Датчики линейных и угловых перемещений.

Реостатные преобразования – представляют собой высокоточное проволочное сопротивление, скользящий контакт которого перемещается под действием измеряемой величины.

то есть механическое перемещение → изменение активного сопротивления.

· Функция преобразование может быть линейной и нелинейной (в зависимости от формы)

· Реостатные преобразователи включаются в схему по схеме делителя напряжения.

1) если Rн >> R, то током через нагрузку можно пренебречь

2) если Rн ≈ R

если датчик имеет линейную функцию, то:

Недостатки:

1) сопротивление датчика существенно зависит от температуры

2) при перемещении скользящего контакта с одного витка обмотки на другой введённое сопротивление изменяется скачкообразно

3) наличие трения приводит к появлению механического гистерезиса

4) при перемещении контакта необходимо приложить некоторые силы, а это может отрицательно повлиять на контролируемый объект

Преимущества:

1) простота конструкции

2) большая величина выходного сигнала

3) возможность работать и на постоянном и на переменном токе

4) возможность измерения относительно больших перемещений

Индуктивные преобразователи – представляют собой катушку индуктивности с магнитопроводом, полное сопротивление которой изменяется при взаимном, относительном перемещении элементов магнитопровода, датчики работают на переменном токе.

Различают 2 типа датчиков:

с изменяющейся индуктивностью

с изменяющимся активным сопротивлением

1 группа:

2 группа:

при введении пластинки в зазор, в пластинке возникают индукционные токи (токи Фуко) → потребляется энергия → изменяется активная мощность датчика

Рассмотрим функцию преобразования датчика с подвижным якорем:

если пренебречь кривой намагничивания стали и рассеянием магнитного потока, то

- модуль индуктивного сопротивления

при этом учитываем, что

тогда вид функции – гипербола

Почему при малом δ ток не идёт в 0? Так как сказывается отличие от 0 магнитного сопротивления магнитопровода.

при больших δ – рассеяние магнитных потоков

Недостатки:

зависимость активного сопротивления катушки от температуры
сила, с которой датчик действует на контролируемый объект, не постоянна – при увеличении воздушного зазора сила притяжения якоря уменьшается, а при уменьшении зазора увеличивается)

дифференциальный датчик состоит из двух одинарных индуктивных датчиков, и имеет один общий подвижный элемент

Преимущества дифференциально-индуктивных датчиков перед одинарными:

более линейная функция преобразования
в 2 раза больше чувствительность
существенно меньше аддитивные погрешности
меньше сила, с которой датчик действует на контролируемый объект

как индуктивные так и потенциальные датчики обычно используются при измерении малых перемещений

Трансформаторные датчики - представляют собой трансформатор, у которого под действием измеряемой величины изменяется взаимная индуктивность обмоток, что приводит к изменению выходного напряжения на вторичных обмотках.

Различают датчики:

с изменяющимся магнитным сопротивлением (Rm)

с const Rm и подвижной обмоткой (обычно вращающейся)

1 тип:

Преимущества:

трансформаторный преобразователь имеет на порядок большую чувствительность, чем реостатный преобразователь + высокая надёжность

Недостатки те же, что и у индуктивных преобразователей, кроме того велика инерционность, габариты, масса.

Специфические погрешности связаны с протеканием тока во вторичной обмотке и изменением их активного сопротивления. Это мультипликатные погрешности, причём они тем меньше, чем меньше ток во вторичной обмотке.

Ёмкостные преобразователи – представляют собой конденсатор, ёмкость которого изменяется под действием измеряемой величины.

а)

б) можно менять расстояние между обкладками:

S – чувствительность

в)

· такие датчики используются в качестве уровнемеров жидких и сыпучих материалов

· подобный датчик может использоваться для измерения толщины листовых диэлектриков

· для измерения угловых перемещений обычно используются ёмкостные датчики с поворотными пластинами

· наибольшей чувствительностью к линейным и угловым перемещениям обладают дифференциальные конденсаторы