1. Проволочные датчики изготовляются из тонкой проволоки (диаметром 0,02—0,05 мм) с высоким удельным сопротивлением. Конструктивно часто они представляют собой проволочную спираль наклеенную специальным клеем на тонкую бумагу, которая затем наклеивается на испытываемую деталь. Эти датчики применяются также в виде ненаклеенной спирали , струны и других конструкций.
2. Проволочные датчики используются при измерении малых перемещений, деформаций и вибраций (в манометрах, динамометрах, микрометрах и других аналогичных устройствах). Градуировка их производится с помощью эталонных деталей, зависимость упругих деформаций которых от прилагаемых сил известна. Из партии изготовленных датчиков отбирается несколько штук, и на градуировочной установке определяется их чувствительность. Затем подсчитывается средняя чувствительность, которая присваивается датчикам всей партии.
3. Ошибки преобразования с помощью проволочных датчиков обусловливаются зависимостью сопротивления проволоки датчика от температуры, нарушением крепления датчика на исследуемой детали и неточностью градуировки. Простейший метод компенсации температурных погрешностей проволочных датчиков состоит в том, что при преобразовании используются два датчика, которые включаются в смежные плечи мостовой измерительной схемы. При этом один из них наклеивается на испытываемую деталь, а другой не наклеивается, но оба они находятся в одинаковых температурных условиях. Изменение их сопротивления за счет окружающей температуры взаимно компенсируется в измерительной схеме. Точность преобразования проволочными датчиками составляет 1__2%.
Достоинства проволочных датчиков заключаются в том, что они позволяют исследовать весьма малые перемещения (максимальное относительное удлинение не превышает 0,3—0,5%), имеют малые габариты и вес, практически безынерционны, легко принимают форму исследуемой детали. К недостаткам их следует отнести малое изменение сопротивления датчика при изменении преобразуемой величины (менее 1%), что приводит к необходимости применения в схемах с проволочными датчиками стабильных усилителей, сильную зависимость величины сопротивления от температуры окружающей среды, малую мощность рассеяния датчиком.
3.1.3 Датчики контактного сопротивления
Контактное сопротивление между поверхностями двух твердых тел зависит от величины давления одного тела на другое. Чем больше давление, тем меньше контактное сопротивление, и наоборот. Это явление используется в датчиках контактного сопротивления.
Контактное сопротивление между поверхностью твердых тел зависит также от материала этих тел и качества обработки соприкасающихся поверхностей. Наиболее существенные изменения контактного сопротивления при изменении давления происходят в случае использования в качестве таких тел электродных углей, удельное сопротивление которых Q = 30 ч- 100 ом-мм\м.
Датчики контактного сопротивления используются при исследовании различных механических давлений, , малых перемещений, вибраций, ускорений и в других, исследованиях. Наибольшее распространение они получили в качестве выходных органов регуляторов напряжения.
К недостаткам датчиков этого типа следует отнести зависимость их сопротивления от температуры и наличие гистерезиса. С целью компенсации температурного влияния применяются угольные датчики с двумя столбиками, которые включаются в смежные плечи мостовой схемы.
Термосопротивления.
В этом типе датчиков используется свойство проводника изменять свое электрическое сопротивление вменении его температуры. С помощью термосопротивления может быть осуществлено преобразование любой неэлектрической величины, влияющей на теплообмен проводника с окружающей средой, так как собственная температура термосопротивления определяется тепловым равновесием между ним и окружающей средой.
Материалом для термосопротивлении служат в основном металлы со сравнительно большим положительным температурным коэффициентом сопротивления (платина, никель, медь). Могут использоваться также и полупроводниковые материалы, имеющие более высокий температурный коэффициент сопротивления. Полупроводниковые термосопротивления (термисторы) имеют отрицательный температурный коэффициент.
В таблице1 указаны некоторые материалы, из которых изготовляются термосопротивления.
Таблица 1 Проводниковые материалы, применяемые для изготовления термосопротивлении
| Материал | Температурный коэффициент см° С | Удельное сопротивление ом-мм/м |
| Вольфрам Никель Платина Медь | 0,00421—0,00464 0,00621—0,00634 0,00394—0,0056 0,00433 | 0,055—0,0612 0,118—0,138 0,098—0,106 0,0156—0,017 |
Термосопротивления используются для измерения температур, для определения различных параметров газовой среды (скорость, вакуум, процентное содержание и т. д.).
Выбор материала термосопротивлення определяется условиями работы датчика и диапазоном рабочих температур. Медные термосопротивлення, например, могут хорошо работать в сухой атмосфере при отсутствии корродирующих газов в диапазоне изменения температур от -50 до +150° С. Никелевые термосопротивления требуют хорошей изоляции от воздействия внешней среды. Их можно применять для измерения температур до 250.
Платиновые термометры могут работать бея изоляции от внешней среды при температурах от -190 до +500° С. Через термосопротнвления, используемые в качестве термометров, должен протекать минимальный ток с тем чтобы нагрев термосопротивления за счет этого тока был наименьшим в сравнении с нагревом за счет испытуемой среды (обычно величина рабочего тока составляет 2-10 ма) Погрешности проволочных термометров сопротивления обусловливаются нестабильностью электрических свойств материала сопротивления, условиями применения (глубина погружения, теплопроводность держателя) и другими причинами. Точность современных термометров сопротивления (вместе с индикаторным прибором) составляет 1— 1.5%.
3.1.4 Индуктивные датчики
Действие индуктивных датчиков основано на свойстве катушки индуктивности изменять свое сопротивление при введении в нее ферромагнитного сердечника или при изменении величины зазора в магнитном сердечнике, на котором помещена катушка. Преобразуемой величиной в этом случае может быть механическое перемещение (линейное или угловое), а выходной величиной датчика — изменение индуктивности катушки.
Индуктивные датчики с подвижным сердечником внутри катушки используются для преобразования сравнительно больших перемещений (более 5— 8 мм). Датчики же с изменяющимся зазором магнитопровода служат для преобразования малых перемещений (до 2 мм при изменении длины зазора и до 8 мм при изменении его сечения).
Используются также двухтактные индуктивные датчики, обеспечивающие большой предел изменения преобразуемой величины, большую чувствительность и малую зависимость основных параметров датчика от внешних условий (температуры).
Широкое распространение получили трансформаторные датчики, представляющие собой устройства, в которых входное преобразуемое перемещение изменяет коэффициент взаимоиндукции между первичной и вторичной обмотками. Разновидностью их являются дифференциальные трансформаторные датчики с двумя вторичными обмотками см.рис.2 в приложении. Датчики этого типа позволяют получить более мощный выходной сигнал по сравнению с другими типами датчиков (например, проволочными) .
Погрешности индуктивных датчиков зависят от стабильности амплитуды и частоты питающего напряжения, а также от влияния окружающей температуры на геометрические размеры магнитопровода и датчика.
Индуктивные датчики применяются в основном для преобразования различных механических перемещений, исследования деформаций, контроля размеров и т. д. Динамические свойства индуктивных датчиков определяются инерционностью его подвижных элементов.
3.1.5 Емкостные датчики
Емкость конденсатора зависит от трех параметров:
· площади обкладок;
· расстояния между ними;
· диэлектрической постоянной среды между обкладками.
Принцип действия емкостного датчика основан на том, что преобразуемая неэлектрическая величина воздействует на один из указанных параметров, изменяя тем самым емкость конденсатора.
В соответствии с числом параметров, определяющих емкость конденсатора, различают три типа емкостных датчиков:
1. с изменяющейся площадью обкладок;
2. с изменяющимся расстоянием между обкладками;
3. с изменяющейся диэлектрической постоянной.
Конструктивные выполнения датчиков могут быть различными. Минимальное расстояние между обкладками выбирается из расчета диэлектрической прочности.
Чувствительность их очень высока; она превосходит чувствительность всех других типов датчиков. Погрешность емкостных датчиков определяется влиянием температуры на геометрические размеры и диэлектрическую проницаемость диэлектрика, а также влажностью окружающей среды.
Основными схемами включения емкостных датчиков являются мостовые и дифференциальные схемы, а также схемы, построенные на использовании явления резонанса и метода биений.
Емкостные датчики могут быть использованы для преобразования механических перемещений (линейных и угловых), геометрических размеров деталей, расстояний между деталями, состава физических смесей, вибраций, измерения уровня жидкостей и других величин.
3.1.6 Магнитоупругие датчики
Ферромагнитные материалы обладают двумя следующими свойствами:
· если брусок ферромагнитного материала подвергнуть намагничиванию, то его геометрические размеры (длина) изменятся;
· если намагниченный брусок ферромагнитного материала подвергнуть действию внешней силы, то его намагниченность (магнитная проницаемость) изменится.
Первое свойство называется магнитострикцией, а второе магнитоупругим эффектом. Действие магнитоупругих датчиков основано на явлении магнитоупругого эффекта.