Хижняков Ю.Н. Метрология, стандартизация и сертификация - файл n1.doc

приобрести
Хижняков Ю.Н. Метрология, стандартизация и сертификация
скачать (14811.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc14812kb.13.09.2012 19:24скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7

а) дифференциальная схема включения


Дифференциальный индуктивный датчик содержит две одинаковые катушки и общий якорь.



Входная величина – перемещение якоря. В дифференциальной схеме включения образуются два контура, в которых протекают токи, определяемые индуктивными сопротивлений дифференциального датчика. При смещении сердечника вправо индуктивное сопротивление уменьшается, а индуктивное сопротивление увеличивается. При среднем положении сердечника .

Дифференциальная схема исключает влияние окружающей среды.

в) мостовая схема


Две катушки дифференциального индуктивного датчика и резисторы и включается по мостовой схеме, где токи J1 и J2 определяется индуктивными сопротивлениями и . Если Мостовая схема также исключает влияние окружающей среды.
Лекция №5
Трансформаторные датчики
Входная величина - перемещение якоря Х.

Выходная величина – ЭДС вторичной обмотки.

Трансформаторный датчик имеет клапан разрезающий магнитопровод.


; ;

- коэффициент взаимоиндукции.



Выходное напряжение датчика является выходной функцией зазора. При Х=0: = – максимальный зазор (напряжение минимальное, перемещение максимальное). По мере приближения якоря к сердечнику Е2 нелинейно растет по гиперболическому закону.


Другие конструкции:

1.




  U







 60 

2.



При перемещении вторичной обмотка вдоль сердечника, наводимая в ней ЭДС изменяется по линейному закону из-за изменения индукции вдоль сердечника по гиперболическому закону.
3. Дифференциальный трансформаторный датчик.









Выходной сигнал достаточно мощный и может быть использован для передачи его без усиления. Температурная погрешность датчика отсутствует, линейный диапазон статической характеристики и ее крутизна увеличивается в два раза.
Индукционные измерительные преобразователи
Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции, где при пересечении проводником силовых линий в нем наводится ЭДС, и наоборот, если магнитное поле изменяется вокруг неподвижного проводника.
а) Преобразователь звукового сигнала в электрический сигнал


Преобразователь состоит из постоянного магнита с воздушным кольцевым зазором. В зазоре помещается катушка. При движении катушки с мембраной в ней наводится ЭДС и происходит преобразование звукового сигнала в электрический сигнал.
Д


атчик скорости вращения вала







0

Датчик имеет магнитную систему с зазором и зубчатое колесо. Поле постоянного магнита замыкается через зубья колеса, которое крутится. В момент приближения зуба формируется положительный импульс из-за снижения магнитного сопротивления магнитному полю. Частота следования импульсов будет пропорциональна числу оборотов в минуту.

При низкой частоте обычно измеряют период Т:



Для повышения частоты вместо колеса с зубом используют магнитный барабан с метками или шестеренку.

Пьезоэлектрические преобразователи
В основе работы пъезоэлектрического преобразователя лежат свойства кристалла кварца. Если из кристалла кварца (природный материал) выпилить пластинку по определенным кристаллическим осям, то она будет пьезоэлектрически ориентирована. При сжатии с двух сторон на других сторонах появится потенциал (прямой пьезоэффект). Кварц используется в датчиках вибрации и ускорения. Кварц (искусственный минерал) получают путем воздействия на углерод высоким давлением и температурой.
1.Датчики постоянного ускорения.

Адаптер




Пьезоэлектрик крепится на металлической пластине. При вибрации объекта появляется напряжение, которое можно использовать для измерения частоты и вибрации, при этом сигнал необходимо усиливать, так как сигнал имеет малую выходную мощность.
2.Датчик вибрации (переменного ускорения).












В корпусе датчика помещены пьезопластины, на которые сверху давит груз, имющий массу. При вибрации масса, обладая инерционностью, давит с частотой вибрации на пъезопластины, c которых снимается сигнал для дальнейшего усиления.

3. Датчик давления.




Снизу мембрана. «Минус» на корпусе, «плюс» снимается с пьезоэлектрического преобразователя из кварца. Давление жидкости или газа действует на мембрану и сжимает пластину, на которой возникает электрический сигнал для дальнейшего усиления.
Магнитоупругие преобразователи




1. Индуктивный магнитоупругий преобразователь.

Входная величина – сила Р. Сердечник преобразует давление в деформацию. Электрический сигнал в виде тока есть выход.

Используется зависимость магнитной проницаемости материалов от деформации .
Р ?  r  L,

Материал: перминдюр;

где перминвар;

? – деформация; ферриты.

r- магнитная проницаемость.


2. Трансформаторный магнитоупругий преобразователь.




Р r  Ф  U2,

где Ф - магнитный поток.

3. Магнитоупругий тензодатчик.



1 – Полоска из ферромагнитного материала.

Датчик прикрепляется прямо на деталь.

4. Магнитоанизотропные тензодатчики.




Датчик усилия есть куб с четырьмя отверстиями, в которых помещены две скрещенные катушки. При Р=0 силовые линии магнитного потока, создаваемого током первой обмотки, не пересекают витки второй обмотки, так как ненагруженный материал куба изотропный. При Р0 нагруженный материал куба теряет свойства изотропности, магнитное поле деформируется и силовые линии магнитного потока начинает пересекать витки вторичной обмотки, в которой наводится ЭДС пропорционально действию силы Р.
5. Датчик крутящего момента на валу


кр

На вал действует крутящий момент. Появляется сложное напряженное состояние внутри вала. На первичную катушку подается напряжение, а с другой снимается сигнал. Если крутящий момент отсутствует, то за счет изотропности материала силовые линии магнитного потока не пересекают вторичную обмотку. При наличии момента М появится анизотропность материала, что вызывает искривление магнитных силовых линий и появление ЭДС во вторичной обмотке.


Лекция №6
Частотные датчики
Выходной параметр - частота следования импульсов.

Они различаются:


Частотные датчики с нерезонирующими частотами:

  1. Использование RС - генератора, где нет резонанса.

Принцип генерации основан на частотном сдвиге фаз.

= при R1=R2=R3=R; С1=С2=С3=С.

Если поменять местами R и C, то = .

  1. Наиболее обширна область с резонирующими элементами (датчики температуры, кварцевыми резонаторами, частота резонатора Т0)


Датчик давления.






Тонкостенная металлическая трубка в нее вводится измеряемое давление. Резонансная частота колебания трубки зависит от давления. При изменении давления меняется частота импульсов в обмотке.
Струнный датчик давления с резонирующим элементом

1.


2. При растяжении струны частота ее колебания повышается. При понижении давления натяжение струны падает.

Чтобы преобразовать частоту в струны в электрическую энергию необходимо использовать индуктивный датчик:

Частота определяется резонансной частотой струны.




3.


Uп



  1. Струна; 1- Возбудитель;

  2. Мембранная коробка; 2- Адаптер.

  3. Мембрана.



Под давлением мембрана прогибается и струна натягивается. То есть, чем выше давление, тем больше собственная частота струны.

Развертывающие и интегрирующие элементы
Развертывающие и интегрирующие элементы позволяют во времени исследовать процесс, когда рабочее тело с определенной скоростью проходит определенный путь. Выходная величина – t(Т). Т – период. Если скорость процесса зависит от входной величины – то интегрирующий, а если путь процесса зависит от входной величины – то развертывающий.
Интегрирующие элементы

1. Датчик скорости






=var


Скорость вращения вала меняется, а путь постоянен (один оборот), при этом меняется период следования импульсов.



2. Расходомер со сносом метки




Метка создаст неоднородность.


Труба постоянного сечения. Расход будет определяться скоростью интегрирующего датчика.


Развертывающие элементы
1. Датчик перемещения








Входная величина- перемещение подвижной щетки. Скорость вращения постоянна, а путь меняется. Если щетка в начале, то импульсы короткие, так как маленькая ширина проводящего участка:

1 – барабан;

2 – подвижная щетка.
2.Ультразвуковой уровнемер



1-Источник;

2-Приемник.

Время прохождения от источника до приемника определяется уровнем жидкости. Чем выше уровень, тем больше время. Отражение от границы сред ультразвуком.

Выходная величина – время.

Емкостные датчики







Емкостные датчики - это параметрические датчики, где выходная величина - изменение емкости. Емкость образуется двумя металлическими обкладками, между которыми размещен диэлектрик.

S – площадь перекрытия пластин.

? – зазор между пластинами.

?0=8.85*10-12 Ф/м.

1Ф = 10 = 10nF = 10pF.




  1. изменяем S

.
Емкостный датчик угла поворота имеет неподвижный блок и подвижный блок - пластину. Характеристика линейная. Вид характеристики определяется формой блока подвижных пластин и необходимо определить функциональную зависимость.




Дифференциальный емкостный датчик





  1. Изменяем зазора ?.





Пластины перемещаются параллельно. Характеристика нелинейная, так как ? в знаменателе формулы.

3) Изменение ?r (диэлектрическая проницаемость среды).



В зазор между пластинами вводится диэлектрик, емкость конденсатора меняется. Характеристика является линейной. Для нелинейной характеристики применяют пластины сложной формы.
Разновидностью плоского датчика является датчик уровня жидкости, где жидкость диэлектрическая (бензин, керосин, масло). В резервуар опускается конденсатор С между обкладками

С=С1+С2; ; С2=?0?r2Вh/?

С будет зависеть от уровня h.


Схемы включения емкостных датчиков
1)Включение в схему RC-генератора с частотно-зависимой цепью.


2)Включение в резонансный контур.


Амплитудная характеристика колебательного контура LC, где наблюдается резонанс токов.
Генератор выдает колебания определенной частоты и при изменении емкости будет меняться Uвых (fг=const). Если резонансный контур будет включен в схему генератора, то с увеличением емкости будет падать частота.

А и В – рабочие точки.
3) Включение в мостовую схему.




4) Метод биений

Изменяя Сэ, добиваемся на выходе «0».

f1 = f2; Cх = Сэ

Если СХ дифференциальная емкость, то

5)

С1 = С0 + ∆С;

С2 = С0 - ∆С;

Uвых =


6)






Лекция № 7
Измерение температуры
Температурой называется статистическая величина, характеризующая тепловое состояние тела и пропорциональная средней кинетической энергии молекул тела. За единицу температуры принимается кельвин (К). Температура может быть представлена в градусах Цельсия (С). Нуль шкалы Кельвина равен абсолютному нулю, поэтому все температуры по этой шкале положительные. Температуру измерить непосредственно нельзя. Её определяют косвенно – по изменению физических свойств различных тел.

Практический диапазон: 1,5 ч104 К.

Разработана международная практическая температурная шкала (МПТШ -68), по которой установлен ряд реперных точек:

0 К– абсолютный нуль;

13,81 К – тройная точка водорода;

20,28 К – точка кипения водорода;

27,102 К – точка кипения неона Ne;

54,36 К – тройная точка кислорода;

90,188 К – точка кипения кислорода;

273,15 К – тройная точка воды;

373,15 К – точка кипения воды;

692,73 К – точка затвердения цинка;

1235,08 К – точка затвердения серебра;

1337,58 К – точка затвердения золота.

Выделяют семь шкал (участков)

(1.5  4,2) К (супернизкие температуры): их измеряют по давлению паров гелия.

(4.2  13.8) К (полупроводниковый терморезистор);

(13.8  273.16) К (платиновый терморезистор);

(273.16  903.89) К (платиновый терморезистор);

(903,89  1337) К (платинародий-платиновая термопара);

(1337  2800) К (пирометры);

(2800  100000) (спектральные методы).

Для измерения температуры могут использоваться разные датчики расширения, использующие температурное расширение жидких, газообразных и твердых тел.
Расширение жидкостей
Жидкостный датчик – термометр (ртуть, керосин, спирт);

Индивидуальный выход – шкала. Визуальный отсчет по уровню жидкости в капилляре, но возможен и электрический выход (контактный датчик).

Если жидкость ртуть (Hg) достигнет определенного уровня, то цепь замкнется. Можно делать резистивный датчик, поместив в трубку резистор.
Расширение газов



Расширение металлов

Биметаллический датчик

1>2

При повышении температуры контактная группа из пластин инвара и латуни изгибаются и размыкается цепь из-за разного температурного коэффициента расширения (ТКР) пластин.
Дилатометрическое реле температуры


Диапазон измерения температуры: -20°С+40°С.
Струнный датчик температур



Частота генератора будет определяться натяжением струны.
Терморезистор
Терморезисторы могут быть металлическими или полупроводниковыми.

Входная величина – температура.

Выходная величина – изменение сопротивления от температуры.

Металлические терморезисторы:

- платиновые термометры сопротивления (ТСП)

(-200 + 650) 0С

R=R0 [1+At+Bt2+C (t-100)*t3],

где

A=4*10-3; B= - 6*10-7; C=4*10-12;

R0- сопротивление при 00 С;

- медные термометры сопротивления (ТСМ) (-50 +180) 0 С

RT=R0 (1+Аt)





Конструкция:

Трубка выполнена из нержавеющей стали. Коробка с крышкой и клеммами для подключения датчика с помощью соединительных проводов.


Полупроводниковые терморезисторы
Конструкции:




RT=А е В/T

Диапазон (- 60 .. +125) 0С

Недостаток: большой разброс параметров.

Марки: - старые обозначения: ММТ, КМТ;

- новые обозначения: PТ – резистор термозависимый.

Достоинства: повышенная чувствительность и могут использоваться для температурной компенсации разогрева холодных спаев термопары.
1   2   3   4   5   6   7


а) дифференциальная схема включения
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации