РЕОСТАТНЫЕ И ЕМКОСТНЫЕ ПРЕОБРАЗ0ОВАТЕЛИ. ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ.
Реостатные преобразователи — это реостаты, движок которых перемещается при изменении измеряемой неэлектрической величины. Входная величина такого преобразователя — перемещение движка, а выходная — изменение сопротивления.
Реостатные преобразователи изготавливают либо в виде намотанных на каркас обмоток из изоляционного материала, либо реохордного типа. Для изготовления реостатов часто применяют константановую и манганиновую проволоку.
Индуктивное сопротивление реостатных преобразователей обычно мало, вследствие чего реактивное их сопротивление можно не принимать во внимание для частот изменяемого сигнала порядка 10...100 кГц.
Недостатком реостатных преобразователей (за исключением преобразователей реохордного типа) является дискретность работы — непрерывному изменению измеряемой величины соответствует ступенчатое изменение сопротивления, равное сопротивлению одного витка. Это вызывает определенную погрешность измерений, уменьшающуюся с увеличением числа витков преобразователя. Общее число витков преобразователя должно быть не менее 100...200.
В основу работы емкостного преобразователя положена зависимость изменения емкости электрического конденсатора при воздействии на него измеряемой величины.
Емкость плоского конденсатора определяется выражением:
где ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрика;
|
|
|
А - площадь поверхности каждой пластины;
х - расстояние между пластинами.
В зависимости от того, на какой параметр влияет измеряемая величина, емкостный преобразователь может работать:
с изменением площади А, с изменением расстояния между пластинами х , с изменением диэлектрической проницаемостью ε.
Емкостные датчики обладают целым рядом преимуществ по сравнению с другими датчиками.
К их достоинствам относятся:
малое потребление энергии; малые усилия подвижной части; простота изготовления; дешевизна; малое число соединительных частей; высокая точность; стабильность работы; широкий диапазон регулирования. Недостатками этих датчиков являются: высокое внутреннее сопротивление; высокие требования к конструкции; необходимость работы на повышенной частоте.
13 ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.
Под преобразователем понимается устройство, служащее для первичного преобразования измеряемой неэлектрической величины в связанную с ней функциональной зависимостью электрическую величину.
Работа пьезоэлектрических преобразователей основана на использовании пьезоэлектрического эффекта. Он проявляется в способности некоторых материалов при механическом нагружении образовывать электрические заряды (прямой пьезоэффект), а при приложении электрического поля механически деформироваться (обратный пьезоэффект).
|
|
|
Количественно пьезоэффект оценивается пьезомодулем d - коэффициентом пропорциональности между возникающим зарядом Q и приложенной силой F:
Q = dF.
Для обеспечения наибольшего пьезомодуля кварцевую пластинку вырезают из монокристалла таким образом, чтобы наибольшая ее грань была перпендикулярна к кристаллографической оси X (рис. 1.1, а), являющейся электрической (или пьезоэлектрической) осью. Ребро а вырезанной прямоугольной пластинки параллельно оси X, ребро h - оптической оси Z, а ребро b - оси Y, называемой также механической осью.
|
Рисунок 1.1- Схема ориентации пластины пьезоэлемента в кристалле кварца (а) и соединение пьезоэлементов в преобразователе (б) |
При нагружении такой пластинки силой F в направлении оси X на ее гранях образуется заряд Qi= dn-Fx, определяемый только приложенной силой и не зависящий от геометрических размеров пластинки (продольный пьезоэффект). Если пла- стинку подвергнуть сжатию в направлении оси Y, на тех же гранях вновь появится заряд противоположного знака (поперечный пьезоэффект). Заряд при этом Q2 = dn.b-Fy/a зависит от отношения b/а. Путем соответствующего выбора этого отношения можно изменять чувствительность преобразователя. При механическом воздействии на пластину в направлении оси Z заряд не появляется.
|
|
|
Для увеличения заряда преобразователь набирают из нескольких (п) пластин, которые механически соединяют последовательно, а электрически - параллельно (рис. 1.1, б). В этом случае суммарный заряд QE = n-Qi. На практике обычно измеряют не заряд, а напряжение на конденсаторе, образуемом гранями пластины:
U =Q/Сд =dnF/Сд (Сд - емкость конденсатора).
Пьезоэлектрические преобразователи пригодны для измерения сил, давления и других величин, являющихся характеристиками силовых воздействий.
Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 539; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!