Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...
Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
Топ:
История развития методов оптимизации: теорема Куна-Таккера, метод Лагранжа, роль выпуклости в оптимизации...
Методика измерений сопротивления растеканию тока анодного заземления: Анодный заземлитель (анод) – проводник, погруженный в электролитическую среду (грунт, раствор электролита) и подключенный к положительному...
Проблема типологии научных революций: Глобальные научные революции и типы научной рациональности...
Интересное:
Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными...
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Подходы к решению темы фильма: Существует три основных типа исторического фильма, имеющих между собой много общего...
Дисциплины:
2022-11-24 | 229 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Оценку возможности использования датчиков в различных системах автоматики производят по следующим основным характеристикам: с татическая характеристика; и нерционность; п орог чувствительности; п огрешность.
Классификация датчиков.
По назначению электрические датчики делятся на датчики температуры; перемещения; давления; скорости; положения и т.д.
По способу преобразования энергии – на генераторные и параметрические.
Генераторные датчики.
В каждом из генераторных датчиков неэлектрическое воздействие (нагрев, механическое вращение, освещение) непосредственно воспринимается самим датчиком и без вспомогательного электрического источника питания вызывает в его цепи электрический ток.
Генераторные датчики — это устройства, под влиянием неэлектрического воздействия создающие электрический сигнал без вспомогательных источников питания. К ним относятся: термоэлектрические; фотоэлектрические; пьезоэлектрические; тахометрические и т.д. Величина тока в цепи генераторного датчика зависит от интенсивности неэлектрических воздействий, которым подвергается датчик.
Термоэлектрические датчики.
Одним из примеров термоэлектрических датчиков является термопара. Она представляет собой два разнородных проводника, спаянных у одного из концов.
а) б)
Рис. 4. Принцип действия термопары (а); его схема (б).
В основе работы датчика лежит явление термоэлектрического эффекта: если место спая нагреть, а свободные концы термопары присоединить к гальванометру, то между свободными концами датчика возникнет термо-ЭДС. Под действием термо-ЭДС в цепи появится электрический ток, вызывающий отклонение стрелки гальванометра. С увеличением нагрева термопары величина тока в рамке гальванометра соответственно возрастает.
|
Проводники А и Б термопары могут быть изготовлены из разнородных металлов и их сплавов (медь—константан, платина— копель, вольфрам—молибден и др.).
Значение термо-ЭДС для различных типов термопар составляет от десятых долей Вольт до десятков мВ. Например, для термопары медь—константан она изменяется от -4,3мВ до —6,18 мВ при изменении температуры спая от +100 до —260 °С. Использование в термопарах различных металлов позволяет измерять температуру в пределах от —200 до + 2500 °С.
Термопары обеспечивают преобразование тепловой энергии в электрическую.
1. Пьезоэлектрические датчики.
Принцип действия датчика основан на прямомпьезоэффекте. Он заключается в том, что некоторые материалы (природные — кварц, турмалин; искусственные — сегнетовая соль, титанат бария и др.) при воздействии на них механических нагрузок образуют на гранях своих поверхностей электрические заряды.
Рис. 5 Принцип действия пьезоэлектрического датчика.
Пьезоэлектрические датчики конструктивно представляют собой набор из нескольких пластин, подобранных таким образом, чтобы заряды одноименно заряжающихся плоскостей складывались. Такое конструктивное решение позволяет повысить чувствительность датчика.
В пьезоэлектрических датчиках происходит преобразование переменных механических сил, действующих на датчик, в электрический заряд.
Пьезоэлектрические датчики применяют для измерения характеристик быстропротекающих процессов—вибраций, переменных давлений, усилий и др.
2. Тахогенераторный датчик.
Одними из распространенных генераторных датчиков являются маломощные электрические машины, работающие в режиме генератора. Они могут служить в качестве электрического тахометра — прибора для измерения скорости вращения валов. Если ротор такой машины привести во вращение, то на ее щетках возникает напряжение, величина которого будет прямо пропорциональна скорости вращения.
|
а) б) в)
Рис. 6Тахогенераторный датчик (а); его характеристика (б); схема тахогенератора постоянного тока (в).
Тахогенераторный датчик преобразует угловую скорость вращения его вала ωвх в Э.Д.С. тахогенератора eвых.
В зависимости от выходного напряжения различают тахогенераторы постоянного и переменного тока. Эти датчики применяют при автоматизации подъемных установок, конвейерных линий и т.д.
3. Фотодатчики.
Фотоэлектрические датчики используются в автоматике для преобразования в электрический сигнал различных неэлектрических величин: механических перемещений, скорости вращения тел, размеров и количества движущихся предметов, освещенности, прозрачности жидкой или газовой сред и т.д.
Рис.7 Устройство и схема включения селенового фотоэлемента
Световой поток Ф, проходя через полупрозрачную пленку из золота 1 (электрод) и запирающий слой 2, попадает на полупроводник 3 и создает вентильный фотоэффект. Вторым электродом служит стальная пластина 4. Возникшая э. д. с. Еф создает ток во внешней электрической цепи с сопротивлением нагрузки R н, в качестве которой служит электронный усилитель.
Достоинствами вентильных фотоэлементов являются отсутствие необходимости во внешнем источнике питания и большая чувствительность, недостатками — инерционность, необходимость применения чувствительных усилителей, малый кпд.
В горном деле фотоэлементы применяют как составную часть фотоэлектронных усилителей и реле, используемых в системах автоматического управления наружным освещением, для определения запыленности воздуха, контроля уровня, взаимного положения ковша экскаватора и транспортного средства и т. д.
Ход работы
Задание 1. Начертите схему классификации датчиков.
Задание 2.
Заполните таблицу 2.1
Таблица 2.1
№ п/п | Схемы генераторных датчиков | Датчик | Контролируемая величина | Примечание |
1 | ||||
2 | ||||
3 | ||||
4 |
Контрольные вопросы.
1. Какой сигнал подают на вход каждого элемента автоматики? Какие преобразования выполняются внутри него?
2. На какие группы делятся датчики?
3. На основании какого свойства описанных датчиков можно сделать вывод, что они являются генераторными датчиками?
|
4. В чём особенность генераторных датчиков? Приведите примеры.
5. Какая выходная величина является электрическим сигналом генераторного датчика? Подтвердите это объяснением принципа работы датчика.
6. От чего зависит величина сигнала в цепи генераторного датчика?
7. Назовите основное свойство датчика.
Практическое занятие № 3. Изучение параметрических датчиков
Цель работы: Изучить устройство, принцип работы генераторных и параметрических датчиков.
Теоретические сведения.
Во второй группе датчиков преобразование входной неэлектрической величины Ψ в выходную величину, являющуюся параметром электрической цепи (сопротивление, индуктивность, ёмкость) происходит при включении в их цепь источника питания.
Параметрические датчики—это устройства, включаемые в цепь вспомогательного источника питания и изменяющие свое электрическое сопротивление под влиянием того или иного неэлектрического воздействия.
Величина тока в цепи параметрического датчика зависит:
· от интенсивности неэлектрических воздействий, которым подвергается датчик;
· от э. д. с. вспомогательного источника питания.
В технике датчики данного типа применяются в основном для измерения линейных перемещений и углов поворота различных механизмов и приборов. Большинство их включается в цепь с источником постоянной э. д. с.
Электрическим сигналом параметрического датчика является сила тока в цепи датчика.
1. Датчики активного сопротивления.
1) Потенциометрический датчик представляет собой переменный резистор (потенциометр), состоящий из плоского, цилиндрического или кольцевого каркаса, на который намотана тонкая проволока из константана или нихрома, и подвижного контакта (щетки), имеющего механическую связь с объектом.
Рис. 8 Потенциометрический датчик
При перемещении объекта изменяется активное сопротивление цепи, и, следовательно, ток в цепи датчика.
2) Терморезисторные датчики основаны на свойстве воспринимающего элемента—терморезистора изменять своё сопротивление при изменении температуры. Терморезисторы изготавливают из металлов (медь, железо, никель, платина и др.) и полупроводников (смеси окислов металлов — меди, марганца, кобальта, спекаемых при высокой температуре).
|
Металлический терморезистор выполняется из проволоки, например, медной, диаметром примерно 0,1 мм, намотанной в виде спирали на слюдяной, фарфоровый или кварцевый каркас. Такой терморезистор заключен в защитную трубку с выводными зажимами, которая затем размещается в точке контроля температуры объекта (в корпусе подшипника, двигателя и т. п.).
Рис. 9Терморезисторный датчик
При изменении температуры объекта изменяется активное сопротивление выходной цепи.
С ростом температуры °С сопротивление R металлических терморезисторов возрастает, а большинства полупроводниковых — уменьшается. Достоинством полупроводниковых терморезисторов является их высокаятермочувствительность.
3) Термисторы. Втермисторах термочувствительный элемент выполнен из полупроводникового материала. Обычно используют смесь оксидов металлов — марганца, титана, никеля и др.
Полупроводниковые терморезисторы изготовляются в виде небольших стержней и дисков с выводами, размещаемых в защитных металлических чехлах. Например, стержни медно-марганцевого ММТ-1 и кобальто-марганцевого КМТ-1 терморезисторов имеют длину 12 мм и диаметр 1,8 мм. Для защиты от влияния окружающей среды термистор помещают в корпус или покрывают лаком.
2. Индуктивные датчики.
Это датчики, выполненные в виде катушек (из медной проволоки) с ферромагнитными сердечниками.
а) б)
Рис. 10 Схемы индуктивных датчиков: а) перемещения; б) термометрического.
В индуктивных датчиках механическое перемещение узла объекта управления, нагрев сердечника или механическое воздействие на него преобразуется в изменение реактивного сопротивления индуктивной катушки дросселя и, следовательно, силы тока в цепи датчика.
1) Магнитоупругий датчик (рис. 2.10) основан на свойстве ферромагнитных материалов изменять магнитную проницаемость при их деформации—растяжении (а) или сжатии (б).
Конструктивно магнитоупругий датчик представляет собой катушку 1 с замкнутым магнитопроводом 2. Контролируемое усилие Р, деформируя сердечник, изменяет его магнитную проницаемость и, следовательно, индуктивное сопротивление катушки.
Рис. 11 Схема магнитоупругого тензометрического датчика, реагирующего на растяжение.
Магнитоупругие датчики используются для контроля усилий (например, при загрузке скипов и посадке клетей на кулаки), горных давлений и т. п. Такие датчики просты по устройству и надежны в работе.
2) Герконовые датчики (рис. 2.11) используются для контроля положения объектов. Воспринимающий элемент датчика — геркон представляет собой ампулу 1, внутри которой запаяны контактные пружины (электроды) 2, изготовленные из ферромагнитного материала. Герметичность ампулы исключает вредное воздействие среды на контакты, повышая надежность их работы. Контакты геркона, расположенного в контролируемой точке пространства, замыкаются под действием магнитного поля, которое создается постоянным магнитом или электромагнитом, установленным на подвижном объекте.
|
Рис. 12 Схема герконового датчика
3. Ёмкостные датчики.
Их обычно выполняют в виде конденсаторов с перемещающимися обкладками (пластинами). Перемещая одну пластину относительно другой, изменяют расстояние между ними или площадь перекрытия пластин (рис.2.12). Емкость конденсатора, а, следовательно, и ток в цепи источника переменного напряжения соответственно изменяются. Такие емкостные датчики реагируют на механическое перемещение.
Рис. 13 Принципиальные схемы емкостных датчиков:
а — с поступательным перемещением пластин; б — поворотного типа.
В технике датчики данного типа применяются в основном для измерения линейных перемещений и углов поворота различных механизмов и приборов.
Ход работы
Задание 2.
Заполните таблицу
№ п/п | Схема датчика | Датчик |
Контролируемая величина |
|
|
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!