Классификация оптических пирометров. Пирометры спектрального отношения: принцип действия.рабочие длины волн, погрешность, преимущества/недостатки.

Пирометры спектрального отношения определяют температуру объекта по отношению сигналов от двух или более приемников, работающих на разных длинах волн. У большин­ства пирометров спектрального отношения используют две монохроматические частоты с разносом в 0,2 мкм – 0,45…0,65, 0,65…0,88, 0,88…1,03 мкм и др.

В первичных преобразователях пирометров спектрального отношения световой поток разделяется на два с разными длинами волн. Принцип работы: разделение потока излу­чения на разные длины волн осуществляется применением вращающегося с постоянной частотой диска, в котором вмонтированы два узкополосных светофильтра. Поток излучения тела направляется на призму, где разделяется на два потока. Один поступает на визирующее устройство, а другой через светофильтры на фотосопротивление. Амплитуды импульсов напряжения на фотосопро­тивлении пропорциональны потокам излучения, прошедшим через светофильтры.

Поскольку в практике измерения температур имеет место неполнота излучения (сте­пени черноты меньше единицы), использование пирометров, градуированных по излу­чению абсолютно черного тела, сопровождается дополнительными (методическими) погрешно­стями. Для оценки этой погрешности для пирометров спектрального отно­шения исполь­зуем формулу, которую легко получить из выражения закона Планка: , где Т– истинная температура, Т_изм– измеренная прибором темпера­тура, ε_λ1и ελ2- излучатель­ные способности на двух длинах волн.

Особенность метода заключается в том, что методическая погрешность отсутствует не только при измерении температуры абсолютно черного тела, но также и при измерении тем­пературы серых тел. Действительно, у каждого из таких тел степень черноты при лю­бой длине волны одинакова, то есть ε_λ1= ε_λ2. Поэтому ln(ε_λ1/ε_λ2)=0 и истинная темпера­тура равна температуре, измеренной прибором.

Таким образом, такой принцип измерения температуры для серых тел позволяет изба­виться от большинства недостатков, свойственных монохроматическим яркостным пиро­мет­рам. Зависимость сигнала от расстояния одинакова для обоих приемников пирометра спек­трального отношения, поэтому на отношение сигналов она не влияет. Форма изме­ряемого объекта, запыленность и загазованность промежуточной среды одинаково влияют на сиг­налы с обоих приемников, оставляя неизменным их отношение. Пирометры спектраль­ного отношения нечувствительны к боковым засветкам от крупноразмерных объектов, наличию небольших непрозрачных объектов в поле зрения пирометра, к нали­чию защитных стекол, например стекол смотровых окон в вакуумных камерах.

Необходимо отметить два основных недостатка пирометров спектрального отношения.

1. Пирометр спектрального отношения сложнее радиационного, априори состоит из большего числа элементов,

труднее калибруется. Поэтому стоимость таких пирометров больше, чем монохромати­че­ских.

2. К сожалению, серые тела (материалы с одинаковой излучательной способно­стью при любой длине волны) встречаются на практике также редко, как и материалы с излуча­тельной способностью равной 1. Следовательно, все измерения зависят от излуча­тельной способности материалов. В практике бесконтактного измерения высоких темпе­ратур в ме­таллургическом и литейном производствах в первую очередь необходимо из­мерение тем­пературы открытой поверхности металла. Пирометр спектрального отноше­ния был бы иде­альным для этих целей, если бы отражательная способность металла была одинакова при обеих длинах волн. Даже если бы она был различна, но соотношение оста­валось постоян­ным, то результирующую погрешность можно было бы скорректировать тем же способом, как и при учете погрешности, принятой для монохроматического пиро­метра путем введения поправочного коэффициента. С ростом длины волны спектраль­ная излучательная спо­собность снижается. Это приводит к тому, что сигнал длинно­волнового приемника пи­рометра спектрального отношения оказывается заниженным по сравнению с коротко­волновым. По этой причине показания пирометра спектрального отношения оказываются завышенными нередко  более чем на 10%. Самым простым решением снижения этой погрешности оказалось внедрение в пиро­метры спектрального отношения дополнительного регулировочного узла, который позво­ляет корректировать отношение сигналов от приемников излучения примерно до полутора раз как в ту, так и в другую сторону. Таким образом, зная реальную температуру изме­ряемого объекта, можно «подкрутить ручку» таким образом, чтобы показания пиро­метра были правильными. Однако работу по определению значений этих корректирую­щих коэффици­ентов производители пирометров негласно переложили на плечи пользо­вателей. В то же время информации о том, каково значение этого коэффициента для измеряемых пользо­вателем объектов, в справочной литературе нет. И пользователь, как и раньше, должен снова крутить ручку, но теперь уже у пирометра спектрального отноше­ния, который изначально предполагался свободным от подобных органов корректировки.

Но и это еще не все. Дело в том, что даже если вы нашли значение этого корректирую­щего коэффициента для измеряемого вами металла при какой-то температуре, то исполь­зо­вать найденный коэффициент при измерении этого же металла, но при других темпера­турах нельзя, т.к. это приведет к ошибочным результатам. Таким образом, в тех случаях, когда объект характеризуется селективным излучением, при котором степень черноты при одной и той же температуре резко изменяется с длиной волны, погрешность пирометра спектрального отношения может быть выше погрешности монохроматического пирометра.

26. Общие сведения о датчиках информации: понятие датчика и чувствительного элемента;аналоговые стандарты передачи данных: преимущества промышленного стандарта подключения датчика по двухпроводной линии; варианты подключения к вторичным приборам.

Автоматизация различных технологических процессов, эффективное управление различными аг­регатами, машинами, механиз­мами требуют многочисленных измерений разнообразных физических величин.

Датчики (в литературе часто называемые также измерительными преобразователями, сенсорами) являются элемен­тами многих систем автоматики - с их помощью получают информацию о парамет­рах контролируемой системы или устройства.

Датчик – это элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устрой­ства, преобразующий контролиру­емую величину (температуру, давление, частоту, силу света, элек­трическое напряжение, ток и т.д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а иногда и для воздействия им на управляемые процессы. Или проще, датчик – это уст­ройство, преобразующее входное воздействие любой физической величины в сиг­нал, удобный для дальнейшего использования.

Используемые датчики весьма разнообразны и могут быть классифицированы по различным при­знакам:

В зависимости от вида входной (измеряемой) величины различают: датчики механических пере­мещений (линейных и угловых), пневматические, электрические, расходомеры, датчики скорости, ускорения, усилия, температуры, давления и др.

В настоящее время существует приблизительно следующее распределение доли измерений раз­личных физических величин в про­мышленности: температура – 50%, расход (массовый и объемный) – 15%, давление – 10%, уровень – 5%, количество (масса, объем) – 5%, время – 4%, электрические и магнитные величины – менее 4%.

По виду выходной величины, в которую преобразуется входная величина, различают неэлектри­ческие и электриче­ские: датчики постоянного тока (ЭДС или напряжения), датчики амплитуды пере­менного тока (ЭДС или напряжения), датчики частоты переменного тока (ЭДС или напряжения), датчики сопротивления (активного, индуктивного или ем­костного) и др.

Большинство датчиков являются электрическими. Это обусловлено следующими достоинствами электрических из­мерений:

- электрические величины удобно передавать на расстояние, причем передача осуществляется с высокой скоростью;

- электрические величины универсальны в том смысле, что любые другие величины могут быть преобразованы в электрические и наоборот;

- они точно преобразуются в цифровой код и позволяют достигнуть высокой точности, чувстви­тельности и быстро­действия средств измерений.

По принципу действия датчики можно разделить на два класса: генераторные и параметрические (датчики-модуля­торы). Генера­торные датчики осуществляют непосредственное преобразование входной величины в электрический сиг­нал.

Параметрические датчики входную величину преобразуют в изменение какого-либо электриче­ского параметра (R, L или C) дат­чика.

По принципу действия датчики также можно разделить на омические, реостатные, фотоэлектри­ческие (оптико-элек­тронные), ин­дуктивные, емкостные и д.р.

Различают три класса датчиков:

- аналоговые датчики, т. е. датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал, пропорционально из­менению входной ве­личины;

- цифровые датчики, генерирующие последовательность импульсов.

- релейные датчики, которые вырабатывают сигнал только двух уровней: "включено/выключено" (иначе говоря, 0 или 1); полу­чили широкое распространение благодаря своей простоте.

Требования, предъявляемые к датчикам:

- однозначная зависимость выходной величины от входной;

- стабильность характеристик во времени;

- высокая чувствительность;

- малые размеры и масса;

- отсутствие обратного воздействия на контролируемый процесс и на контролируемый параметр;

- работа при различных условиях эксплуатации;

- различные варианты монтажа.

Параметрические датчики (датчики-модуляторы) входную величину X преобразуют в изменение какого-либо элек­трического па­раметра (R, L или C) датчика. Передать на расстояние изменение пе­речисленных параметров датчика без энергонесущего сигнала (напряжения или тока) невозможно. Выявить изменение соответствующего параметра датчика только и можно по реакции датчика на ток или напряжение, поскольку перечисленные параметры и характеризуют эту реакцию. Поэтому пара­метрические датчики требуют применения специальных измерительных цепей с питанием посто­ян­ным или переменным током.

Омические (резистивные) датчики – принцип действия основан на изменении их активного со­противления при изме­нении длины l, площади сечения S или удельного сопротивления p:

R= pl/S

Кроме того, используется зависимость величины активного сопротивления от контактного давле­ния и освещённости фотоэлемен­тов. В соответствии с этим омические датчики делят на: контактные, потенциометрические (реостатные), тен­зорезисторные, терморе­зисторные, фоторезисторные.

Контактные датчики — это простейший вид резисторных датчиков, которые преобразуют пере­мещение первичного элемента в скачкообразное изменение сопротивления электрической цепи. С помощью контактных датчиков измеряют и контролируют усилия, перемещения, температуру, раз­меры объектов, контролируют их форму и т. д. К контактным дат­чикам относятся путевые и конце­вые выключатели, контактные термометры и так называемые электродные датчики, ис­пользуемые в основном для измерения предельных уровней электропроводных жидкостей.

Контактные датчики могут работать как на постоянном, так и на переменном токе. В зависимости от пределов изме­рения кон­тактные датчики могут быть одно предельными и многопредельными. По­следние используют для измерения величин, изменяющихся в значительных пределах, при этом части резистора R, включенного в электрическую цепь, по­следовательно закорачиваются.

Недостаток контактных датчиков — сложность осуществления непрерывного контроля и ограни­ченный срок службы контактной системы. Но благодаря предельной простоте этих датчиков их ши­роко применяют в системах автоматики.

Реостатные датчики представляют собой резистор с изменяющимся активным сопротивлением. Входной величиной датчика явля­ется перемещение контакта, а выходной – изменение его сопротив­ления. Подвижный контакт механически связан с объектом, пере­мещение (угловое или линейное) ко­торого необходимо преобразовать.

Датчик в виде простого реостата почти не используется вследствие значительной нелинейности его статической ха­рактеристики Iн = f(х), где Iн - ток в нагрузке.

Выходной величиной такого датчика является падение напряжения Uвых между подвижным и одним из неподвиж­ных контактов. Зависимость выходного напряжения от перемещения х контакта Uвых = f(х) соответствует закону изме­нения сопротивления вдоль по­тенциометра. Закон распределе­ния сопротивления по длине потенциометра, определяемый его конструкцией, может быть линейным или нелинейным.

Потенциометрические датчики, конструктивно представляющие собой переменные резисторы, выполняют из раз­личных матери­лов — обмоточного провода, металлических пленок, полупроводни­ков и т. д.

Тензорезисторы (тензометрические датчики) служат для измерения механических напряжений, небольших деформа­ций, вибра­ции. Действие тензорезисторов основано на тензоэффекте, заключаю­щемся в изменении активного сопротив­ления проводниковых и полупроводниковых материалов под воздействием приложенных к ним усилий.

Термометрические датчики (терморезисторы) - сопротивление зависит от температуры. Терморе­зисторы в качестве датчиков ис­пользуют двумя способами:

1) Температура терморезистора определяется окружающей средой; ток, проходящий через термо­резистор, настолько мал, что не вызывает нагрева терморезистора. При этом условии терморезистор используется как датчик температуры и часто называется “термо­метром сопротивления”.

2) Температура терморезистора определяется степенью нагрева постоянным по величине током и условиями охла­ждения. В этом случае установившаяся температура определяется условиями тепло­отдачи поверхности терморезистора (скоростью движения окру­жающей среды – газа или жидкости – относительно терморезистора, ее плотностью, вязкостью и температурой), поэтому терморези­стор может быть использован как датчик скорости потока, теплопроводности окру­жающей среды, плотно­сти газов и т. п. В датчиках такого рода происходит как бы двухступенчатое преобразование: изме­ряемая величина сначала преобразуется в изменение темпера­туры терморезистора, которое затем преобразуется в изменение сопротивления.

По сравнению с металлическими терморезисторами более высокой чувствительностью обладают полупроводнико­вые терморези­сторы (термисторы).

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:

- нет механического износа, отсутствуют отказы, связанные с состоянием контактов

- отсутствует дребезг контактов и ложные срабатывания

- высокая частота переключений до 3000 Hz

- устойчив к механическим воздействиям

Недостатки - сравнительно малая чувствительность, зависимость индуктивного сопротивления от частоты питаю­щего напряже­ния, значительное обратное воздействие датчика на измеряемую вели­чину (за счет притяжения якоря к сердечнику).

Подключение датчика производится, как правило, к исполнительному устройству. Для охранно пожарной сигнализа­ции таким устройством является приемно контрольный прибор.Схема подключе­ния зависит от типа датчика, точнее от вида формируемого выход­ного сигнала. Перед тем как при­вести основные схемы подключения датчиков скажу не­сколько слов про выход типа "сухие кон­такты". Рассказывая про магнитоконтакныеизвещатели я уже останавливался на этом вопросе, но повторюсь еще раз.

 

 

27.Общие сведения о датчиках информации: основные промышленные стандарты передачи данных между датчиками, регуляторами, компьютерами, исполнительными устройствами.

Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является теоретическая модель OSI (базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, англ. OpenSystemsInterconnectionBasicReferenceModel). Спецификация этой модели была окончательно принята в 1984 году Международной Организацией по Стандартизации (ISO). В соответствии с моделью OSI протоколы делятся на 7 уровней, расположенных друг над другом, по своему назначению — от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (API для передачи информации приложениями). Взаимодействие между уровнями может осуществляться, как вертикально, так и горизонтально. В горизонтальном взаимодействии программам требуется общий протокол для обмена данными. В вертикальном – посредством интерфейсов.

Прикладной уровень – уровень приложений (англ. Applicationlayer). Обеспечивает взаимодействие сети и приложений пользователя, выходящих за рамки модели OSI.

Представительский уровень (англ. Presentationlayer) – уровень представления данных. На этом уровне может осуществляться преобразование протоколов и сжатие/распаковка или кодирование/декодирование данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально. Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям.

Сеансовый уровень (англ. Sessionlayer) управляет созданием/завершением сеанса связи, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений.

Транспортный уровень (англ. Transportlayer) организует доставку данных без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. Разделяет данные на фрагменты равной величины, объединяя короткие и разбивая длинные (размер фрагмента зависит от используемого протокола).

Сетевой уровень (англ. Networklayer) определяет пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, за определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, за отслеживание неполадок и заторов в сети.

Канальный уровень (англ. Datalinklayer) предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне. Полученные с физического уровня данные проверяет на ошибки, если нужно исправляет, упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, и отправляет на сетевой уровень.

Физический уровень (англ. Physicallayer) предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов.

28. Основные показатели работы датчиков. Сведения о точности и погрешности измерений.

При измерении любой величины, как бы тщательно его не выполняли, всегда результаты оста­ются лишьприближен­ными, точное значение остается неизвестным. Причинами этому является не­полное совершенствоприменяемых средств измерительной техники, наличие погрешности у кон­трольных приборов и т.д.

Погрешности можно разделить на три основные группы: систематические, случайные и грубые.

Систематические погрешности появляются систематически при повторных измерениях. При­чинами такихпогреш­ностей явля­ются постоянные факторы: неправильное нанесение делений шкалы, неправильная установка приборанаклонно и т.д. Могут быть ис­ключены методом внесения поправки в результаты измерений.

Случайные погрешности изменяются случайным образам при повторных измерениях одной и той же величины.Они вызыва­ются причинами, которые не могут быть определены заранее, и на ко­торые невозможно оказывать влияние.Они могут быть непосто­янны по знаку. Однако их опреде­ляют с помощью математической статистики и теориивероят­ности.

Грубые погрешности или промахи, явно превышают по своему значению погрешности, оправ­данные условиемэксперимента. Причина их появления – неумение пользоваться данным методом измерения. После анализа их простоис­ключают из результатов из­мерения.

Абсолютной погрешностью измерительного прибора называют разность междупоказаниями прибора идействи­тельным значе­нием измеряемой величины , где  – абсолютная по­грешность; X - показания прибора;  – действительное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность вычисляется по формуле . Из этой фор­мулы, однако, нельзя узнать значе­ние абсолютной погрешности , так как пользователь не знает . Поэтому на практике используютприведенную погрешность и(или) класс точности.

Приведенную погрешность находят из выражения , где  - нормирую­щее значение,выражен­ное в едини­цах измеряемой величины и представляющее собой диапазон шкалы измерительного прибора.

Приведенную погрешность, определенную при нормальных условиях работы прибора, т.е. баро­метрическомдавле­нии  кПа, температуре окружающего воздуха +20±5°С и относитель­ной влажности 30-80%, называютклас­сом точности. Предусмот­рены следующие классы точности для приборов: 0,25; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4; 6 (наносятся нашкалу прибора). По классу точности можно определить максимальное абсолютное значение погрешности прибора.

Повысить точность измерения температуры можно сделать только после калибровки конкретного датчика, которая необходима длянахождения его индивидуальной передаточной функции.

До начала калибровки надо определить математическое описание передаточной функциии нам необходимо уточнитькоэффици­енты a и b. Линейная функция является самой простой для калиб­ровки - требуются две контрольные точки.

Для определения констант a и b датчик необходимо поместить в две среды: одну с температурой t₁ , другую стемпе­ратурой t₂ , и измерить значения двух соответствующих напряжений U₁ и U₂. Для этого надо взять два чистыхметалла, например, олово и алюми­ний, и снять две кривые охлаждения, зафиксировав значения U₁ и U₂ термопары длятемпера­туры плавления t₁ олова и t₂ для алюми­ния. Значения констант a и b находятся из следующих выражений: ,

Для получения температуры из выходного напряжения, необходимо подставить в инверсное вы­ражениепередаточ­ной функции значение измеренного напряжения:

После такой калибровки обычной хромель-алюмелевой термопарой можно измерять температуру сточностью до де­сятых долей градуса. В качестве вторичного прибора можно использовать высоко­точныймилливольтметр, рассчитывая температуру по вышеука­занной формуле вручную, либо про­мышленныйизмерительный прибор соответствующего класса точности с возможностью ввода ко­эффициентов передаточной функции вручную через интерфейс прибора.

 

 

29.Классификация датчиков/первичных преобразователей.

1. В зависимости от вида входной (измеряемой) величины различают: датчики (pickup) механическихперемещений (линейных и угловых), датчики скорости, ускорения, усилия, температуры, расхода, давления и др. Внастоящее время существует приблизительно следующее распределение доли измерений различных физических величинв промышленности: температура - 50%, расход (массовый и объемный) - 15%. давление - 10%. уровень - 5%,количество (масса, объем) - 5%, время - 4%, электрические и магнитные величины - менее 4%.

2. По характер действия все датчики (pickup) подразделяются на датчикинепрерывного (плавного) ипериодического (релейного) действия. У датчиков плавного действия статическая характеристика имеет вид прямойили плавной кривой. У датчиков релейного действия статическая характеристика имеет дискретный характер. Такойдатчик срабатывает только при достижении контролируемой физической величиной заданного значения {maxилиmill).Например, тепловое реле или датчик аварийного давления масла в гидросистеме.

3. По виду выходной величины, в которую преобразуется входная величина, различают неэлектрические иэлектрические первичные преобразователи (сенсоры).

Во втором случае торец этого же стержня может упираться в механический стрелочный показывающий механизм. Тогда мы получим классический чисто механическийдилатометрический термометр с первичным преобразователем ввиде стержня, корпуса и механической показывающей части.

4. По способу передачи электрического сигнала электрические датчики делятся на три класса:

•   Аналоговые датчики, т. е. датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал,пропорционально изменению входнойвеличины;

•   Цифровые датчики, генерирующие последовательность импульсов или двоичное слово:

•   Бинарные (двоичные) датчики, которые вырабатывают сигнал только двух уровней:"включено/выключено"(иначе говоря. О или 1).

5. По принципу действия электрические первичные преобразователи можно разделить на два класса: генераторные и параметрические.

Генераторные осуществляют непосредственное преобразование входной величины в электрический сигнал в видеЭДС и не требует подключения к внешнему источнику энергии (достаточно подключить два вывода от такого сенсора кмилливольтметру и измерить напряжение на его выводах). Полученное напряжение пересчитывается в единицы измеряемой величины.

К генераторным первичным преобразователям (сенсорам) относятся:

· Термоэлектрические (термопары), принцип действия которых основан на термоэлектрическом эффекте, который состоит в том, что при наличии разности температур мест соединений (спаев) двух разнородных металлов или полупроводников в контуре возникает электродвижущая сила, называемая термоэлектродвижущей (сокращенно термо-ЭДС);

· Индукционные (тахогенераторы) сенсоры преобразуют измеряемую неэлектрическую величину в ЭДС индукции. Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции. К этим сенсорам относятся тахогенераторы постоянного и переменного тока, представляющие собой небольшие электромашинные генераторы, у которых выходное напряжение пропорционально угловой скорости вращения вала генератора.
Тахогенераторы используются для определения угловой скорости вращения двигателей:

· Пьезоэлектрические сенсоры, действие которых основано на использовании пьезоэлектрического эффекта(пьезоэффекта), заключающегося в том, что при сжатии или растяжении некоторых кристаллов на их гранях появляется электрический заряд, величина которого пропорциональна действующей силе. Пьезоэффект обратим, т. е. приложенное электрическое напряжение вызывает деформацию пьезоэлектрического образца - сжатие или растяжение его соответственно знаку приложенного напряжения.

· Фотоэлектрические сенсоры (на основе фотодиодов), действие которых основано на преобразовании попавшего на фоточувствительную область светодиода света в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе. Оптические (фотоэлектрические) сенсоры, как составная часть автоматизированных систем управления широко применяются для определения наличия и количества предметов, присутствия на их поверхности наклеек, надписей, этикеток или меток, позиционирования и сортировки предметов. С помощью оптических сенсоров можно контролировать расстояние, габариты, уровень, цвет и степень прозрачности. Их устанавливают в системы автоматического управления освещением, приборы дистанционного управления, используют в охранных системах.

К параметрическим первичным преобразователям (сенсорам) относятся:

Резистивные (омические) сенсоры - принцип действия основан на изменении их активного сопротивления приизменении длины/, площади сечения Sили удельного сопротивленияp: S= p-l/SКроме того, используется зависимостьвеличины активного сопротивления от контактного давления и освещённости фотоэлементов. В соответствии с этимомические датчики делят на: контактные, потенциометрические (реостатные),терморезисторные, тензорезисторные, фоторезисторные:

ü Контактные сенсоры — это простейший вид резисторных сенсоров релейного действия, которые преобразуют перемещение первичного элемента в скачкообразное изменение сопротивления электрической цепи. С помощью контактных датчиков измеряют и контролируют усилия, перемещения, температуру, размеры объектов, контролируют их форму' и т. д. К контактным датчикам относятся путевые и концевые выключатели, контактные термометры и так называемые электродные датчики, используемые в основном для измерения предельных уровней электропроводных жидкостей.

ü Потенциометрические(реостатные) сенсоры - представляют собой резистор с изменяющимся активным сопротивлением. Входной величиной является перемещение контакта, механически связанного с подвижными частями механизмов, а выходной - изменение его сопротивления. Подвижный контакт механически связан с объектом, перемещение (угловое или линейное) которого необходимо преобразовать. Обычно реостатные датчики применяют в механических измерительных приборах для преобразования их показаний в электрические величины (ток или напряжение), например, в поплавковых измерителях уровня жидкостей, различных манометрах и т.п.

Тензорезисторы (тензометрические сенсоры) служат для измерения механических напряжений, небольших деформаций, вибрации, давления, массы. Действие тензорезисторов основано на тензоэффекте, заключающемся в изменении активного сопротивления проводниковых и полупроводниковых материалов под воздействием приложенных к ним усилий, вызывающих деформацию сенсора.

ü Фоторезисторы изменяют своё сопротивление в зависимости от интенсивности освещенности.

· Индуктивные сенсоры 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.). Емкостные сенсоры - принцип действия основан на зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения его обкладок и от диэлектрической проницаемости среды между ними.

· Кварцевые термопреобразователи используются для измерения температур от - 80 до 250 °С и использующие зависимость собственной частоты кварцевого элемента от температуры. Работа данных сенсоров основана на том, что зависимость частоты преобразователя от температуры и линейность функции преобразования изменяются в зависимости от ориентации среза относительно осей кристалла кварца. Данные сенсоры широко используются в цифровых термометрах.

· Микроволновые сенсоры - радиолокационные приборы контроля скорости, движения и подпора, работа которых основана на взаимодействии контролируемого объекта с радиосигналом частотой около 10¹⁰ Гц. Принцип действия датчика основан на изменении частоты радиосигнала, отраженного от движущегося объекта. Это явление ("эффект Допплера") широко используется в радиолокационных системах для дистанционного измерения скорости. Движущийся объект вызывает появление электрического сигнала на выходе микроволнового приемо-передающего модуля.

5. По принципу действия неэлектрические первичные преобразователи можно разделить на три класса:

ü Механические (биметаллические и дилатометрические сенсоры).

ü Пневматические (одновитковые, многовитковые пружины и диафрагмы манометров).

ü Гидравлические (жидкостные термометры расширения).

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: