Первичные измерительные преобразователи неэлектрических величин в электрические.

Измерение неэлектрических величин может осуществляться как электрическими устройствами с предварительным преобразованием неэлектрической величины в электрическую, так и неэлектрическими устройствами.

Электрические средства измерений имеют ряд преимуществ перед другими средствами измерений. Они характеризуются простотой изменения чувствительности в широком диапазоне измерений и малой инерционностью, что позволяет производить измерения как медленно меняющихся, так и быстроменяющихся во времени величин; возможностью создания комплексных измерительно-информационных систем, передачи результатов измерения на большие расстояния и др. Получение информации о том или ином физическом объекте связано с организацией взаимодействия между объектом и другим материальным объектом (первичным измерительным преобразователем), воспринимающем соответствующую физическую величину.

В пособии рассматриваются первичные измерительные преобразователи различных неэлектрических величин с электрическим выходным сигналом.

Все измерения начинаются с восприятия измеряемых величин и формирования измерительного сигнала, который затем подвергается необходимым преобразованиям. Подавляющее число физических неэлектрических величин в процессе измерения преобразуется в электрические величины. Для осуществления подобных преобразований находят широкое применение различные первичные измерительные преобразователи (ПИП).

Первичный измерительный преобразователь – измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина, т.е. первый преобразователь в измерительной цепи измерительного прибора (установки, системы).

Одной из основных частей ПИП является чувствительный элемент, который воспринимает входную физическую величину.

Чувствительный элемент – это часть измерительного преобразователя в измерительной цепи, воспринимающая входную величину.

В чувствительном элементе с помощью определенного физического эффекта входная величина преобразуется в сигнал, поступающий в последующую измерительную цепь.

Конструктивно обособленный первичный измерительный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы (информация), называется датчиком.

Измерительный сигнал – это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине.

Первичный измерительный преобразователь необязательно может быть датчиком и включается в измерительную цепь, которая может иметь в своем составе усилители, делители, модуляторы и другие устройства преобразования измерительного сигнала.

В общем случае под датчиком следует понимать конструктивно обособленную совокупность первичных преобразователей,воспринимающих одну или несколько входных величин и преобразующих эти величины в измерительные сигналы.

В литературе при описании первичного измерительного преобразователя, выполняющего функцию восприятия входной физической величины и формирования измерительного сигнала, широко используется термин «сенсор».

Сенсор – это первичный измерительный преобразователь, воспринимающий входную величину и формирующий измерительный сигнал.

Таким образом, сенсор и датчик выполняют одну и ту же функцию восприятия входной величины и формирования измерительного сигнала. Следует отметить, что термин «сенсор» акцентирует внимание на восприятии входной величины, а термин «датчик» - на формировании и выдаче измерительного сигнала.

В дальнейшем при рассмотрении первичных измерительных преобразователей различных физических величин, воспринимающих входную физическую величину и преобразующих ее в измерительный сигнал, будет использоваться как термин «первичный измерительный преобразователь», так и термин «датчик».

21 Устройство и принцип действия электромагнитных и магнитоэлектрических датчиков.

В группумагнитоэлектрических датчиков скорости объединено несколько конструктивных вариантов. Принцип действия датчика основан на явлении электромагнитной индукции, согласно которому при перемещении постоянного магнита вдоль измерительной катушки с сердечником, в результате пересечения магнитными силовыми линиями витков обмотки, в них наводится электродвижущая сила.

Наиболее распространенным типом магнитоэлектрического датчика является генераторный датчик коммутаторного типа с пульсирующим потоком. Принцип действия такого датчика заключается в изменении магнитного сопротивления магнитной цепи, а, следовательно, и магнитного потока в ней, при изменении зазора с помощью распределителя потока (коммутатора). На рис. 1 показана принципиальная схема магнитоэлектрического датчика коммутаторного типа. При вращении зубчатого ротора в обмотке статора в соответствии с законом электромагнитной индукции возникает переменное напряжение.

Рис.1.Принципиальная схема коммутаторного датчика и осциллограмма выходного сигнала

Когда один из зубцов ротора 4приближается к полюсу статора 1, в обмотке 2 нарастает напряжение. При совпадении фронта зубца ротора с полюсом статора (со средней линией обмотки) напряжение на обмотке достигает максимума, затем быстро меняет знак и увеличивается в противоположном направлении до максимума при удалении зубца. Датчики по схеме на рисунке 1 применяются в распределителях зажигания.

Распределитель потока, или зубчатый ротор, устанавливается на распределительный валик распределителя зажигания и изготавливается из мягкой стали. Число зубцов зависит от числа цилиндров двигателя. Необходимое поле создает постоянный магнит.

Электромагнитные датчики предназначены для преобразования перемещения в электрический сигнал за счет изменения параметров электромагнитной цепи. Эти изменения могут заключаться, например, в увеличении или уменьшении магнитного сопротивления RM магнитной цепи датчика при перемещении сердечника. Если перемещается не сердечник, а обмотка, то происходит изменение потокосцепления обмотки. В результате таких перемещений изменяется индуктивность обмотки L или ее взаимоиндуктивность М с обмоткой возбуждения. Поэтому в технической литературе электромагнитные датчики часто называют индуктивными. [11]

Индуктивные датчики служат для бесконтактного получения информации о перемещениях рабочих органов машин, механизмов, роботов и т.п. и преобразования этой информации в электрический сигнал.

Принцип действия индуктивного датчика основан на изменении индуктивности обмотки на магнитопроводе в зависимости от положения отдельных элементов магнитопровода (якоря, сердечника и др.). В таких датчиках линейное или угловое перемещение X (входная величина) преобразуется в изменение индуктивности (L) датчика. Применяются для измерения угловых и линейных перемещений, деформаций, контроля размеров и т.д.

В простейшем случае индуктивный датчик представляет собой катушку индуктивности с магнитопроводом, подвижный элемент которого (якорь) перемещается под действием измеряемой величины.

Индуктивный датчик распознает и соответственно реагирует на все токопроводящие предметы. Индуктивный датчик является бесконтактным, не требует механичесого воздействия, работает бесконтактно за счет изменения электромагнитного поля.

Преимущества