Полупроводниковые датчики активного сопротивления

Представляют собой полупроводниковые приборы (транзисторы, фотоэлементы с внутренним фотоэффектом, терморезисторы).

Фотоэлектронный датчик представляет собой фоторезистор, включенный в электрическую цепь с приемником.

Полупроводниковые датчики активного сопротивления выполняются на полупроводниковых элементах (транзисторах, фототранзисторах, фотодиодах, фоторезисторах, терморезисторах).

Работа датчиков:

Фоторезистор изменяет свое сопротивление в зависимости от величины потока освещенности чувствительного элемента. Сопротивление изменяется по закону: если освещенность равна нулю, сопротивление очень велико и обратно.

R (Ом)

Фотодиод: аналогично. I

-u u

Терморезисторы – это приборы, сопротивление которых зависит от температуры:

Датчик реактивного сопротивления.

К ним индуктивные и емкостные датчики.

Индуктивными называются датчики, принцип действия которых основан на изменении индуктивного сопротивления электромагнитного дросселя при перемещении его якоря.

Они применяются для измерения угловых и линейных механических перемещений, деформаций и контроля размеров деталей.

Представляют собой электромагнитный дроссель с переменным воздушным зазором, обмотка которого включена последовательно с сопротивлением приемника.

Нереверсивный индуктивный датчик:

Uxx

Схема включения Статические характеристики Величина индуктивности

Где - количество витков - магнитная проницаемость

S - сечение - величина зазора

С увеличением зазора магнитный поток в катушке возрастает, сердечник насыщается, магнитная проницаемость уменьшается. В результате уменьшается индуктивность обмотки дросселя и уменьшается его индуктивное сопротивление, что вызывает увеличение тока в катушке и в приемнике – вызовет увеличение падения напряжения на нем, которое является выходным напряжением датчика. Поэтому с увеличением зазора выходное напряжение возрастает, как показано на статической характеристике.

Если приемник имеет активную индуктивную составляющую, то

Zпр =

Z= Zдр + Zпр

откуда пр.

Датчик обладает высокой чувствительностью, надежностью, имеет достаточно большую выходную мощность.

Реверсивный индуктивный датчик:

Он обладает в 2 раза большей чувствительностью, чем реверсивный. Включается по дифференционной или мостовой схеме. Измеряет величину дефектов в сторону уменьшения и в сторону увеличения. В среднем положении якоря выходное напряжение датчика равно нулю.

I1 I2

Дифференционная схема.

Реверсивно-индуктивный датчик является дифференционным датчиком.

Принцип действия основан на вычитании токов, протекающих по полуобмоткам датчика, на сопротивление приемника, и выделение результирующего тока, создающего результирующие выходное напряжение датчика. Если контролируемая деталь соответствует номинальному размеру, то якорь датчика находится в среднем положении (когда зазоры и одинаковы). В этом случае по полуобмоткам будут протекать токи по цепи: по левой – вывод «1» трансформатора, полуобмотка, сопротивление приемника, средняя точка трансформатора; по правой – средняя точка трансформатора, сопротивление приемника, правая полуобмотка точка «2» трансформатора. Каждый из этих токов, равных друг другу, создают равные, но противоположно направленные выходные напряжения, которые вычитают друг друга, и результирующее напряжение равно нулю.

Допустим, контролирующая деталь имеет размеры больше номинального. При этом зазор увеличивается, а соответственно уменьшается. При увеличении зазора в первом сердечнике увеличивается линейный поток, происходит насыщение сердечника, и уменьшается магнитная проницаемость. Индуктивность левой катушки уменьшится, индуктивные сопротивления также уменьшатся, и увеличится ток левой полуобмотки, которая создаст более высокое выходное напряжение на сопротивлении приемника. В правом сердечнике, наоборот, зазор уменьшится, магнитное поле уменьшится. При этом индуктивность правой полуобмотки увеличится, её индуктивное сопротивление также увеличится, ток в правой полуобмотке уменьшится и создаст меньшее выходное напряжение, обратное по знаку.

Результирующее напряжение датчика возрастет в положительном направлении в соответствии со статической характеристикой.

При поступления детали с размерами меньше номинальных процесс повторится, только выходное напряжение возрастет обратного направления.

Емкостные датчики.

Емкостные датчики являются датчиками реактивного сопротивления и представляют собой конденсатор переменной емкости, подвижная часть которого связана с контролируемыми деталями с каким-то уровнем.

Принцип действия основан на изменении тока в эл.цепи в зависимости от емкостного сопротивления , которое зависит от

Если контролируемая деталь приводит в движение подвижные пластины конденсатора, изменяя таким образом площадь перекрытия, то это ведет к изменению емкости, емкостного сопротивления и тока, протекающего в цепи, что будет сигнализировать о дефектах детали.

Для измерения уровней жидкостей в качестве параметра, изменяющего емкость, может быть использована диэлектрическая проницаемость диэлектрика между пластинами, может быть использован конденсатор с различными диэлектриками между пластинами.

Генераторные датчики:

К ним относятся термоэлектрические, пьезоэлектрические, тахогенераторные датчики.

Термоэлектрическим называется датчик, в котором изменение температуры преобразуется в термо э.д.с.

Принцип действия заключатся в том, что если 2 разнородных сплава или металла (медь и золото), соединить вместе общим спаем, и этот спай поместить в пространство с более высокой температурой, то между свободными концами этих проводников возникает термо э.д.с., величина, которой будет пропорциональна разности температур между нагретым объемом и объемом, где находятся выводы. В качестве проводников используются пары: платина и платинородий, хромель и алюмель, нихром и константан, а также платина, золото и другие чистые металлы.

Термопары применяются для контроля за рабочей температурой в эл. и др. печах, применяющихся для плавки металлов и их закалки.

Усилители.

Усилителем называется устройство, применяемое для усиления входных сигналов.

Бывают: электрические и неэлектрические.

К электрическим относятся:

1. электрические усилители в состав входят полупроводниковые электронные приборы.

2. магнитные усилители, принцип действия которых основан на изменении магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника, который приводит к изменению величины полного сопротивления рабочей обмотки усилителя.

3. комбинированные усилители, представляющие собой усилители, в состав которых входят каскады, собранные по электронным схемам по схеме магнитного усилителя.

4. неэлектрические усилители – к ним относятся пневматические и гидравлические усилители, нашедшие широкое применение во взрыво- пожароопасных производствах(нефтеперегонные заводы, химические производства, рудники, шахты).

Основные параметры усилителей: коэффициент усиления по напряжению, току и мощности (определение в разах и децибелах); входное сопротивление усилителя; чувствительность; полоса пропускания усилителя; динамический диапазон; КПД.

Магнитные усилители.

Магнитным усилителем называется электромагнитное устройство, предназначенное для усиления электрических сигналов, в котором используются зависимость магнитной проницаемости ферромагнитных материалов на переменном токе от величины постоянного подмагничивающего поля, созданного или изменяемого входным сигналом. Магнитные усилители являются усилителями переменного тока, а управляются сигналом постоянного тока.

Основные преимущества:

1. Высокая надежность.

2. Высокий КПД.

3. Высокая чувствительность.

Недостатки:

1. Большая инерционность.

Принцип действия основан на использовании явления насыщения ферромагнитного сердечника магнитного поля.

Wp Wy Wp

Iy U -

При подаче переменного напряжения питания по обоим полуобмоткам рабочей обмотки будет протекать ток, вызывающий магнитное поле в каждом сердечнике, а также степень его намагниченности, которая будет определять величину магнитной проницаемости сердечника. Индуктивность дросселя (1 и 2 полуобмотки) определяется по формуле:

Lдр=

Где - число витков,

- сечение сердечника,

- магнитная проницаемость,

- длина средней силовой линии.

Индуктивное сопротивление дросселя:

т.к индуктивность дросселя зависит от магнитной проницаемости, то в ненасыщенном состоянии сердечник будет обладать большой магнитной проницаемостью, следовательно индуктивность дросселя будет большая, а также индуктивное сопротивление будет большое, что вызовет в рабочей обмотке протекание малого начального тока. При подаче на управляющую обмотку напряжения управления, которое вызовет управляющий ток в обмотке управления и вызывающее общее магнитное поле обоих сердечников, причем в правом сердечнике оно противоположно вектору поля рабочей обмотки, а в левом совпадает с ним, что приводит к насыщению левого сердечника, а следовательно к резкому падению магнитной проницаемости в нем, индуктивности обмотки и индуктивного сопротивления.

Ток в рабочей обмотке увеличивается и определяется как отношение приложенного напряжения к полному сопротивлению дросселя и приемника и численно будет равен:

При смене полярности управляющего напряжения направление вектора магнитного поля управляющей обмотки изменяется на противоположное. При этом будет насыщаться правый сердечник. Усиление усилителя будет происходить за счет уменьшения сопротивления обмотки правого сердечника. Статическая характеристика будет проходить во втором квадрате при отрицательных токах управления симметрично характеристике в первом квадрате.

Усилители широко применяются как усилители высокой чувствительности малой и средней мощности в системах автоматического управления и регулирования.

Неэлектрические усилители.