6. Электронные элементы систем автоматики Электронные компоненты
- •Резисторы
- •Конденсаторы
- •Катушки индуктивности
- •Полупроводниковые диоды
- •Биполярные транзисторы
- •Полупроводниковые тиристоры
- •Программируемые логические контроллеры
- •7. Электромагнитные устройства автоматики Электромагниты
- •Электромагнитные реле
- •Типовые релейные схемы
- •Синтез и минимизация дискретных схем логического управления
- •8. Выбор элементов систем автоматики Общие сведения
- •Выбор промышленных приборов и средств автоматизации
- •9. Трансформаторы Принцип действия и конструкция
- •Основные режимы работы и соотношения в трансформаторе
- •10. Измерительные преобразователи Общие сведения
- •Основные характеристики датчиков систем автоматики
- •11. Датчики температуры Общие сведения
- •Манометрические термометры
- •Термометры сопротивления
- •Термоэлектрические преобразователи
- •12. Датчики угловых перемещений Общие сведения
- •Шифраторы углового перемещения (положения)
- •13. Датчики давления Общие сведения
- •Классификация измерительных преобразователей давления
- •Пружинные приборы
- •Тензометрические измерительные преобразователи
- •Пьезоэлектрические измерительные преобразователи
- •14. Датчики уровня жидкостей и сыпучих материалов Общие сведения
- •Уровнемеры поплавковые, буйковые, акустические, ультразвуковые, радиоизотопные, емкостные, дифманометрические
- •Датчики-реле уровня поплавковые, емкостные, индуктивные, радиоизотопные, фотоэлектрические, акустические, мембранные и работающие на принципе проводимости
- •15. Технические средства измерения и контроля углового перемещения Тахогенераторы. Общие сведения
- •Синхронные тахогенераторы
- •Асинхронные тахогенераторы
- •Индукторные тахогенераторы
- •16. Технические средства измерения и контроля расхода материалов Общие сведения
- •Объемные счетчики
- •Скоростные счетчики
- •Расходомеры переменного перепада давления (дроссельные расходомеры)
- •Расходомеры обтекания
- •Расходомеры переменного уровня
- •Электромагнитные расходомеры
- •17. Технические средства измерения и контроля уровня среды Визуальные средства измерений уровня
- •Поплавковые средства измерений уровня
- •Буйковые средства измерений уровня
- •Гидростатические средства измерений уровня
- •Электрические средства измерений уровня
- •Акустические средства измерений уровня
- •Ультразвуковые средства измерений уровня
- •Радарные средства измерений уровня
- •Измерения уровня с помощью магнитных погружных зондов
- •Вибрационные сигнализаторы уровня
- •18. Исполнительные механизмы и устройства систем автоматики Общие сведения
- •Иу электрические, пневматические и гидравлические
- •Электрические исполнительные устройства
- •Основные характеристики эиу с электродвигателями
- •Позиционные эиу
- •19. Управление вентильными преобразователями Классификация управляемых преобразователей
- •Тиристорные преобразователи постоянного тока
- •Импульсные преобразователи постоянного тока
- •Коммутаторы переменного напряжения
- •Непосредственные преобразователи частоты
- •Инверторы напряжения
- •20. Электрические машины постоянного тока Общие сведения. Конструкция
- •Машина постоянного тока независимого возбуждения. Режимы работы и механические характеристики
- •Машина постоянного тока последовательного возбуждения. Режимы работы и механические характеристики
- •21. Электрические машины переменного тока Асинхронная машина переменного тока. Конструкция, режимы работы, механические характеристики
- •Синхронная машина переменного тока. Конструкция, режимы работы, механические характеристики
- •22. Электрические микромашины Электрические микромашины постоянного тока
- •Электрические микромашины переменного тока
- •Шаговые и моментные двигатели
- •Двигатели для микроперемещений
- •Литература
- •628400, Россия, Ханты-Мансийский автономный округ,
Тензометрические измерительные преобразователи
Тензоэффект, положенный в основу работы тензорезисторов, заключается в изменении активного сопротивления проводника (полупроводника) под действием вызываемого в нем механического напряжения и деформации.
Если проволоку подвергнуть механическому воздействию, например, растяжению, то сопротивление ее изменится. Относительное изменение сопротивления проволоки
ΔR/R = S •Δl/l ,
где S — коэффициент тензочувствительности;
Δl/l — относительная деформация проволоки.
Изменение сопротивления проволоки при механическом воздействии на нее объясняется изменением геометрических размеров (длины, диаметра) и удельного сопротивления материала.
Тензочувствительные проволочные преобразователи представляют собой тонкую зигзагообразно уложенную и приклеенную к подложке проволоку. Преобразователь устанавливают таким образом, чтобы направление ожидаемой деформации совпадало с продольной осью проволочной решетки. В качестве материала для преобразователя обычно используют константановую проволоку (у константана — малый температурный коэффициент сопротивления) и для подложки — тонкую бумагу (0,03…0,05 мм) и пленку лака либо клея (БФ-2, БФ-4, бакелитовый и др.).
Распространение также получили фольговые преобразователи, у которых вместо проволоки используется фольга, и пленочные тензорезисторы, получаемые путем возгонки тензочувствительного материала с последующим осаждением его на подложку.
Достоинства тензорезисторов: линейность статической характеристики преобразования, простота конструкции и малые габариты. Основной недостаток — низкая чувствительность.
В тех случаях, когда требуется высокая чувствительность, находят применение полупроводниковые тензочувствительные преобразователи (поликристаллические из порошкообразного полупроводника и монокристаллические из кристалла кремния). Поскольку чувствительность полупроводниковых тензорезисторов в десятки раз выше, чем у металлических, и, кроме того, интегральная технология позволяет в одном кристалле кремния формировать одновременно как тензорезисторы, так и микроэлектронный блок обработки, то в последние годы получили преимущественное развитие интегральные полупроводниковые тензочувствительные преобразователи. Такие элементы реализуются либо по технологии диффузионных резисторов с изоляцией их от проводящей кремниевой подложки p-n-переходами — технология «кремний на кремнии», либо по гетероэпитаксиальной технологии «кремний на диэлектрике» на стеклокерамике, кварце или сапфире. Особенно широкое применение в изготовлении измерительных преобразователей давления в силу своих высоких механических, изолирующих и теплоустойчивых качеств получила технология КНС — «кремний на сапфире» (в частности, распространение получили датчики серии «Сапфир-22М» и «Метран-22» российского производства).
На рис.13.4,а показана сапфировая мембрана 3 с расположенными на ней однополосковыми тензорезисторами p-типа с положительной 1 и отрицательной 2 чувствительностями. Положительной чувствительностью обладает тензорезистор, у которого отношение ΔR/R>0, если же ΔR/R<0 — чувствительность отрицательна.
Рис. 13.4. Конструкция полупроводникового тензорезистора
Структура однополоскового тензорезистора приведена на рис.13.4,б. Здесь: 1 — тензорезистор; 2 — защитное покрытие; 3 — металлизированные токоведущие дорожки; 4 — упругий элемент преобразователя (сапфировая мембрана). Тензорезисторы можно располагать на мембране так, что при деформации они будут иметь разные по знаку приращения сопротивления. Это позволяет создавать мостовые схемы, в каждое из плеч которого включаются тензорезисторы с соответствующим значением ΔR/R и даже термокомпенсационные элементы.