Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
один из наиболее широко применяемых принципов преобразования физических величин основан на изменении сопротивления чувствительных элементов, которые могут быть реализованы в виде потенциометров, тензо- или терморезисторов.
Потенциометрические датчики. В них измеряемая физическая величина обычно с помощью механической передачи преобразуется в перемещение движка потенциометра, что приводит к соответствующему изменению сопротивления. Потенциометры могут быть выполнены как из проволоки, так и путем осаждения слоя углерода на один из компаундов. Чаще всего для изготовления проволоки используются различные сплавы платины, обладающие повышенной коррозионной и износостойкостью, применяются также манганин, константан и др. Достоинством потенциометрических датчиков является простота и универсальность, а недостатком – ограниченность точности и быстродействия, обусловленная механической конструкцией. Пример схемы проволочных потенциометрических датчиков представлен на рис. 2.1.
Датчики представляет собой каркас, на котором намотан в один слой провод с большим удельным сопротивлением, и подвижный контакт с линейным (рис 2.1, а) или угловым (рис 2.1, б) перемещение движка, скользящего по веткам провода. Этот преобразователь представляет собой делитель напряжения.
Рис.2.1 потенциометрические датчики (преобразователи)
Выходной ток Iн и напряжение Uн зависят от положения движка потенциометра. Эта зависимость в общем нелинейна, что определяется прежде всего отношением полного сопротивления R потенциометра к сопротивлению нагрузки RH. Величина относительного изменения сопротивления потенциометра К =r/R при равномерной его намотке совпадает с относительным его перемещением L/ι движка потенциометра (где ι - общая длина сопротивления R), которая равна нулю при r =0 и единице при r=R. Однако при относительно большом сопротивлении нагрузки Rн>> R статическая характеристика потенциометра Uн=f(l) принимает линейный вид
Uн≈ U∙ | R | ≈ K1∙U∙l, | (2.4) | |
R |
где K1 =1/L=1/R=const.
Если Rн в 10-20 раз больше R, то нелинейность статической характеристики не превышает 1-2% предела измерений.
Тензорезисторные датчики основаны на явлении тензоэффекта, заключающегося в изменении сопротивления проводников и полупроводников при их механической деформации. Первоначально тензорезисторы изготавливались из тонкой проволоки, уложенной зигзагообразно и наклеенной на основу. Сверху преобразователь покрывался слоем лака. Будучи приклеенным к поверхности испытуемого объекта, тензорезистор воспринимает ее деформации. Современные тензорезисторы изготавливаются на основе технологии печатания схем (фольговые тензорезисторы) или методами осаждения тонких пленок, позволяющих значительно улучшить их характеристики. Для датчиков работающих в диапазоне температур до 1800С, в качестве тензочувствительного материала используется константан. Для более высоких температур (200-10000С) применяются специальные сплавы.
Как правило, для всех тензорезисторов необходимы надежные способы их закрепление на поверхности испытываемых (деформируемых) объектов, а также требуется нанесение герметизирующих покрытий, предотвращающих нежелательные загрязнения. Особого искусства и техники требует также выполнение электрических соединений.
В последние годы изготавливают датчики с полупроводниками тензорезисторами, выращенными непосредственно на упругом элементе, выполненном из кремния и сапфира. Упругие элементы из кристаллических материалов обладают упругими свойствами, близкими к идеальным, и существенно меньшим гистерезисом и нелинейностью по сравнению с металлическими.
На одном упругом элементе обычно выращивается не один тензорезистор, а структура в виде полумоста или даже целый мост, кроме того, термокомпенсирующие элементы. В частности, КНС-структура (кремний на сапфире) положена в основу большой серии унифицированных датчиков давления, образующие приборный комплекс «Сапфир-22». Дальнейшим развитием унифицированных датчиков абсолютного давления и перепада давлений является создание комплекса датчиков «Сапфир-300», которые базируются на чувствительном элементе с МДМ-структурой (металл - диэлектрик - металл).
Наиболее распространенной измерительной цепью для тензорезисторов является мостовая измерительная цепь.
Терморезисторы, в отличие от потенциометрических и тензорезисторных датчиков, применяются только для измерения температуры. Подробнее рассмотрим в разделе «Измерение температуры».
Дата публикования: 2014-11-04; Прочитано: 811 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!