19. Датчики с изменяющейся эдс (пьезоэлектрические датчики)

Устройство датчиков давления с изменяющейся ЭДС основано на использовании пьезоэлектрического эффекта.

На рис.20 показано расположение осей:

Z – оптической,

Х – электрической и

Y – нейтральной как в кристалле кварца, так и в пластинке датчика, которую обычно вырезают из кристалла.

При действии силы Р_х вдоль оси Х на гранях пластинки f_x появятся заряды (так называемый продольный пьезоэффект), величина которых определяется следующей зависимостью:

q_x = k₀P_x/

При действии силы Р_у вдоль оси Y на тех же гранях

Рис.20 пластинки f_x появятся заряды (так называемый поперечный пьезоэффект), величина которых определяется как

q΄_x = -k ,

где f_х и f_у - площади граней пластинки, перпендикулярные осям Х и Y.

При действии силы Р_Ζ вдоль оси Z пьезоэффект не наблюдается.

Заряды противоположных граней пластинки f_x равны между собой и имеют разные знаки. Знаки зарядов определяются напряжением силы Р_х (сжатие или растяжение).

Коэффициент k₀ называется пьезоэлектрической постоянной или модулем. Значение k₀: для кварца k₀ = для турмалина k₀ = ; для сегнетовой соли k₀ = . Датчик представляет собой пластинку кристалла с нанесенными на гранях f_x обкладками. Напряжение между обкладками, т. е. между гранями f_x, равно:

,

где С- емкость датчика;

;

- диэлектрическая постоянная материала пластинки;

d – толщина пластинки, см;

f_x- площадь грани, перпендикулярной оси Х, см;

С₀ – емкость присоединенной к датчику схемы (емкость проводов, промежутка сетка – катод усилительной лампы и т. п.).

Чувствительность датчика определяется как

.

В качестве материала для пластин датчиков чаще всего используют кварц, так как турмалин дорог, а сегнетова соль изменяет свои параметры при изменении температуры и влажности.

В последнее время в качестве материала для пластин широкое распространение титанат бария .

20. Датчики скорости Тахогенераторы

В этих датчиках удобно использовать в качестве входной величины изменение угловой скорости. Поэтому действие такого датчика аналогично работе генератора.

Е=СФп

, где - постоянная потока.

Тахогенераторы

Требования:

1. Линейность выходной характеристики

2. Большая крутизна выходной характеристики (чувствительность, при небольшом напряжении частоты вращения выходное напряжение изменяется очень сильно)

3. Малая амплитудная погрешность

4. Малая фазовая погрешность (для ТГ I)

5. Минимальная пульсация выходного напряжения (для ТГ = I)

6. Малый момент инерции ротора

7. Минимальная масса и габариты

Тахогенераторы постоянного тока (ТГ = I)

С электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением

В режиме холостого хода (ХХ)

Статическая характеристика

Рис.22

если подключить нагрузку





За счет перехода коллектор-щетка появляется зона нечувствительности, также существует понятие скорость нечувствительности. Для уменьшения сопротивления щеток (зоны нечувствительности) применяют медно-графитовые и серебряно-графитовые щетки.

Если входной величиной для ТГ = I является , то ТГ представляет собой апериодическое звено I порядка, если же входной величиной является угол поворота, то ТГ представляет собой реальное дифференцирующее звено. Крутизна выходной характеристики лежит в пределах (для типовых ТГ) 3 – 100 млВ/об, их применяют в системах автоматического управления.