Устройство и принцип работы датчиков кинематических параметров

Многие механические процессы, происходящие в машинах, являют­ся периодическими. Важнейшей характеристикой отдельного процесса является скорость его протекания, в зависимости от которой приме­няют тот или иной метод измерения. Механические методы измерений пригодны лишь для измерения статических и медленно изменяющихся процессов, т.к. измерительные устройства, применяемые в этом слу­чае, обладают большой инерционностью. С помощью электрических ме­тодов можно исследовать как статические, так и быстро изменяющиеся процессы.

При применении электрического метода измеряемую неэлектрическую величину необходимо преобразовать в электрическую (ток, напря­жение и т.д.), которая изменялась бы по такому же закону, как и неэлектрическая величина. Устройства, осуществляющие такую опера­цию, носят название датчиков. Изменение электрической величины отмечается затем регистрирующим прибором, обычно осциллографом электронного или магнитоэлектрического типа.

Датчик линейного перемещения (рис. 5) представляет собой неподвижную катушку 1 с двумя обмотками: W₁ – первичной и W₂ – вторичной. Внутри катушки 1 перемещается железный сердеч­ник 2, жёстко связанный со звеном 3, линейное перемещение которого необходимо измерить. Первичная обмотка катушки W₁ питается напряжением 6 В переменного тока с частотой 50 Гц. Из-за трансфор­маторного эффекта напряжение вторичной обмотки W₂ зависит от того, как глубоко в катушку вдвинут железный сердечник 2. Это на­пряжение и определяет положение сердечника относительно катушки, а следовательно, и линейное перемещение звена 3 относительно стойки.

Рис. 5. Схема датчика линейных перемещений

Датчик линейных скоростей. Его схема пока­зана на рис. 6. Постоянный магнит 1 движется относительно неподвижного проводника, свёрнутого в виде катушки 2, намотанной на сердечнике 3, изготовлен­ном из стали с большой магнитной проницаемостью. Магнитные силовые линии движущегося магнита пересекают витки неподвижной катушки, в которой наво­дится э.д.с., пропорцио­нальная скорости движения магнита относительно ка­тушки. Если укрепить маг­нит на звене 4 механизма, то можно определить ско­рость этого звена по вели­чине э.д.с., наведённой в катушке.

Рис. 6. Схема датчика линейных скоростей

Датчик линейного ускорения схематично показан на рис. 7а. Основным его элементом является проволочный тензодатчик (рис. 7б), представляющий собой отре­зок проволоки 1 диаметром 25–30 мкм, уложенный особым образом и наклеенный на полоске бумаги 2. К концам проволоки припаяны проводники 3, которые служат для присоединения к измерительной схеме. Тензодатчики всей площадью бумаги наклеены с двух сторон на балку 4, заделанную одним концом в тело движущегося звена 7. На конце балки укреплена инерционная масса 5 величиной m. При перемещении звена 7 с ускорением сила инерции изгибает балку и деформирует проволоку. Изменение геометрических размеров проволоки влечёт за собой изменение её омического сопротивления, а следовательно, протекающего через тен­зодатчик тока. Два тензодатчика, наклеенные на обе стороны бал­ки 4, позволяют компенсировать температурные погрешности при изме­рении. Для повышения точности измерений оба тензодатчика включаются в полумостовую схему. Вторая половина моста находится в тензометрическом усилителе, к которому подключается датчик, прежде чем его сигнал будет зарегистрирован осциллографом. Для уменьшения влияния собственной частоты колебаний балки последняя помещена в специальную жидкость 8. Эта демпфирующая жидкость гасит высокочастотные собственные колебания балки.

Рис. 7. Схема датчика линейных ускорений