Преобразователи и системы передач сигналов

Преобразователи - устройства служащие для преобразования входной величины в соответствующее значение выходного сигнала, удобного для дальнейшего преобразования или передачи его на расстояние.

Преобразователи бывают простые, состоящие из одного элемента и более сложные, состоящие из двух элементов: чувствительного элемента и преобразователя.

П ример простого преобразователя.

Термопара – преобразователь;

t – входной параметр х;

E(t t₀) – выходной сигнал у.

Функциональная схема выглядит так

Пример сложного преобразователя.

Датчик давления – преобразователь;

мембранная коробка – чувствительный элемент (ЧЭ);

индукционная катушка со стержнем – промежуточный преобразователь (ПП);

Р – входной параметр х;

l – входной параметр х₁;

U_вых (t t₀) – выходной сигнал у.

Функциональная схема выглядит так

Преобразователи, которые преобразуют непосредственно техно­логический параметр принято называть первичными или датчиками.

Вырабатываемые и используемые сигналы в преобразователях: электрические и пневматические.

По роду преобразования сигналов преобразователи разделяют на - электрические (электрический сигнал в электрический)

- пневматические (пневматический сигнал в пневматический)

- электро-пневматические (электрический сигнал в пневматический)

- пневмо-электрические (пневматический сигнал в электрический).

По роду преобразователя системы устройства разделяют на

- реостатные (оммические) - изменение параметра пропорционально изменению активного сопротивления - изменение индуктивности электрической системы при изменении параметра

- индукционные (индуктивные)

- дифференциально-трансформаторные - изменение параметра (перемещение сердечника) в трансформированне напряжение

- ферродинамические - изменение параметра (угловые перемещения) в ЭДС (синусоидальное напряжение)

- сельсинные

- пневматические.

По конструктивной схеме преобразователи различают на:

- мостовые схемы - применяют для измерения активного сопротивления, емкости и индуктивности

- компенсационные схемы (силовой и перемещения) - для измерения параметров, величина которых преобразуется в напряжение или давление

- дифференциальные схемы - для измерения сопротивления и напряжения.

К преобразователям относят и дистанционные передачи сигнала.

Измерение давления

Давление - это предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которой она действует.

Единицы измерения в СИ: Па (1 Па = 1 Н/м²)

Внесистемные единицы: 1 мм рт. ст. = 133,3 Па; 1 атм (физ.) = 760 мм рт. ст.

Различают следующие виды измеряемого давления:

- абсолютное (относительно 0);

- барометрическое (атмосферное);

- избыточное и разряжения (относительно барометрического).

1) если Р_абс. > Р_бар., то Р_абс. = Р_бар. + Р_изб.;

2) если Р_абс.  Р_бар., то Р_абс. = Р_бар.  Р_раз.;

Глубокое разряжение ( от 200 мм рт. ст. и ниже) называется вакуумом

Приборы для измерения давления классифицируют:

1. По виду и количественному значению измеряемого давления:

- манометры (для измерения абсолютного и избыточного давления)

- вакуометры (для измерения давления разряжения);

- мановакуометры (для измерения абсолютного и избыточного давления и давления разряжения);

- дифференциальные (для измерения разности давлений);

- барометры (для измерения атмосферного давления);

- напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры (для измерения ма­лых значений абсолютного и избыточного давления и давления разря­жения).

2. По принципу действия:

- жидкостные (основаны на уравновешивании измеряемого

давления гидростатическим давлением столба жидкости, соответствующей высоты)

- деформационные (основаны на соответствии измеряемого давления величине силы, деформации или перемещения упругого элемента прибора)

- грузопоршневые (измеряемое давление уравновешивается давлением создаваемым массой груза или поршнем)

- электрические (об изменении давления судят по соответствующему изменению какого-нибудь электрического свойства тела).

Жидкостные

Наиболее распространенным среди жидкостных является трубный U-образный прибор

F = PS

G = mg = Vg = hSg

F = G; PS = hSg; P = hg;

,g - const; следовательно P = f(h).

Среди деформационных манометров различают: пружинные (труб­чатые), мембранные и сильфонные.

П ружинные (трубчатые ) манометры.

Пружинные представляют собой полую одновитковую или многовитковую трубку, один конец которой закреплен и соединен со средой, где измеряется давление, а другой конец запаян и соединен через передаточный механизм со стрелкой прибора. Перемещение конца трубки незначительно и составляет для различных конструкций 3-7 мм. Для увеличения разрешающей способности манометров применяют передаточный механизм, который увеличивает масштаб перемещения конца трубки.

Мембранные манометры. Прогиб мембраны при конструировании приборов зависит от геометрических размеров, модуля упругости материалов (бронза и др.). Для увеличения прогиба (0,5 2 мм) мембранные коробки соединяют в блоки.

Бывают коробки

1) манометрические и 2) анероидные:

1) если Р_абс. > Р_бар., то Р = Р_абс.  Р_бар. = Р_изб.;

2) если Р_абс.  Р_бар., то Р = Р_бар.  Р_абс.;

Р_абс. = const  0, следовательно Р = Р_бар.

Недостаток: наличие гистерезиса и некоторая нелинейность характеристики.

Сильфонные манометры.

Сильфон - тонкостенный цилиндр с кольцевыми складками (гофрами). Материал - бронза, латунь и др.

D = 2080 мм, ход поршня 510 мм.

Для устранения недостатка (увеличения жесткости) внутрь сильфона помещают цилиндрическую пружину.

С реди электрических применяются тензометрические преобразователи. Принцип его действия состоит в преобразовании усилия, создаваемого давлением или пропорциональной ему деформации в изменение сопротивления проволоки наклеенной на поверхность деформирующегося тела. Тензометр представляет собой тонкую проволоку (d = 0,010,05 мм), наклеенную на изоляционное основание (бумагу или пластмассу). Недостатки - малая чувствительность и зависимость от температуры.