Магнитостикционные датчики
Магнитостикционный эффект заключатся в том, что магнитная проницаемость материала m изменяется при изменении механического напряжения в материале. Механическое напряжение может быть создано внешними силами F (рис. 9.3).
Рис. 9.3
Принцип действия
Сила F создает в материале механическое напряжение. Это приводит к изменению значения m. Изменение m ведет к изменению магнитного сопротивления Rм индуктивности катушки L. Индуктивность определяет величину реактивного сопротивления. Изменение реактивного сопротивления электрической схемой может быть преобразовано в изменение выходного напряжения ΔUвых, пропорциональное приложенной силе F.
Термоэлектрический датчик
Этот датчик чувствителен к разности значений температур между двумя переходами из двух разнородных материалов, как показано на рис. 9.4. Работа датчика основана на эффекте Зеебека, заключающегося в том, что если концы проводника имеют разную температуру (T1 и T2), то между этими концами возникает разность потенциалов. Эта разность потенциалов зависит разности температур:
Δφ=ξ(T1-T2),
где ξ –коэффициент термоэлектродвижущей силы, зависящий от материала проводника.
Если два разнородных проводника Р и Q (см. рис. 9.4) образуют замкнутую цепь, то по ней будет протекать электрический ток. Точки соединения проводников называю спаями: Т1 –«горячий» спай и Т2 –«холодный» спай. Если в разрыв одного из спаев включить вольтметр, то он покажет напряжение, пропорциональное разности температур:
Uвых= (ξP- ξQ)·(T1-T2).
Рис. 9.4
Если температура T2 известна, то температура горячего спая может определятся по напряжению Uвых:
T1= T2+Uвых/(ξP- ξQ).
Примечание:
- Погрешность измерения : 0,5 … 1 %
- Диапазон температур спаев : -200 … +2000°C
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Современные датчики: справочник/ Фрайден Дж.; пер. с англ. Ю.А. Заболотной под ред. Е.Л. Свинцова –а) М.: Техносфера,2005 г. – 588 с.,2 экз.; б) 2006 г.
2. Датчики в современных измерениях/ А.Ф. Котюк – М.: Радио и связь: Горячая линия, 2006 г. – 96 с.
3. Пьезоэлектрические датчики/ В.М. Шарапов, М.П. Мусленко, Е.В. Шарапова - М.: Техносфера,2006 г. – 628 с.
4. Новейшие датчики: учебник/ Р.Г. Джексон; пер. с англ. Под ред. В.В. Лучина – а) М.: Техносфера, 2007 г. – 380 с., 6 экз.; б) уч.-монография , 2-е издание,доп.,2008г. – 397 с.
5. Расчет динамических погрешностей интеллектуальных измерительных систем/ В.П. Шевчук – М.: Физматлит, 2008 г. – 283 с.
6. Моделирование процессов управления в интеллектуальных измерительных системах/ Е.В. Капля, В.С. Кузеванов, В.П. Шевчук – М.: Физматлит, 2009 г. – 511 с.
7. Основы построения информационно-измерительных систем: пособие по системной интеграции/ Н.А. Виноградова, под общей ред. В.Г.Свиридова: Московский энергетический институт: Научно- производственная фирма «ЦАТИ» - М.: МЭИ, 2004 г. – 267 с.
8. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учебное пособие / Н.Н. Евтихиев, Я.А. Купершмидт, В.Ф. Папуловский, В.Н. Скугуров. – М.: Энегроатомиздат, 1990. – 352 с.
9. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М.: Энергоатомиздат, 1989. – 272 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 1. Введение………………………………………………………...3
1.1. Основные понятия о первичных преобразователях сигналов……3
1.2. Характеристики первичных преобразователей сигналов………...5
1.3. Основные структурные схемы датчиков…………………………..9
1.4. Классификация датчиков…………………………………………10
1.5. Мостовые схемы включения датчиков…………………………..12
Глава 2. Резистивные датчики……………………………………15
2.1. Датчики механического перемещения………………………… 15
2.2. Резистивные датчики перемещения светового луча…………….21
2.3. Терморезисторы……………………………………………………22
2.4. Варистор……………………………………………………………27
2.5. Фоторезисторы…………………………………………………….28
2.6. Тензорезисторы……………………………………………………28
Глава 3. Емкостные датчики……………………………………..30
Принцип действия…………………………………………………30
Чувствительность емкостных датчиков………………………….32
Ограничения для емкостных датчиков…………………………..32
Емкостные датчики малых перемещений………………………..33
Емкостные датчики с изменением диэлектрических свойств….34
Электрические схемы емкостных датчиков……………………..37
Ошибки емкостных датчиков……………………………………..41
Примеры приложений……………………………………………..42
Глава 4. Индуктивные датчики………………………………………..43
4.1. Индуктивные датчики с переменным воздушным зазором…….43
4.2. Дифференциальные индуктивные датчики перемещения……..45
4.3. Линейный дифференциальный датчик………………………….46
4.4. Индуктивный датчик угла………………………………………..51
Глава 5. Тензопреобразователи………………………………………52
5.1. Принцип действия…….…………………………………………..53
5.2. Чувствительность тензопреобразователя……………………….54
5.3. Схема включения преобразователя в электрическую цепь……56
5.4. Погрешности тензодатчиков…………………………………..57
5.5. Применение тензодатчиков……………………………………60
Глава 6. Пьезоэлектрические датчики………………………….61
6.1. Принцип действия……………………………… …………….61
6.2. Пьезоэлектрические материалы………………………………62
6.3. Функция преобразования……………………………………..63
6.4. Электрические схемы………………………………………….65
6.5. Чувствительность схемы………………………………………66
6.6. Погрешности пьезоэлектрических датчиков…………………67
6.7. Применение пьезоэлектрических датчиков…………………..67
Глава 7. Пьезорезонансные тензодатчики…………………….70
7.1. Частотные свойства пьезоэлемента…………… …………….71
7.2. Механическая добротность……………………………………73
7.3. Резонансная частота кварцевых резонаторов……………… 73
7.4. Тензочувствительностьпьезорезонаторов……………………..74
7.5. Генераторы с пьезорезонансной стабилизацией частоты…....76
7.6. Типы пьезорезонансных датчиков……………………………..77
Глава 8. Вибрационные гиродатчики…………………………….79
8.1. Принцип действия………………………………………………..79
8.2. Многокомпонентные гироскопы……………………………….80
8.3. Монолитный гироскоп……………………………………………81
Глава 9. Другие типы датчиков……………………………………….83
9.1. Датчики изменения магнитного потока…………………………83
9.2. Магнитостикционные датчики…………………………………..84
9.3. Термоэлектрический датчик……………………………………...85
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………………87