Основные характеристики датчиков.

Функция преобразования измерительного прибора – это статистическая характеристика первичного преобразователя или функциональная зависимость выходной величины от входной представленная формулой или графиком.

В случае аналогового датчика всегда стремятся иметь линейную характеристику преобразования, упрощающую анализ прибора.

Погрешность – это качество измерительного прибора.

Погрешность бывает:

• Инструментальная (недостаточное качество узлов, трение, влияние температуры на узлы);

• Методическая (влияние температурного расширителя жидкости, гже объем контролируется датчиком уровня).

Характеристика датчика – это зависимость между электрическим параметром датчика и измеряемой неэлектрической величиной:

M = f(N), где:

М – электрическая величина (параметр);

N – измеряемая неэлектрическая величина.

Области чувствительности датчиков.

1. Нормальная чувствительность датчика;

2. Неудовлетворительная чувствительность датчика;

3. Нет чувствительности.

Порог чувствительности прибора – это наименьшее значение измеряемой величины, вызывающее заметное на фоне помех измерения результат измерения.

Различают:

1. Абсолютные первичные преобразователи (датчики абсолютных значений) – имеют однозначную зависимость между входной величиной и выходным кодом;

2. Инкрементные первичные преобразователи (датчики накапливающего типа и датчики приращений) – монотонное изменение входной величины вызывает последовательность импульсов на выходе.

Инертность датчика – это время, в течении которого выходная величина принимает значение соответствующее входной величине.

Статическая характеристика датчика – это зависимость изменения входных величин.

Чувствительность датчика – это отношение приращения выходной величины к приращению входной величины.

Чувствительность датчика – это коэффициент передачи датчика.

Устройство и принцип работы датчиков.

По назначению в САУ датчики можно разделить на датчики: пути и положения рабочих органов, скоростные, силовые, углового положения или угла рассогласования, размерные, тепловые, и т. д.

Эти датчики обеспечивают создание управляющих сигналов в зависимости от пройденного пути или положения рабочих органов управляемого объекта. Датчики пути и положения рабочих органов различают на :

Электроконтактные датчики представляют собой конечные путевые включатели, микропереключатели. У датчиков имеются штоки или рычаги 2, которые воздействуют через механизм передачи на контакты 1.

Датчики пути и положения рабочих органов.

Принцип действия датчиков основан на том, что их устанавливают на неподвижных частях рабочих органов в определенном положении, а движущиеся рабочие органы, на которых укреплены кулачки, достигнув заданного положения воздействуют на датчики, вызывая их срабатывание.

Индуктивные датчики.

Принцип их действия основан на изменении индуктивности катушки с подвижным якорем вследствие изменения магнитной проницаемости. Индуктивные датчики, как электроконтактные, можно использовать как датчики пути или положения и как размерные. Если перемещать якорь 1 датчика, воздушный зазор δ будет изменяется, что вызовет изменение индуктивности обмотки ω>_Д. Сила тока в цепи обмотки датчика:

где Z - полное сопротивление цепи; C_П - напряжение питания датчика; R - активное сопротивление цепи; X_L = 2πfL -индуктивное сопротивление обмотки.

Если U_П , R, f постоянны, то сила тока I в катушке, а следовательно, в напряжении U будут пропорциональны воздушному зазору δ, т. е. U=I=кδ. Датчики работают при частоте питающей сети 50 – 5000 Гц.

Фотоэлектрические датчики.

Фотоэлектрические датчики представляют собой обычное фотореле установленное на рабочий орган (ДРО), переместившись в установленное положение, экраном перекрывает поток света Ф, вызывая срабатывание фотореле (ФР). В промышленности применяют также размерные фотоэлектрические датчики.

Фотоэлектрический размерный датчик состоит из диска, который соединен с ДРО. На диске нанесены штрихи или прорези с определённым шагом t. При движении рабочего органа штрихи на диске перекрывают световой поток Ф, вызывая срабатывание фотореле. Изменение перемещение ∆L = nt, где n — число срабатывания фотореле; t — цена деления шага. Имеются датчики, которых в качестве измерительных шкал применяют линейки с нанесенными штрихами.

Датчики углового положения.

Датчики углового положения создают управляющий сигнал в зависимости от углового положения или угла рассогласования между рабочими органами.

Потенциометрический датчик.

Потенциометрический датчик состоит из потенциометров П1 и П2, которые подключены параллельно к общему источнику питания Uп.

Подвижные контакты потенциометров К1 и К2 соответственно соединены механически с задающим (ЗРО) и исполнительным (ИРО) рабочими органами.

Напряжение, снимаемое с подвижных контактов потенциометров, является напряжением сигнала U_c .

При согласованном положении рабочих органов (подвижные контакты находятся в одинаковом положении), когда α≠β, напряжение сигнала равно нулю. При рассогласованном положении, когда α≠β, сигнал датчика на выходе не равен нулю, т.е. U_c ≠ 0. Причем сигнал будет пропорционален углу рассогласования т. е. U_c = α – β, а знак сигнала Определяет направление рассогласования (U_{c ≠} 0 означает, что U_c > 0 или U_c <0 т. е. сигнал соответственно положительный или отрицательный).

Сельсины.

Сельсины представляют собой трансформаторы с воздушным зазором, у которых при вращении ротора происходит плавное изменение величины ЭДС, наведённое в обмотке ротора. Обычно сельсины работают в паре: сельсин, связанный с ведомым валом, называют сельсином-приемником, а сельсин, связанный с ведущим валом, - сельсином-датчиком.

Однофазная обмотка сельсина расположена на статоре, а трёхфазная — на роторе. Трехфазная обмотка состоит из трех катушек, сдвинутых относительно друг друга на 120°. Они уложены в пазы ротора и соединены в звезду. Концы фазовых (C1, C2, СЗ) обмоток выведены на три контактных кольца, расположенных на валу ротора.

Датчики скорости.

Датчики скорости создают управлявшие сигналы в зависимости от скорости.

Тахогенераторы.

Тахогенераторы служат для изменения частоты вращения. В зависимости от рода тока различают тахогенераторы постоянного и переменного тока. Тахогенераторы постоянного тока разделяют по способу возбуждения на тахогенераторы с возбуждением от постоянных магнитов и с электромагнитным возбуждением. Те и другие представляют малогабаритную машину постоянного тока. Напряжение на зажимах якоря пропорционально частоте вращения вала якоря, т. е. E = U_я= к_еФω, где Е - ЭДС, индуцируемая в обмотке якоря; Ф - поток возбуждения; к_е - конструктивный коэффициент машины.

По принципу действия тахогенераторы переменного тока делят на синхронные и асинхронные. Конструкция асинхронного тахогенератора подобна конструкции двухфазного асинхронного двигателя. Тахогенератор имеет две обмотки: обмотку возбуждения(ОВ) и выходную обмотку. При вращении ротора в выходной обмотки наводится ЭДС, пропорциональная частоте вращения.

Силовые датчики.

Силовые датчики обеспечивают создание управляющих сигналов в зависимости от сил, создаваемых в рабочих органах.

Пьезометрические датчики. Пьезометрические датчики для измерения сил представляют собой кварцевую пластину 1. С двух сторон на неё напылены или приклеены токопроводящим клеем электроды 2, с которых снимается выходное напряжение.

Два электрода и кварцевый диэлектрик образуют конденсатор, на электродах которого присутствуют электрические заряды, возникающие вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта при сжатии кварцевой пластины силой Р.

Электрический заряд пропорционален сжимающей силе P:Q=αP, где α - коэффициент пропорциональности, называемый пьезомодулем. Под действием изменяющейся силы Р на электродах датчика появляется выходное напряжение

где С_д - емкость датчика; С_м - монтажная ёмкость. Выходное напряжение датчиков изменяется от единиц милливольт до единиц вольт.

Вывод по работе: В ходе работы изучил конструкции, устройство и принцип работы датчиков; сняли и построили статистические характеристики и определили рабочую зону.

Компетенции:

Общие компетенции: Сигнал, классификация датчиков, устройство, характеристика датчиков.

Профессиональные компетенции: Научился снимать статическую характеристику индуктивного датчика, находить область чувствительности датчика.

Основные понятия о датчиках.

№	Название термина	Определение	Изучение
			До УТС	Раздел	После УТС
1	Датчик	термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал
2	Сигнал	изменение некоторой физической величины, служащее для регистрации события.
3	Электрический дискретный сигнал	это сигнал, характеризующийся состоянием: 1 – указывающий наличие сигнала и 0 – указывающий на отсутствие сигнала
4	Чувствительность датчиков	Отношение приращения выходной величины к входной
5	Порог чувствительности датчиков	Это наименьшее значение выходной величины, которая вызывает появление сигнала
6	Инертность датчика	Это время, в течении которого выходная величина принимает значение соответствующее входной величине
7	Характеристика преобразования датчика	Это зависимость между электрическим параметром и параметром датчика измеряемой неэлектрической величиной
8	Параметрический датчик	Это устройство, которое преобразует управляемую величину в параметр электрической цепи
9	Генераторный датчик	Это устройство, которое преобразует неэлектрическую энергию входного сигнала, пропорционально значению выходного сигнала
10	Ёмкостной датчик	Это измерительный преобразователь в виде электрического конденсатора, ёмкость которого измеряется пропорционально значению выходного сигнала
11	Индуктивный датчик	Это устройство, которое преобразует угловое или линейное перемещение в электрический сигнал
12	Фотоэлектрический датчик	Это устройство, которое преобразует в электрический сигнал различные неэлектрические величины
13	Датчик пути и положения	Это устройство, предназначенное для создания управляющего сигнала в зависимости от пройденного пути или положения рабочих органов управляемого объекта
14	Датчик углового положения	Это устройство, предназначенное для создания управляющего сигнала в зависимости от углового положения и угла рассогласования между рабочими органами.
15	Датчик скорости	Это устройство, предназначенное для создания управляемого сигнала в зависимости от скорости вращения рабочих органов
16	Силовой датчик	Это устройство, предназначенное для создания управляющего сигнала в зависимости от сил создаваемых в рабочих органах
17	Сельсин	Это индукционная машина высокой точности, используемая в качестве датчиков в обратной связи по положению.