7.2.2.2 Пьезоэлектрические датчики усилий
Пьезоэлектрические датчики усилий (ПДУ) используют свойства пьезоэлемента менять амплитуду собственных механических колебаний и, соответственно, разность потенциалов на его электродах в зависимости от величины приложенного усилия.
Простейший ПДУ состоит из двух одинаковых пьезоэлементов, соединенных в столбик через токопроводящую заземленную прокладку, причем один из них подключен к генератору электрических синусоидальных сигналов, а другой – к измерительному выходу (рис. 7.15).
Рис. 7.15.
Более совершенными являются ПДУ, использующие пьезоэлектрические трансформаторы с двумя системами электродов, к одной из которых подключен генератор электрических колебаний, а к другой – измерительный выход (рис.7.16).
Рис. 7.16.
1, 3 демпфирующие прокладки, 2 – пьезоэлектрический трансформатор.
Фактическая площадь контактов, определяется соприкосновением поверхности пьезоэлемента с поверхностями демпфирующих прокладок 1 и 3, зависит от величины приложенного усилия F.
Для повышения чувствительности ПДУ применяют составные преобразователи (рис7.17.)
Рис. 7.17.
Между пьезоэлектрическими трансформаторами, соединенными в столбик помещены демпфирующие прокладки.
Трансформаторы соединены каскадно через усилители. Такие ПДУ применяют для измерения малых усилий .
7.2.3 Датчики момента вращения и скорости
7.2.3.1. Датчики момента вращения
Датчики момента вращения (ДМВ) строятся по методу последовательного преобразования: момент вращения – перемещение или усиление – требуемый выходной параметр. Датчиков, преобразования момента вращения непосредственно в электрическую величину (электрический сигнал) не существует.
ДМВ, как правило, включают в себя воспринимающий 1, промежуточный 2 и исполнительный элементы (рис.7.18)
Рис. 7.18.
Воспринимающий элемент – это обычно упругий элемент, через который происходит передача вращения. Как правило, это вал механизма или связующие звенья между валом или ободом колеса.
В качестве исполнительных элементов ДМВ могут быть применены любые типы датчиков перемещения.
ДМВ, выпускаемые промышленностью, имеют контактное иди бесконтактное исполнение.
Наибольшее распространение получили магнитоупругие и фотоэлектрические ДМВ.
На рис. 7.19. показан фотоэлектрический ДМВ.
Рис. 7.19.
Момент, приложенный к валу, вызывает его скручивание, особенно на участке с меньшим диаметром. На рис. 7.20. показана диаграмма сигналов, снимаемых с фотоприемника.
Рис. 7.20.
7.2.3.2 Датчики скорости
Датчики линейной скорости малых перемещений представлены на рис. 7.21.
Рис. 7.21.
При движении якоря в обмотке датчика наводится ЭДС, пропорциональная скорости изменения потока Ф.
В известных пределах можно получить линейную зависимость потока от перемещения х:
Ф = Ф0 + кх, Ф = Ф0 + Фх,
где к – коэффициент пропорциональности.
При этом
Для измерения скорости вращения широко используются тахогенераторы (ТГ). Тахогенераторы – маломощные электрические машины. Есть ТГ постоянного тока и переменного тока (асинхронные ТГ).