Датчики с промежуточным преобразованием

Это особая, но широко распространенная группа датчиков, приме­няемая в тех случаях, когда входную величину не удается непосред­ственно преобразовать в электрическую. В этом случае осуществ­ляется двукратное последовательное преобразование. Элемент, осу­ществляющий первое преобразование, называется чувствительным элементом. Наибольшее применение в этой группе нашли датчики давления и датчики линейных ускорений.

Датчики давления преобразуют давление жидкости или газа в электрическую величину. У многих датчиков чувствительный эле­мент преобразует давление в перемещение, которое затем преоб­разуется в электрический сигнал. В качестве чувствительных эле­ментов используют мембраны и сильфоны.

Мембрана представляет собой тонкую пластинку, которая укрепляется на конце трубопровода (рис. 7.17, а).Под действием давления жидкости или газа жесткий центр мембраны прогибается, перемещая, например, движок потенциометра. Это перемещение изменяет выходное сопротивление датчика.

Сильфон представляет собой тонкостенную гофрированную трубку из упругого материала (рис. 7.17, б). Под действием давления газа сильфон растягивается, перемещая, например, движок по­тенциометра. В результате изменяется выходное сопротивление датчика.

При измерении давления жидкостей применяется другая конст­руктивная схема сильфонного датчика (рис, 7.17, в). Жидкость под давлением р поступает в полость сильфона, который, сжимаясь, пе­ремещает движок потенциометра.

Датчики линейных ускорений (акселерометры). Акселерометры преобразуют линейное ускорение в электрическую величину. Один из вариантов акселерометра преобразует ускорение в усилие, измеряемое затем пьезо­электрическим датчиком (рис. 7.18) (1 — кор­пус датчика).

Кварцевая пластина 3 наклеивается на ос­нование 4, а сверху к кварцевой пластинке с помощью токопроводящего клея приклеивает­ся пластинка 2, называемая чувствительным элементом. Ось ОХ, перпендикулярная пло­скости кварцевой пластины, называется осью чувствительности акселерометра. Акселеро­метр устанавливается на подвижном объекте. Когда объект движется с ускорением а вдоль оси ОХ, на чувствительный элемент действует инерционная сила, направленная в сторону, противоположную ускорению, и равная

F_и = ma,

где m — масса чувствительного элемента.

На чувствительный элемент действует также вес (сила тяжести) P = mg, где g — ускорение силы тяжести.

Для рассматриваемого варианта акселерометра эти силы совпа­дают по направлению, поэтому результирующая сила F = F_{и +} P = m(a+g).

При изменяющейся силе F возникает выходное напряжение

, (7.2)

где d - пьезомодуль; С_д - емкость датчика; С_м-емкость монта­жа, K = d_m/(C_д + С_м) — коэффициент передачи; а_к = а + g — кажу­щееся ускорение.

Кажущимся называют ускорение, равное векторной разности действительного ускорения объекта а и ускорения силы тяжести —g, т. е. .Из формулы (7.2) видно, что акселерометр из­меряет не действительное, а кажущееся ускорение объекта.