2.2 Контактные преобразователи и датчики на их основе

Простейшим датчиком является прибор, разрывающий или устанавливающий гальваническую связь в электрической цепи (выключатель, контактный преобразователь). В некоторых датчиках, в основном механических, выключатель играет роль одновременно воспринимающего, преобразующего и исполнительного элементов, в других датчиках (пневматических) - это преобразующий и исполнительный элемент.

Схемы контактных преобразователей приведены на рис.

Рис. Схемы электрические контактных преобразователей

Достоинства контактных преобразователей:

- простота конструкции;

- возможность управления практически любым электрическим параметром;

- возможность без дополнительных технических средств управлять сигналами большой мощности;

- получение на выходе дискретного сигнала с крутым фронтом.

Недостатки контактных преобразователей:

- относительно низкая надежность, связанная с механическими перемещениями одного из контактов (износ, усталость металла);

- дребезг контактов.

Остановимся на дребезге контактов. Типовая переходная характеристика контактного преобразователя и эквивалентная кинематическая схема, поясняющая возникновение дребезга, приведены на рис.

Любой контактный преобразователь может быть представлен в виде массы т на пружине с жесткостью с.

Рис. Переходная характеристика контактного преобразователя а) и эквивалентная кинематическая схема, приводящая к дребезгу б)

Другая причина возникновения дребезга - наличие оксидной пленки на поверхностях контактов. При контакте возникает множественный пробой оксидной пленки.

Дребезг - явление, безусловно, отрицательное. Дребезг контактов приводит к нарушению нормального функционирования логических элементов автоматики. Наличие дребезга в выключателях приводит к выходу из строя импульсных источников питания.

Механические способы борьбы с дребезгом:

1) использование контактных преобразователей ножевого типа;

2) использование специальных сплавов (золото, серебро, ртуть) для изготовления контактирующих поверхностей.

Схемотехнические и программные способы борьбы с дребезгом:

1) использование фильтров, подавляющих высокие частоты;

2) использование схем с гистерезисом;

3) схемы с задержкой по времени.

Контактный преобразователь является элементом многих типов датчиков, чаще всего это датчики положения (концевые и путевые выключатели).

Так, в датчик давления Р (рис.) входят: непроточная полость 1, упругая мембрана 2 (воспринимающий элемент), рычажная передача 3 (преобразующий элемент), контактный преобразователь 4 (исполнительный элемент).

Существуют случаи, когда по конструктивным соображениям мощности контактной группы может не хватать, либо по количеству направлений, либо по протекающему через контакт току. В этих случаях контактную группу нагружают на электромеханическое реле (контактор), с соответствующими номинальными параметрами переключаемых сигналов.

Следует также отметить, что на контактных преобразователях достаточно просто реализуются логические функции конъюнкция и дизъюнкция.

Одной из разновидностей контактных преобразователей является геркон (сокращение от «герметичный контакт») — электромеханическое устройство, представляющее собой пару ферромагнитных контактов, запаянных в герметичную стеклянную колбу. При поднесении к геркону постоянного магнита или включении электромагнита контакты замыкаются. Герконы используются как бесконтактные выключатели, датчики близости и т. д.

Герконы различаются также по конструктивным особенностям. Они бывают сухими (с сухими контактами) и ртутными, в которых капля ртути смачивает контактирующие поверхности, уменьшая их электрическое сопротивление и предотвращая вибрацию пластин в процессе работы.