Общие сведения и Классификация первичных преобразователей (датчиков)

 

В общем виде датчик Д (рис. 1) можно представить в виде чувстви­тельного элемента ЧЭ и преобразователя Пр. Чувствительный элемент в системах автоматики и телемеханики выполняет функции «органов чувств». Он предназначен для преобразования контролируемой величины х в такой вид сигнала х ₁ который удобен для измерения. В преобразова­теле, как правило, происходит преобразование неэлектрического сигнала х ₁ в электрический сигнал у. Например, давление х в электроконтактном манометре сначала преобразуется с помощью чувствительного элемента в механическое перемещение стрелки х₁, а затем уже в преобразовате­ле – в изменение сопротивления у.

На вход датчика могут поступать как электрические, так и неэлектри­ческие сигналы. С выхода датчика обычно получают электрические сигналы. Это вызвано тем, что электрический сигнал проще уси­ливать и передавать на различные расстояния.

Рис. 1. Структура датчика

 

Общими характеристиками датчиков являются статическая характе­ристика; инерционность; динамическая (дифференциальная) чувстви­тельность; порог чувствительности; погрешность; мощность; момент или усилие, требуемые от источника входного сигнала; выходная мощность и выходное сопротивление датчика.

Рассмотрим некоторые из общих характеристик датчиков.

Статическая характеристика показывает зависимость выходной ве­личины у от входной величины х ₁т.е. у =f(x) (x – контролируемый, или регулируемый параметр, действующий на датчик; у – параметр, получен­ный после преобразования).

Инерционность характеризуется отставанием изменений выходной ве­личины у от изменений входной величины х. Она приводит к погрешностям при измерении входной величины х и поэтому является нежелательной.

Динамическая (дифференциальная) чувствительность датчика S или динамический коэффициент преобразования датчика К_дин показывает, во сколько раз приращение выходной величины (Ay/dy) больше приращения входной величины (Ax/dx):

К числу основных признаков, позволяющих классифицировать первичные преобразователи, относятся принцип действия и вид входного и выходного сигналов (рис. 3.2).

В зависимости от принципа действия первичные преобразователи можно разделить на две группы: параметрические и генераторные.

Параметрические датчики служат для преобразования неэлектрического контролируемого или регулируемого параметра в параметры электрической цепи (R, L, С). Эти датчики получают электрическую энергию от вспомогательного источника энергии. Параметрические датчики делятся надатчики активного сопротивления (контактные, реостатные, потенциометрические, тензодатчики, терморезисторы) и реактивного сопротивления (индуктивные, емкостные).

Генераторные датчики предназначены для преобразования неэлектри­ческого контролируемого или регулируемого параметра в ЭДС. Эти дат­чики не требуют постороннего источника энергии, так как сами являются источниками ЭДС. Генераторные датчики бывают термоэлектрическими, пьезоэлектрическими и тахиметрическими.

К параметрическим и генераторным датчикам предъявляются следую­щие общие требования: непрерывная и линейная зависимость выходной величины у от входной х; высокая динамическая (дифференциальная) чувствительность; малая инерционность; наименьшее влияние датчика на измеряемый или регулируемый параметр; надежность в работе; применимость к используемой измерительной аппаратуре и источникам питания; наименьшая себестоимость; минимальные масса и габариты.

 

Рис. 3.2. Классификация первичных преобразователей

 

По виду входного сигнала первичные преобразователи делятся на следующие группы: температуры, давления, разрежения, расхода, уровня, состава и влажности веществ, плотности, перемещения, скорости, уско­рения и т. д.

По виду выходного сигнала первичные преобразователи подразделяют на несколько групп. Одна группа преобразует контролируемую величину в изменение активного сопротивления, другая – в изменение, емкости, третья – в изменение индуктивности и т. д.

В соответствии с требованиями «Государственной системы приборов (ГСП)» первичные преобразователи, применяемые для автоматизации технологических процессов на промышленных предприятиях, должны выдавать стандартные сигналы. Так, первичные преобразователи, выход­ным сигналом которых является напряжение или сила электрического тока, должны отвечать рядам напряжения: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 5; 10; 20 В и силе тока: 1; 2; 5; 10; 20 мА. Такая унификация необходима при использовании преобразователей в автоматизированных системах управления технологи­ческими процессами (АСУ ТП) с управляющими цифровыми ЭВМ.

При выборе датчика необходимо также учитывать особенности иссле­дуемого процесса: периодичность и максимальную частоту воздействий, атмосферные условия (влажность и температуру воздуха), наличие вибра­ций в установке и т.д.

Лекция 9

Усилители

Вопросы:

1. Управляющие устройства

2. Общие сведения об усилительных устройствах

3. Электронные усилители

4. Магнитные усилители

5. Гидравлические и пневматические усилители