31. Механические датчики (емкостные, тензометрические, пьезоэлектрические).

Емкостные датчики.

C = (ε*A)/(4*π*δ) C ~ (εA(1-α/π))/δ C ~ (ε(L-δ))/(ln r₂/r₁)

Достоинства: высокая чувств при малых перемещениях ,сравнительно высокий диапазон линейности. Недостатки: невозможность при частоте 50Гц, проблемы с измерением ёмкости.

Тензометрический датчик.

Принцип действия основан на изм эл сопр деформированных проводящих элементов.

О рисунке: проволока наклеена на бумагу и когда мы её всячески гнём, то изменяются величины l и S проволоки – R=(ρ*l)/S.

Пьезоэлектрический датчик.

Появление эл зарядов на гранях кристалла возник при мех деформации.

U=(k₀*P)/(C+C₀), k₀ – пьезоэлектрическая постоянная, C₀ – ёмкость внешних элементов цепи.

Достоинства: датчик генераторного типа (не требует питания). Недостаток: ограниченность металлов для изгот пьезоэлемента, малая прочность.

32) Датчики температуры (термоэлементы расширения, манометрические).

Термоэлементы расширения:

- жидкостные

- дилатометрические

Дилатометрические:

- стержневые

- биметаллические

Стержневые расширения:

с тержень стакан

Стакан это как правило латунь, стержень — кварц. При повышении температуры стакан расширяется.

Монометрические термометры основаны на изменении давления жидкости или газа помещенных в герметическую емкость при изменении температуры.

3

4

1

2

1)термобалон с рабочим вольтметром(помещается в контролируемую среду)

2)соединительный капилляр

3)полая манометрическая пружина

4)стрелочный указатель

При увеличении температуры изменяется давление, т.к. система замкнута, меняется положение манометрической пружины. Диапазон температур (-100…600)С. Недостатки: невысокая точность и инерционность.

32Терморезисторы, термисторы, термопары.

Резистивные датчики температуры (термометры сопротивления)

Основаны на изменении сопротивления при изменении температуры:

Для металлов , для полупроводников – (порядок величины ). Для большинства полупроводников изменяется с изменением температуры нелинейно.

Рисунок 2

Чувствительный элемент выполняется чаще всего в виде тонкой проволоки или в виде напыления (меньшая паразитная индуктивность).

Недостатки:

• сравнительно большие габариты

• сравнительно высокая инерционность

• низкий ТКС

Что касается термисторов (полупроводниковые терморезисторы):

• имеют большее сопротивление при малых размерах (большее быстродействие)

• имеют больший ТКС (чувствительней в 100 раз)

• если в качестве полупроводников использовать оксиды металлов (никеля, кобальта, титана), то можно добиваться и положительных и отрицательных ТКС.

Недостатки:

• разброс параметров (до 20%, связано с технологией изготовления - напылением), поэтому приходится каждый раз подстраивать мостовую схему (т.е. плохая взаимозаменяемость)

• низкий диапазон измеряемых температур.

Рисунок 3

Высокотемпературные используют кристаллы алмаза (алмазные терморезисторы). Представляют собой конструкцию из стеклянных трубок и алмаза между ними (конструкция запаяна):

Рисунок 4