Вопрос 1 Датчики активного сопротивления

Реостатные и потенциометрические датчики в качестве чувствительного элемента имеют проволочные сопротивления, обеспечивающие преобразования линейных или угловых перемещений в изменения активного сопротивления.

Датчики в виде простого реостата имеют ограниченное применение из-за нелинейности их характеристик. На рисунке 1 показан потенциометр тороидального вида. На каркас 1 из изоляционного материала намотан провод малого диаметра с высоким удельным сопротивлением. Контакт щетки 4, соединенной с выводным зажимом спиральной пружиной 3, выполнен из серебра или его сплавов. Ось 2 соединена с измерительным устройством. При повороте оси датчика изменяются сопротивления плечей спирали, расположенной на каркасе. Реостатные датчики отличаются от потенциометрических схемой соединения и имеют нелинейную характеристику. Достоинства таких датчиков – простота устройства, малые размеры и масса, отсутствие необходимости усиления при измерениях. Основной недостаток — скользящий контакт, снижающий надежность работы. R- Выход

Рисунок 1 – Устройство и схема потенциометра

Термобиметаллические датчики в качестве чувствительного элемента имеют термобиметаллические пластинки, образованные путем горячей прокатки двух полос разных металлов имеющих резко отличающиеся температурные коэффициенты линейного расширения. При нагревании такой пластинки током, протекающим по расположенному рядом нагревательному элементу (спирали), ее свободный конец, изгибаясь, воздействует на электрические контакты, механическую защелку, золотник или другие средства управления. Такие датчики используют для тепловой защиты машин и электродвигателей от малых, но длительных перегрузок.

Принцип работы тензометрических датчиков (тензодатчиков) основан на использовании зависимости омического сопротивления проводниковых и полупроводниковых материалов от величины их упругой деформации при сжатии или растяжении.

Простейший тензодатчик выполнен в виде проволоки из константана, уложенной петлеобразно и наклеенной на полоску тонкой бумаги. Бумагу с проволокой наклеивают на испытуемую деталь, подвергающуюся воздействию механических усилий. Вместе с деформацией детали деформируется проволока датчика, а пропорционально степени деформации изменяется удельное сопротивление проволоки, которое регистрируется измерительным прибором. Тензодатчики обычно включают в мостовую схему. Они обладают высокой чувствительностью и стабильностью действия.

Тензодатчики, имеющие в качестве чувствительного элемента тонкоразмельченный графит или уголь, нанесенный на изоляционную пластину с помощью связующего вещества (смолы, шеллака), называют тензолитами.

Действие термометра сопротивления основано на использовании свойства проводников менять сопротивление при изменении температуры и теплопроводности окружающей среды. Для термосопротивлений используют проволоку из чистых металлов, электрическое сопротивление которых при нагреве возрастает. Сплавы металлов для термосопротивлений не используют ввиду нарушения стабильности характеристик.

Рисунок 2 - Термометр сопротивления

Металлический термометр сопротивления, используемый для контроля температуры (рис.2) в качестве чувствительного элемента имеет медную проволоку 1 диаметром около 0,1 мм, намотанную на фарфоровый или кварцевый каркас. Трубка 2 защищает каркас с проволокой от повреждений. При температуре окружающей среды 20 °С сопротивление термометров составляет 50 – 100 Ом. При использовании термометров сопротивления для измерений температур возникают погрешности из-за колебаний напряжения и температуры окружающей среды, нагрева термодатчика протекающим по нему током и тепловой инерционности.

В полупроводниковых термосопротивлениях (терморезисторах, термисторах) в качестве чувствительных элементов применяют оксиды, сульфиды, нитриды или карбиды металлов (меди, никеля, марганца, кобальта, титана, урана и др.). Сопротивление терморезисторов в отличие от металлов уменьшается с повышением температуры, т. е. они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

Терморезисторы по сравнению с металлическими термосопротивлениями имеют большую чувствительность и высокое активное сопротивление при весьма малых размерах рабочей части. Это позволяет им почти мгновенно воспринимать изменения контролируемой температуры и являться практически безынерционными измерителями. Однако довольно большой разброс сопротивлений и меньшая стабильность являются существенными недостатками терморезисторов. Для достижения высокой точности выходного сигнала следует предотвращать перегрев его рабочей части длительно протекающим током.

Терморезисторы нашли применение в аппаратуре защиты обмоток электрических машин и подшипников оборудования от перегрева. Например, медномарганцевые ММТ-1 ¸ ММТ-9 и кобальто-марганцевые КМТ-1 ¸ КМТ-12 служат для измерения температур в диапазоне от — 70 до +180°С, а КМТ-10 имеет герметизированный металлический корпус, обеспечивающий использование в среде с относительной влажностью до 98 %.

Полупроводниковые фотосопротивления в качестве чувствительного элемента имеют светочувствительный слой, нанесенный на стеклянную пластинку. Сопротивление этого слоя обратно пропорционально интенсивности светового потока или мощности источника освещения. Фотосопротивления обладают сравнительно высокой стабильностью, позволяют создать бесконтактные датчики. Однако их применение на угольных предприятиях ограничено наличием пыли, препятствующей нормальной работе.