Вопрос 6

Датчики сопротивления: разновидности, схемы включения, принцип действия, достоинства и недостатки, статические и динамические характеристики.

Терморезисторы Назначение и типы терморезисторов.

Терморезистор – параметрический датчик температуры, который изменяет cопротивление в зависимости от температуры нагрева. Диапазон температур широк: от -273 до 1500 . Они могут применятся не только для измерения температуры, но и для измерения других физических величин. В этом случае используются изменения теплопередачи среды или величина теплообмена между резистором и средой. Если терморезистор нагревать протекающим через него током, то температура его нагрева, а следовательно и его сопротивление будет зависеть от степени отвода тепла в окружающую среду. Это в свою очередь зависит от физических свойств среды: теплопроводности, плотности, вязкости, скорости обтекающего потока воздуха или жидкости и т. д. Различают металлические и полупроводниковые терморезисторы. Металлические терморезисторы изготовлены из химически чистых металлов: медь, платина, никель. Для чистых металлов сопротивление увеличивается на 0.4-07% при увеличении температуры на 1. Другие металлы (окислы, сплавы) применяются реже, т. к. они быстро окисляются в нагретой среде и меняют свои свойства.

Одним из основных параметров теплосопротивления является ТКС (температурный коэффициент сопротивления). Он показывает на сколько изменилось сопротивление терморезистора, при изменении температуры его нагрева на 1 . Знак при ТКС показывает как изменяется сопротивление. Металлические терморезисторы имеют положительный ТКС.

Помимо металлических терморезисторов в системах контроля и управления широко применяются полупроводниковые терморезисторы. Материалом для них служат германий и кремний с различными добавками. По сравнению с металлическими терморезисторами, полупроводниковые имеют меньшие размеры и на порядок больше ТКС.

Однако их характеристики существенно нелинейные, ТКС отрицателен, у них существует большой разброс параметров. По этим причинам полупроводниковые резисторы редко применяются для измерительных целей. В большинстве случаев они используются в системах контроля.

Металлические терморезисторы

Сопротивление металлического проводника зависит от температуры.

–константа, зависящая от типа материала и геометрических размеров.

–ТКС;

–температура в Кельвинах.

Оценим относительное изменение сопротивления при изменении температуры:

Пусть при

При

В связи с малостью величины х, без большой ошибки можно пренебречь членами 2-го порядка и более высокого порядка.

–основное уравнение металлического терморезистора. Такое выражение справедливо только для ТСМ (термометрическое сопротивление меди).

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

Вопрос 7

Индуктивные датчики: разновидности, схемы включения, принцип действия, достоинства и недостатки, статические и динамические характеристики.

Принципы действия индуктивных датчиков

где–толщина воздушного зазора;

–магнитная проницаемость воздуха;

–сечение.

Чувствительность датчика

–величина не постоянна, она обратно пропорциальна величине нач. .

Пусть

При

Одним из недостатков простейших индуктивных датчиков является то, что на якорь действует сила электромагнитного притяжения к сердечнику. Датчик не реагирует на направления перемещения, что неудобно для использования. Диапазон А-В достаточно невелик. Все это ограничение применения таких простейших датчиков в качестве измерителей. Их используют в качестве кольцевых выключателей (обнаружение и счет объектов).

Дифференциальные индуктивные датчики

Устранить недостатки обычных электромагнитных датчиков позволяют индуктивные дифференциальные датчики. Они представляют совокупность 2-х обычных индуктивных датчиков с общим якорем.

(когда якорь посередине)

Перемещение якоря вправо:

Перемещение якоря влево:

(отрицательное значение)

Результирующая характеристика:

Мостовая схема включения дифференциального датчика

Сбалансированный мост (сопротивление плечей равны, Uвых=0)

Мост сбалансированный, когда якорь посередине

Особенность дифференциальных и мостовых схем индуктивных датчиков:

1. Схемы имеют как min вдвое высокую чувствительность, чем обычные индуктивные датчики;

2. Датчики имеют реверсивную характеристику, т. е. изменяют знак выходного сигнала при изменении направления перемещения;

3. В этих датчиках сила притяжения якоря к сердечнику взаимокомпенсируется;

4. Дифференциальные датчики существенно менее чувствительнее к внешним паразитным воздействиям (изменение частоты, уровня Uпит, t и т. д.)

Реверсивные датчики, рассмотренной конструкции используют для измерения малых перемещений. (мм – 10 км, мм).

Для измерения больших перемещений применяются индуктивные датчики в виде катушки с подвижным внутри сердечником. Они называются плунжерными. Если сердечник полность введен внутрь катушки, её индуктивное сопротивление max, а ток в обмотке min (и наоборот).

Одной из важных особенностью таких датчиков является то, что они позволяют получить информацию о перемещении из замкнутого изолированного пространства.

Дифференциальные плунжерные датчики

Диапазон перемещений теоретически неограничен (зависит от размеров датчика).