А. Элементы автоматики Классификация систем автоматики (стр. 2 из 8)
2. Преобразователь – служит для преобразования входной величины в электрический сигнал.
Классификация датчиков:
1. По принципу действия датчики разделяются на параметрические и генераторные.
Параметрическими называются датчики, преобразующие входную физическую величину в один из параметров электрической цепи (напряжение, ток, индуктивное, активное или реактивное сопротивление).
Генераторные датчики – это датчики, преобразующие входную физическую величину в Э.Д.С.
1. По виду входной величины бывают: датчики перемещения, датчики
давления, температуры, скорости, ускорения, усилия и т.д.
3. По виду входного сигнала бывают электрические и неэлектрические.
4. По характеру выходного сигнала бывают непрерывные и дискретные.
Основные параметры датчиков:
1. Статические характеристики
выражает зависимость выходной величины датчика от входной величины.2. Статический коэффициент преобразования (передатчик)
определяется отношением выходной величины к входной.
3. Динамический коэффициент преобразования:
определяется отношением приращений выходной величины к приращению входной или производной выходной величины по входной.4. Относительный коэффициент преобразования:
определяется отношением относительного приращения выходной величины к относительному приращению входной величины.5. Порог чувствительности – наименьшее значение входного сигнала Umin , Pmin , вызывающее изменение выходного сигнала.
6. Инертность датчика – это величина изменения (отставания изменения) выходной величины датчика при изменении входной величины.
7. Абсолютная погрешность датчика – определяется как разница между фактическим (Y1) и измеренным (Y) значением выходной величины
.8. Относительная погрешность
- определяется как отношение абсолютного значения погрешности выходной величины к ее расчетному значению, уменьшенному на 100%.Параметрические датчики активного сопротивления.
К ним относятся: контактные датчики; потенциометрические (реостат-
ные) датчики, однотактные и двухтактные; тензометрические датчики; полупроводниковые датчики (p-n переход, термоэлектронный и др.).
Контактные датчики:
Контактными называются датчики, в которых механическое перемещение преобразуется в замкнутое или разомкнутое состояние контактов, управляющих узлов или несколькими электрическими цепями, при этом сопротивление датчика изменяется от бесконечности до нуля и наоборот. Это датчики, в которых имеется дискретность измерения. Широко применятся в машиностроении при ОТК, механических деталей, их сорти- ровке и отбраковке. Выявляют дефекты деталей с точностью по 1-2 мкм.
Устройство датчика:
Однотактный (нереверсивный) потенциометрический датчик.
Потенциометрическим называется датчик, предназначенный для преобразования линейного перемещения в электрический сигнал.
В зависимости от включения потенциометрический датчик может быть реостатным. Выполнен в виде переменного сопротивления, подвижная часть которого имеет связь с преобразующим элементом.
Состоит из каркаса с намотанной проволокой высокого уд. сопротивления. Производит измерение ошибок и дефектов механических деталей. Работает на постоянном токе и переменном токе. Измеряет дефекты только в одну сторону.
Работа датчика.
Преобразующий элемент (испытуемая деталь) проходит по конвейеру и воздействует ползунок датчика, при наличии дефекта. При этом по датчику будет протекать ток по цепи: “+” источника, невведенная часть резистора, ползунок, приемник, “-” источника. При этом выходное напряжение равно:
,где K – коэффициент пропорциональности
L – длина всего реостата
X – невведенная его часть
Статическая характеристика датчика выражает зависимость выходного напряжения от величины введенной часть ползунка. Чем больше эта величина, тем большее напряжение снимается с датчика.
Двухтактный потенциометрический датчик (реверсивный).
В технике часто применяются датчики, реагирующие на знак допущенной ошибки при изготовлении детали. Для этого применяются потенциометрические датчики со средней точкой (двухтактные).
Применяются для измерения углов поворота, а так же линейных размеров механических изделий.
Статическая характеристика – прямая линия, пересекающая центр координат, т.е. показывает положительное и отрицательное направление напряжений.
Работа датчика:
Если датчик имеет номинальные размеры, ползунок находиться ровно посередине линейного размера датчика, т.е. напротив средней точки. Ток будет протекать по цепи: от “+” источника через резистор, через среднюю точку, через ползунок, через остальную часть резистора на “-” источника. Токи, протекающие по нижней и по верхней части, противоположно направлены, общий ток равен нулю. Поэтому на статической характеристике выходное напряжение равно нулю.
Если деталь имеет размеры больше номинального, то ток будет протекать по цепи : “+” источника, нижняя часть резистора до ползунка, ползунок, приемник, средняя точка, нижняя часть резистора, “-” источника. Выходное напряжение будет увеличиваться пропорционально перемещению ползунка от средней точки вверх.
Если ползунок находиться ниже средней точки, то ток будет протекать по цепи: “+” источника, верхняя часть резистора, средняя точка, приемник, ползунок, нижняя часть резистора, “-” источника.
Тензометрические датчики.
Тензометрическими называются датчики специальной конструкции, предназначенные для измерения статических или динамических деформаций в механических деталях и преобразующие эти деформации в изменения активного сопротивления.
Тензоэффектом называется свойство материалов высокого сопротив- ления изменять свое сопротивление под действием приложенной силы.
Тензодатчики бывают проводниковые и фольговые. В качестве проводящих материалов используются нихром, константан, манганин.
Конструктивное выполнение: это спираль из материала с высоким удельным сопротивлением, наклеенная на бумажную основу и жестко закрепленную на механическую деталь, после чего деталь подвергается испытаниям на сжатие или растяжение. Эта же сила действует и на датчик. При этом происходит сжатие или растяжение спирали датчика, а следова- тельно и изменение его электрического сопротивления. Если деталь разруша- ется при определенном усилии, то ток, протекающий по измерительному прибору, покажет величину этой силы. Т.О. тензометрические датчики применяются для определения механических усилий при испытаниях металлических деталей.
Коэффициент тензочувствительности датчика определяется:
, где 
- абсолютное изменение длины проволоки, 
- относительное изменение длины проволоки, 
- относительное изменение сопротивления тензодатчика.Сопротивление тензодатчика составляет от 200 до 500 Ом, а коэффициент
Кт = от 1,8 до 2,5.
Статическая характеристика:
Фольговые тензодатчики.
Представляют собой наклеенную на бумагу или пленку решетку из тонких полосок фольги с высоким удельным сопротивлением.
Конструкции бывают: прямая, розеточная, мембранная.
Прямая конструкция применяется для измерения линейных деформаций.
Розеточная – для измерения крутящих моментов.
Мембранная для измерения усилий, воздействующих на мембраны.
Коэффициент тензочувствительности равен 2.5, пропускает ток до 0.2 А, сопротивление датчика от 50 до 200 Ом.
Полупроводниковые датчики активного сопротивления.
Представляют собой полупроводниковые приборы (транзисторы, фотоэлементы с внутренним фотоэффектом, терморезисторы).
Фотоэлектронный датчик представляет собой фоторезистор, включенный в электрическую цепь с приемником.
Полупроводниковые датчики активного сопротивления выполняются на полупроводниковых элементах (транзисторах, фототранзисторах, фотодиодах, фоторезисторах, терморезисторах).