Вопрос3.

Привести основные варианты реализации датчиков угловой скорости, описать принцип действия, схемы включения, достоинства и недостатки, статические и динамические характеристики.

Индукционные датчики

Предназначены для преобразования скорости угловых или линейных перемещений в ЭДС. Они являются датчиками генераторного типа, т. к. создают электрическую энергию.

Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции.

Индукционный датчик линейной скорости:

Когда цилиндр движется в нем наводится ЭДС, т. к. пересекается магнитный поток. ЭДС зависит от скорости перемещения цилиндра .

Датчик угловой скорости:

Магнитное поле пересекает витки. При вращении наводится ЭДС, которое зависит от скорости вращения.

Можно вращать магнит относительно неподвижной обмотки (катушки).

(Используются в системах зажигания автомобилей).

Достоинства:

Высокая чувствительность и надежность, вследствие бесконтактного принципа действия.

Вопрос 4

4. Привести основные варианты реализации датчиков давления, описать принцип действия, схемы включения, достоинства и недостатки, статические и динамические характеристики.

1) Ёмкостный датчик (ЁД) давления.

Работа ЁД заключается в преобразовании давления, действующего на мембрану, в ёмкостное сопротивление.

Это датчик параметрического типа.

Чувствительность ЁД определяется как отношение приращения ёмкости к вызвавшему это приращение изменение давления.

Достоинства ЁД:

1. Высокая чувствительность.

2. Большая разрешающая способность при малых значениях входного сигнала.

3. Простота конструкции.

4. Малые габариты и масса.

5. Отсутствие подвижных токосъёмных контактов.

6. Высокое быстродействие.

7. Незначительная величина притяжения между пластинами.

Недостатки ЁД:

1. Малая мощность выходного сигнала.

2. Нестабильность характеристик при изменении параметров окружающей среды (температурные изменения приводят к серьезным изменениям параметров).

3. Влияние паразитных ёмкостей.

Схемы включения

1. Непосредственное измерение ёмкостного сопротивления.

2. Мостовая схеме подключения ЁД.

Данная схема предполагает использование дифференциальных емкостных датчиков.

когда длинная пластина посередине, то мост сбалансирован. Чувствительность увеличивается вдвое по сравнению с непосредственной схемой измерения. Силы притяжения пластин взаимокомпенсируются. Датчик реверсивный – чувствует направление перемещения.

3. Резонансная схема измерения емкости

2) Пьезоэлектрический датчик (пд) давления.

Работа датчика основана на пьезоэффекте. Он проявляется в некоторых кристаллах в виде появления на их гранях эл. зарядов разных знаков при сжатии или растяжении кристалла в определённом направлении.

В зависимости от силы сжатия меняется количество зарядов на гранях, т. е. меняется разность потенциалов.

Это датчик генераторного типа, т.к. генерирует сигнал. В этом заключается прямой пьезоэффект.

Разность потенциалов всегда появляется на гранях Х.

При сжатии по оси Х количество зарядов определится:

-сила сжатия и растяжения;

- пьезоэлектрическая постоянная, зависит от типов материалов и не зависит от размеров.

При сжатии вдоль оси Y (воздействии ):

b, c – размера кристалла;

Сжатие по оси Z не вызывает формирование зарядов.

Появляющееся заряды быстро исчезают при снятии силы, и заряды быстро стекают с поверхности кристалла, стекают по воздуху и т.д., следовательно такие датчики целесообразно использовать для измерения быстроменяющихся процессов, когда под действием переменных сил заряды постоянно пополняются.

ПД подобен конденсатору: - напряжение на кристалле.

Чувствительность ПД:

- пьезоэлектрическая постоянная, зависит от типовых материалов и не зависит от размеров.

ПД подкл. к внеш. эл. цепям, которые имеют собственную ёмкость и её значение влияет на чувствительность ПД.

Основными требованиями к измерительным цепям является максимально низкая входная ёмкость и максимально высокое входное сопротивление.

Мембранный датчик давления:

Наиболее часто применяемые материалы: (отсюда вытекают достоинства и недостатки)

1. Кварц: дешевый, механически прочный, параметры не зависят от температуры; но имеет малый .

2. Сегнетова соль: в 1000 раз больше чем у кварца, но она зависит от температуры и влажности, имеет малое удельное сопротивление (следовательно, заряды живут недолго).

3. Титанат бария: в 100 раз больше чем у кварца, механически прочен, переметры не зависят от температуры, но подвержен старению (уменьшантся на 10% за год).