Датчики технологических параметров

ДатчикиДля управления текущими значениями различных технологических параметров используются соответствующие датчики. Рассмотрим четыре основные группы датчиков движущей силы или момента, давления, температуры, расхода жидкости или газа [1, 2, 5, 6, 10].

1) Датчики силы и момента сил строятся с использованием чувствительных силоизмерительных элементов в виде упругих механических пластин, валов, пружин и измерителей их упругой деформации в виде тензочувствительных магнитострикционных, пьезоэлектрических или полупроводниковых приборов.

Датчики с тензорезисторными проволочными преобразователями состоят из чувствительных упругих механических элементов и тензорезисторных проволочных преобразователей (ТПП) их упругой деформации в электрический сигнал. ТПП представляют собой тонкую проволоку из нихрома, константана, элинвара или других термостабильных материалов диаметром от 15 до 60 мкм, изогнутую в виде змеевика, обклеенного с двух сторон тонкой бумагой или пропускающей клей плёнкой. ТПП прочно приклеивают к деформирующейся поверхности силоизмерительного упругого элемента так, чтобы при его упругой деформации происходило упругое растяжение или сжатие проволоки в ТПП по длине (рис. 6.5.1).

Датчики технологических параметров

Рис. 6.5.1 — Тензорезисторный датчик силы

При растяжении ТПП длина проволоки увеличивается, сечение уменьшается и сопротивление увеличивается, а при сжатии — наоборот. В пределах упругой деформации проволоки в ТПП сопротивление и UВЫХ изменяются по линейной зависимости.

Датчики момента сил содержат чувствительный упругий элемент (тонкий вал, витую пружину и т.п.), работающий на скручивание, и его угловая упругая деформация (разница в угловых положениях начала и конца упругого элемента) преобразуется в электрический сигнал. Обычно на упругий элемент надевают жёсткую трубу, закреплённую на одном конце упругого элемента, а на втором конце устанавливают любой датчик углового перемещения, который измеряет угол рассогласования свободных концов трубы и упругого элемента и формирует сигнал о величине крутящего момента. При вращении вала датчик подключается через контактные кольца и щётки.

См. также:  Точность САУ

Тензочувствительные датчики силы с магнитострикционными преобразователями действуют по принципу изменения магнитной проницаемости сердечников из железоникелевых сплавов (например, пермаллоя) при давлении на них внешней силы. В магнитострикционных сердечниках при продольном сжатии возникает упругая деформация, расширение петли гистерезиса и уменьшение её крутизны, что приводит к уменьшению магнитной проницаемости сердечника, индуктивности и взаимоиндукции его обмоток. Недостатки магнитострикционных преобразователей (нелинейность статических характеристик и влияние на них температуры) вызывают необходимость введения компенсации в устройстве датчиков.

В компенсационном магнитострикционном датчике силы (рис. 6.5.2, а) чувствительным элементом является О-образный магнитострикционный сердечник 1 из никель-цинкового феррита, на который давит измеряемая сила F. Второй такой же сердечник 2, не несущий давления силы, используется для создания компенсационной ЭДС Е2. Первичные обмотки сердечников 1 и 2 соединены последовательно и питаются напряжением с частотой 5—10 кГц, вторичные обмотки включены встречно, и UВЫХ=0 при отсутствии давления F=0 на сердечник 1. При увеличении силы давления на сердечник 1 его магнитная проницаемость и величина ЭДС Е1 уменьшаются, а выходное напряжение датчика увеличивается UВЫХ=(Е2 –Е1)>0.

Датчики технологических параметров

Рис. 6.5.2 — Схемы устройства датчиков силы