Studopediya

КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Сензори

Лекция 4-6

Всеки метър може да се разглежда като конвертор измерената стойност G, която представлява стойността на числовите стойности на {G} и извежда резултата за комфортен възприемането му и допълнително форма употреба. Фигура 2 показва обобщен модел на измервателния уред, където измерената стойност на G представлява входната стойност х д, и на дисплея на измерената стойност на {G} [G] е стойността на продукцията, х а. Това превръщане се осъществява функционален елемент, който се нарича датчик или датчик (PDP).

Фиг. 2. Обобщен модел на измервателен уред

Микроелектронни PDP с изходните електрически или оптични сигнали, наречени сензори. Често наричан сензор API (въпреки популярността на термина "сензор" на той препоръчва национален стандарт в нашата страна, както е за предпочитане използван смисъл на думата -. "За да се даде" информация, т.е. независимо генерира сигнал, който не съвпада с характерен функцията преобразуване на PIP измерената стойност в сигнал, подходящ за по-нататъшна употреба).

В относително прости средства на измерената стойност се извежда директно като изходната променлива. Често, обаче, изходните сигнали на вторичния PDP претърпяват трансформация, дължаща се на изискванията за по-нататъшна обработка на сигнала. В същото време трябва да има уникален функционална връзка между измерената стойност, т.е. оригинален, и му дисплей. Обикновено те се стремят да гарантират, че тази връзка, когато измерването е линейна функция трансформация и х а = е (х д) - Equation преобразуване API - Графично показва права линия.

сензорните елементи и сензори са един от основните елементи на автоматичните системи. Те са предназначени за контрол и промени на различни физични величини (параметри на промишлени процеси): температура, налягане, влажност, концентрация на разтвори, скорост и т.н. Като правило, сензорът отговаря на промените в параметъра и преобразува които променят във форма, удобна за използване в автоматична система. В повечето случаи това изисква промени в неелектрически величини превърнати в стойности електрически промени. Структурно част модерна автоматична система, с променлива стойност, която се превръща едновременно в друга физическа величина, то е по-удобен за използване при автоматична система, наречена кълчища. Сензорът включва чувствителен елемент. Въпреки това, на практика и в техническата литература често не се прави разлика между понятията "датчик" и "сензор".



Сензорите са много разнообразни устройства. Това се дължи на физическата природа на измерените стойности (Процес стойности) и разликата в принципите, които формират основата на тяхното измерване. Обикновено сензори се класифицират в зависимост от измерената стойност и параметърът, който преобразува сигнала сензор (омично съпротивление, индуктивност, капацитет и т.н.) (температура, скорост на течността, съдържанието на влага и др поток).

Сензорите (датчици) могат да бъдат контакт и безконтактен. В първия случай, измерване сензор времето влиза в контакт с контролирано вещество през второто измерение се извършва без контакт.

Сензорите, използвани в автоматизирани устройства могат да бъдат параметрични и генератори. Параметрични датчици преобразуват контролирани стойност промяна обикновено неелектрически, в промяна на параметрите на електрическите контакти. Генериране на сензори превръщат промяната в стойността на контролиран ЕВФ.

Основните изисквания за сензорите включват висока чувствителност, линейност на изходната стойност от входа и ниска инерция. Сензор като част от автоматизирана система преобразува контролирани количества от нея се иска въвеждане на променлива х 1, в друг - в размер на изход х 2. Чувствителност S е делта на нарастване съотношение х 1 до нарастване Δ X 2:

,

Отдаване под наем Δ х 1 -> 0, получаваме израз за диференциално чувствителност S D на:

,

Чувствителност може да има размери (напр СрН / ° C, ома / мм, и др.) И за да бъде безразмерна величина.

Понякога се използва мярка за относителната η чувствителност:

,

където х 10 и х 20 - предварително избрани основни стойности на входните и изходните стойности на сензора. В този случай, чувствителност винаги ще безразмерна.

По-долу ще разгледаме някои от най-важните видове сензори.

Автоматичната система е широко използван механични датчици, променливата вход на който е движението. Това е така, защото различни физични величини като сила, въртящ момент, налягане, температура, скорост, ускорение, геометричните размери на органите относително просто превърнати в пространствено изместване оперативно свързан с количествена стойност на тези количества. След това тези премествания се превръщат във функционални електрически параметри, свързани - ампераж, напрежение, индуктивност, капацитет.

Най-честите сензори с преобразуване преместване в електрически величини са реостат (потенциометрично), elektrotenzometricheskie, индуктивен и капацитивен.

Устойчивост предавател превръща движението на сензорния елемент в промяната на ток или напрежение. Фигура 3 показва (съпротивление на предавателя, потенциометъра включени по схемата.

Изходният ток I N и напрежението U Н е уникално свързан с позицията на двигателя (при постоянно напрежение U) и достатъчно голямо съпротивление (R п >> R) и еднакво намотка проводник е предвидено почти линейна зависимост или Т.е. реостат сензор е делител на напрежение с линейна или ъглово отместване на двигателя. Чувствителността на сензора е дадено от Linear ите двигател (Фигура 3а). и за ъглово движение α на двигателя (фиг. 3б).

Фиг. 3. Устойчивост предавател

В такива сензори имат значителни недостатъци, дължащи се на наличието на контакт с приплъзване. Така например, обем на двигателя в рамките на една намотка ликвидация не предизвиква промени в изходната стойност, така че има грешка, свързана с промяна в изходната променлива U п с гладка промяна на входа S или α.

Обикновено, бобината на датчика, изработен от Манганови или константан тел. В най-критичните случаи, бобината на датчика са изработени от тънка (г = 0,03 мм) на платина иридиева жица, която осигурява добър контакт при много ниско налягане на рулони на двигателя.

Групата включва въглероден реостат сензори, които преобразуват силата предава към тях в електрическо съпротивление или напрежение. Управление един от сензора за въглища е показано на фигура 4а. Състои се от графит дискове събрани колона 1. Колоната се състои от дискове с диаметър 10-15 мм 5.10 мм и 12. Има 2 контактни колела и устойчива структура 3 в краищата на колоната, чрез която се предава налягане. Електрическото съпротивление на сензора се състои от самостоятелно устойчивост на диск графит и устойчивостта на преминаване на контактните повърхности между дисковете. С увеличаване на налягането устойчивост преходно контакт на спадове на сензора.

Фигура 4Ь показва кривата на съпротивлението на сензора на прилаганата сила F е приблизително изразява чрез отношението

,

където R г - общата сума на собствените устойчивост графитни дискове; μ л - постоянен коефициент; P - приложена към сензора за сила.

Диференциална чувствителността на сензора въглища може да се намери чрез диференциране по-горе израз за P:

,

На практика, често се използва относителната чувствителност

,

където Δ R - промяна в съпротивлението на сензора при смяна на дължината му от Δ л.

Фиг. 4. Carbon Sensor

Недостатъкът е, характеристики сензорни въглища нелинейност, нейната нестабилност с течение на времето, значителна устойчивост спрямо температурата на околната среда хистерезис и значително (до 8%).

За измерване на малки премествания (от милиметъра), еластична щам elektrotenzometricheskie вибрации елементи се използват най-често представляват стоманени уреди, които деформация се превръща в промяна в електрическото съпротивление. Такъв сензор тел (щам габарит) е тънък = 0,02 ... 0,05 мм) тел 1 (Фигура 5.) зигзаг поставили върху изолационна подложка 2 - обикновено тънка хартия. Най-често използваната Константан или Нихром проводник, краищата на която са прикрепени към медни терминали 3. лепило сензор (BF-2, CF-4, силикон или друг) засилена части и деформира с него. Когато измерените тензодатчици обикновено включват измерване, ръката на веригата на мост.

Фиг. 5. тензометър

Индуктивни сензори се използват за измерване и контрол на механичните движения в рамките 0,01-50 мм. Въпреки това, някои от тях, така наречените Бутални индуктивни датчици могат да бъдат използвани за измерване на водоизместимостта, достигайки десетки сантиметра.

Схемата е проста закотвяне на индуктивен датчик е показан на фигура 6а. Входната стойност в този случай е δ въздушна междина, различна, когато се движат феромагнитен арматура 1, и на изхода - Този ток при постоянно напрежение U: ,

където - На съпротивлението на сензора за намотка 2; R - активно съпротивление на намотката; ω - честота на тока; L - индуктивност на сензорната бобина.

Фиг. 6. Anchor сензор

Индуктивност на L, TR, бобината може да се изчисли от приблизителната формула:

,

където - Броят на бобина Оказва; F - напречно сечение на магнитната верига.

Тъй като съпротивлението на активните намотки много по-малки от индуктивен, т.е. R << L, може да отнеме приблизително

(1)

и

, (2)

Приблизително зависимост I = F (δ) е показана на Фигура 6В. Тази зависимост е линейна в доста широк диапазон на празнина 6. Когато съпротивата става coizmerimym индуктивен, линейността е нарушен.

Чувствителността на индуктивен датчик може да бъде определена от израза (1):

,

Фигура 7 е схематична диаграма на индуктивен датчик буталото. Тези сензори използват бобина имот промени своята устойчивост, когато въвежда в нея на феромагнитен ядро. За захранване на индуктивен датчик се използва променлив ток промишлени (50 Hz), а понякога дори и по-високи честоти (до няколко кХц).

Фиг. 7. Бутало индуктивен датчик

Капацитивните сензори са един кондензатор, чийто капацитет варира с измерените неелектрически величини, като например размера на движение. По този начин, капацитивен сензорен вход стойност е линеен или ъглов скалата, и на изхода - електрическа мощност. Примери за капацитивни сензори са показани на Фигура 8.

Фиг. 8. Капацитивни сензори

В капацитет С на плосък кондензатор сензор променя разстоянието между плочите (фиг. 8 а) определя по формулата:

,

където - Диелектрична константа; F - активната зона на кондензатор; δ - разстоянието между плочите.

TAKIM начин, когато делта разстояние между плочите се променя капацитет на сензора. диференциално чувствителността на сензора S D в този случай се определя по формулата:

,

Капацитивните сензори с различна разстояние между плочите се използва за измерване на много малки премествания -. 10 -6 m Тази висока точност се постига чрез включване на сензорното рамо на веригата на мост, захранващото напрежение на висока честота.

Капацитивен сензор с ъглово отклонение, както е показано на фигура 8б. Капацитетът на кондензатора може да бъде определена по формулата:

,

където F - активно кондензатор зоната на α = 0; δ - разстоянието между плочите.

Този вход сензор стойност е α, и на изхода S.

Диференциална чувствителност:

,

Схема цилиндрична капацитивен сензор е показан на фигура 8с. Тук капацитет варира в зависимост от относителното аксиално движение на цилиндъра образуване кондензатор:

,

където δ - стойността на вътрешния цилиндър външната припокриване; R 1 и R 2 - радиуси съответно вътрешни и външни цилиндри.

Диференциална чувствителност се определя по формулата:

,

Общи недостатъци на капацитивни датчици работят са неприложими за промишлена честота 50 Hz и, следователно, необходимо за един специален източник с висока честота на енергия; голямо влияние на паразитни капацитети и много други фактори.

Magnetoelastic сензори се основават на феномена на magnetoelastic ефект - промяната на магнитната проницаемост на феро при еластична деформация. Опростен magnetoelastic сензор верига е показана на фигура 9а. Състои се от магнитна сърцевина с индуктор. Когато еластичната деформация на магнитната проницаемост μ се променя, като по този начин се променя съпротивлението на бобината тъй като ,

Като материал на magnetoelastic сензори обикновено се използва никел-железни сплави. Зависимостта на относителната промяна на магнитната проницаемост на щама:

в еластичната диапазон е показано на Фигура 9Ь.

два вида чувствителност към отличават magnetoelastic сензори: електрически

и магнитна

,

Общата чувствителност на сензора

,

Фиг. 9. magnetoelastic сензор

Фиг. 10. пиезометричната сензор

Този тип сензор има висока производителност и малки размери. Значителен недостатък е високата температура грешка, която идва до 1% за 1 ° С Това прави използването на специална схема за компенсиране на грешки температурата. схеми за захранване с подобни сензори се извършват от източник висока честота променлив ток (5-10 ... 3 4 5-10 Hz).

Пиезоелектрични датчици използват най-често за измерване и управление на бързо променящата се натиск, щамове и така. Н., се основава на пиезоелектричен ефект. Същността на този ефект е появата на такси върху лицата на кристала в неговата механична деформация. Такива сензори често се използват плоча (или няколко плочи), специално издълбани от кристал на турмалин, кварц или сол на Рошел. Като материал за плочите на бариев титанат е широко използван.

Действието на сила F по така наречената електрическа ос на кристала в граници плоча възникне електрически заряди Q различни символи, стойността на който се определя от отношението:

,

където к 0 - пиезоелектричен постоянен или модул.

Тези сензори са генераторът представлява плоча вмъкнат между електродите. Получената напрежение U между електродите е равен на:

,

където C - капацитет сензор; От 0 - контейнер закрепен към измервателния сензор верига (окабеляване капацитет, капацитет на измервателно устройство).

Диференциална чувствителността на сензора:

,

От по-горе показва, че експресията значително влияе на чувствителност сензор C 0, което води до увеличаване на намаляване на чувствителността.

За да се увеличи чувствителността на сензора се състои от няколко плочи, подредени колона (фиг. 10) и е свързан паралелно. В този случай:

(4)

където N - броят на сензорни пластини. От (4) намираме

, (5)

Сравняване на изразите (4) и (5), можем да заключим, че използването на няколко преобразуватели в пиезоелектрични плочи води до увеличаване на чувствителността чрез намаляване на влиянието на капацитет C 0.

Сред най-често срещаните-електрически сензори са tachos постоянен и променлив ток. Те се използват за получаване на напрежение, пропорционално на въртене честота, и се използва като електрически сензори ъглова скорост.

Тахогенератори DC (фиг. 11) се извършва от постоянно възбуждане на магнит (фиг. 11а) или от външен източник DC (фиг. 11Ь). Тачо ЕМП се изчислява по формулата:

,

където к е - коефициент в зависимост от дизайна на схемата и арматура; F -CURRENT възбуждане; - Ъглова скорост.

Фиг. 11. Тахогенератори

С постоянен поток на възбуждане (F = конст) EMF E зависи само от скоростта на котвата. Чувствителността на километража-генераторите:

Това е ~ 10 тУ / мин -1. Характеристика тахометър E = F (N) е показана на фигура 11с. Вижда се, че с увеличаване на натоварване R N характеристика става нелинейни и чувствителността намалява.

Датчици фотоелектрически, които реагират на промени в светлинния поток в слънчевите клетки съдържат различни видове като чувствителен елемент. Фотоволтаичните клетки се наричат ​​устройства, използвани за преобразуване на светлинна енергия в електрически ток.

Датчици фотоелектрически които обикновено се използват за измерване и контрол на промишлени процеси на различни параметри - температура, нивото на течността, концентрация на разтвори за прозрачност газова среда за счетоводството, сортиране, и бракувани стоки парче на (компоненти, кутии и т.н.), за да контролират повърхност състоянието на телата в автоматичен системи за проследяване на отрязаните части по време на обработката и т.н. върху контура

Слънчеви клетки, въз основа на техните действия могат да бъдат разделени в две групи. Първата група включва соларни клетки, които използват външно явление на фотоелектричния ефект, когато под влияние на светлинния поток, освободен електрони напусне вещество, т.е. електрон емисиите настъпва. Такива устройства се наричат ​​слънчеви клетки с външен фотоелектричния ефект. Втората група от слънчеви клетки с вътрешния фотоелектричния ефект. Това може да бъде Фоторезистор, в което под действието на светлина поток материал променя електрическата проводимост и фотоклетките на бариерен слой (фотоклетки клапан), в която на светлинния поток, под влияние на собствената си EMF развълнуван.

Фигура 12а показва фотоклетка устройство с външна фотоелектричния ефект (електрически вакуум фотоклетка). В стъклена бутилка, от която изтощен въздуха във вакуум среда или инертен газ (обикновено аргон) се поставят два електрода - катод 1 и анодни 2. анода на фотоклетката е кръгла плоча или пръстен, и катода се прилага към вътрешната повърхност на стъкления цилиндър на тънък фотоклетка фоточувствителен слой (обикновено антимон-цезий). Схема на свързване на слънчевата клетка с външен фотоелектричния ефект е показано на Фигура 12Ь. В анод комутиране DC напрежение (150-200 V) и товарно съпротивление R п. Когато светлината слънчева клетка ток се генерира в анод верига, устойчивостта създава спад на напрежението в товара.

Фиг. 12. соларната клетка с външен фотоелектричния ефект

Броят на електрони, излъчвани от източника на фотоелектричния ефект е пряко пропорционална на светлинния поток инцидента на повърхността на метала. Следователно, силата на фотоелектричния ток емисионен

,

където F - Светлинен поток; е к - коефициент на пропорционалност.

Чувствителността на фотоклетка

измерена в микроампера на лумена. Чувствителността фотоклетка на газ-антимон-цезий може да достигне 150-200 mA / л.м., докато в вакуумни устройства, тя е 20-30 стенокардия / LM.

В картина 12б показва светлинни характеристики на фотоклетка с външен фотоелектричния ефект на, показваща зависимостта на текущата слънчева клетка мощност от потока на клетка.

Фоторезистори заместят полупроводникови фотоволтаични устройства, които използват полупроводници имот да се увеличи неговата електропроводимост при излагане на светлина. Получаване на енергия от светлинния поток, електронът се движи в лентата на проводимост е пропорционален на светлинния поток на енергия, без да се преминава границата на полупроводника. Ако краищата на полупроводника прилагат потенциална разлика, силата на тока, протичащ във веригата ще зависи от условията на полупроводникови светлина. В същото време, за разлика от фотоволтаични клетки с външна фотоефект Фоторезистор не е едностранна проводимост и провежда електричество същите и в двете посоки.

Шофиране Фоторезистор устройство е показано на фигура 13а. На мрежа от проводници 1 чрез вакуумно изпаряване на тънък слой от полупроводников светлочувствителни полупроводници 2. Повечето са селен, сяра, талий, олово, сяра, серен, бисмут и кадмий сулфид. Фоторезистор монтирани в пластмасов корпус, снабдена с щифтове за включване в схемата. За световния достъп до светлочувствителна повърхност на корпуса на прозорец е направен.

Фиг. 13. photoresistance

При смяна на решетка осветяването променя електрическото съпротивление на фотоклетката и силата на текущата I р във веригата. Всички фоторезистори зависимост от силата на фототока I е стойността на светлинен поток F при постоянна захранващо напрежение U са нелинейни и може да се представи с израза

,

където 0 <1.

Както се вижда на фигура 13В, с увеличаване на чувствителността на осветеността

падания, и най-висока чувствителност, такива слънчеви клетки са в условия на ниска осветеност. Въпреки това, чувствителността на фоторезистори значително по-големи от слънчеви клетки с външна фотоелектричния ефект.

Недостатъците са фоторезистори нелинейност характеристики, инерция, голяма температурна грешка.

Фотоклетки бариерен слой (порта фотоклетки: коренно различни от фоторезистори, че е най-генераторни датчици, не изискват за експлоатацията им външен източник на захранване с енергия на светлинния поток в тях създава EMF, който се използва за производство на електрически ток във веригата на товара затова .. в клапан фотоклетка светлина се преобразува в електрическа енергия.

Схема фотоклетка устройство с блокиращ слой, показан на фигура 14а. Елементът се състои от тънък прозрачен слой от злато 1, бариерния слой 2, полупроводникови слой 3 и метален електрод 4.

Фиг. 14. соларната клетка с бариерен слой

Както се използва полупроводникови оксид мед, селен, талий, сяра, силиций. Бариерният слой в подходяща топлинна обработка на полупроводника се формира на границата със злато. С еднопосочен проводимост (откриване на имот), той не позволява електрони освободени под въздействието на светлинния поток, за да се върнат. Следователно, при електродите за контакт (злато филм между 1 и електрод 4 се появява EMF. Със затварянето на фотоклетка съпротивление ток ще се проведе в резултат верига, чиято сила се е зависи от осветеността на фотоклетката.

Леки характеристики фотоклетка с бариерен слой за различни стойности на съпротивление R п са показани на Фигура 14Ь. С увеличаване на N R разбити на линейността на I F = F (F) и намалява чувствителността на фотоклетка.

<== Предишна лекция | На следващата лекция ==>
| Сензори

; Дата: 04.01.2014; ; Прегледи: 521; Нарушаването на авторските права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикуван материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



zdes-stroika.ru - Studopediya (2013 - 2017) на година. Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва!
Page генерирана за: 0.061 сек.