Глава 11 струнные датчики

§ 11.1. Назначение и принцип действия

Для измерения неэлектрических величин применяется и частотный метод, при котором измеряемая величина преобразуется в перемен­ное напряжение, частота которого зависит от этой величины. До­стоинством частотного метода измерения является то, что в процес­се передачи и дальнейшей обработки частотного выходного сигнала не возникает дополнительной погрешности. Действительно, если выходным сигналом датчика является напряжение, то при передаче такого сигнала на расстояние происходит падение напряжения на проводах линии связи. Если выходным сигналом датчика является, например, сопротивление, то к нему добавляется сопротивление проводов линии связи. А в частотном методе измерения наличие со­противления проводов линии связи и внутреннего сопротивления измерительного прибора не изменяют частоту сигнала. Еще одним достоинством частотного сигнала является удобство преобразования его в цифровой код. Это особенно важно в связи с развитием в по­следнее время цифровых измерительных приборов и применением в' автоматике цифровых вычислительных машин.

Наибольшее развитие для преобразования неэлектрических ве­личин в частоту получили струнные датчики. Принцип действия струнного датчика основан на зависимости собственной частоты

колебаний натянутой струны длиной /и массой т от силы натяже­ния F:

Струнные датчики используются в приборах для измерения силы, давления, расхода, температуры и др. При воздействии на струну измеряемой силы струна практически не растягивается, поэ­тому первичный преобразователь (например, мембрана в датчике давления) работает, почти не деформируясь. Это обстоятельство су­щественно снижает погрешность измерения из-за механического гистерезиса и упругого последействия материала первичного преоб­разователя.

Струнный датчик (рис. 11.1) состоит из струны /, возбудителя 2 и приемника 3. Одним концом струна жестко закреплена, а другим концом соединена с первичным преобразователем, например мемб­раной 4 на рис. 11.1. При изменении давления Р изменяется сила натяжения струны. С помощью возбудителя 2, которым может быть электромагнит, струна выводится из состояния равновесия и начи­нает колебаться с частотой /, определяемой давлением Р. Приемник 3 преобразует перемещение струны с частотой / в электрический сигнал такой же частоты. В качестве приемника 3 может использо­ваться индуктивный, емкостный или любой другой датчик. На практике чаще всего применяют электромагнитный датчик. Дело в том, что он может попеременно выполнять функции то возбудите­ля, то приемника. Когда на его обмотку подается напряжение, то он создает электромагнитную силу притяжения струны и возбуждает ее

колебания. А когда струна уже ко­леблется, то с этой же обмотки сни­мается переменное напряжение, ча­стота которого равна частоте коле­баний струны.

Струнные датчики используют­ся в двух режимах: автогенератор­ном и в режиме работы по запросу. В первом случае струна постоянно колеблется, а во второе — работает в более легких условиях, срок служ­бы ее увеличивается и датчик полу­чается несколько проще.