1-линейная характеристика, поэтому будет постоянной для всего диапазона х.
2-нелинейная характеристика – чувствительность различна и зависит от крутизны данной характеристики.
Датчики, у кот. статич. хар-ка непрерывна назыв. датчиками непрер-го действия или функциональными. Д, у которых стат-кая хар-ка имеет разрывный характер вида наз-ся релейным.
2) Динамическая характеристика – зависимость y от времени
y=f(t) при x=const
1 – экспонинциальный
2 - колебательный затухающий процесс. y=f(t) при x(t)=const
Д. преобразующие неэлектрическую величину в параметры электрической цепи (сопротивление, емкость, индуктивность) наз-ся параметрическими. Д, в которых неэл измеряемая величина преобразуется в ЭДС – генераторными.
Классификация датчиков:
По виду выходного сигнала Y : омические (резисторные), емкостные, индуктивные, генераторные, трансформаторные,
По виду входной величины Х: Д температуры, давления, влажности, расхода, состава, плотности, перемещения, уровня и т.д.
6. Датчики температуры
По принципу действия Д температуры подразделяются на:
1) Манометрические термометры – основаны на изменении давления среды в замкнутом объеме при изменении температуры.
2) Термометры сопротивления – основаны на изменении сопротивления проводников и полупроводников при изменении температуры.
3) Термопары – основаны на изменении термоЭДС при изменении температуры.
4) Термометры излучения (пирометры)
7. Термометры сопротивления (ТС) . Полупроводниковые сопротивления/термисторы.
Различают проволочные(омические) и полупроводниковые (термистры).
а) Проволочные ТС – резистры –проволока d=0.15-0.5 мм в лаковой изоляции, наматываемой на цилиндрический или прямоугольный каркас из диэлектрич. материалов. Принцип действия основан на изменении сопротивления проводников при изменении температуры по зависимости:
Rt=R0(1+αt+βt2)
Rt - сопротивление проводника при t0C; R0 - сопротивление проводника при t=00C; - зависит от материала датчика.
Медные ТС (ТСМ). Предел изменяемых t = (0–180) 0С. Платиновые t = (0–800) 0C
Данные Д помещаются в защитные металлические кожухи, рабочая длина кот 70-110 мм.
Для измерения Rt используются след вторичные приборы:
-лагометры
-автоматические уравновешивающие мосты
-микропроцессорные измерители – преобразуют температуру в цифровой код, отображающийся на экране. Прибор имеет цифровой интерфейс для связи с ЭВМ
Б) ПП – имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления ( выше тем-ра, ниже сопротивление)
Rt= A*e^В/Т
Rt - сопротивление проводника при Т, К.
А – коэффициент (от материала проводника)
Основные характеристики термистора:
- температурный коэфф -
- мощность рассеивания – тепловая мощность, которая рассеивается в ОС, не вызывая его нагрева.
- постоянная времени Tβ - характеризует инерционные свойства термистора.
- вольт – амперная характеристика.
T1>T2>T3
При малом токе, протекающем через ПП его нагрев незначителен и сопротивление не зависит от Т(1)
При увеличении силы тока возникает тепловой эффект Т растет, напряжение и сопротивление уменьшаются(2)
1—в качестве датчика температуры
2—в качестве двухпозиционного регулятора.
Используют: ММТ-1, 4, 5
КМТ -1, 5, 11
Все кроме КМТ-1 покрыты эмалевой краской и применяются для измерения Т = (0 - 120)0С при н.у. КМТ-1 помещается в металлический корпус – измерение t в различных средах, Т=(0-1800С). ТОС-М — таблетка диаметром 6мм толщиной 3,5мм покрыта эмалью Т = (0 - 120)0С
Достоинство: малые габариты и широкий спектр применения. Недостатки: меньшая точность чем у проволочных Д.
8. Термопары
Принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте: при соединении 2-х разнородных проводников в замкнутую цепь (места соединения называются спаями) и при нагревании одного из спаев по данной цепи протекает ток, вызванный термоЭДС. Это связано с тем, что каждый проводник содержит различное число свободных электронов. Нагревание одного из спаев приводит к переносу электронов, т.е. возникает движение электронов. При нагревании спая электродов электроны перемещаются от того проводника, где их больше, к тому, где их меньше. Перемещение эл-нов – эл.ток.
Схема термопары: 1,2 – проводники (электроды); 1’, 2’ – соединения электродов (спаи); 1’ – горячий, помещается в контролируемую среду; 2’ – холодный, подключен к прибору; е1, е2 – ЭДС горячего и холодного спаев; е = е1 - е2 – ЭДС термопары.
Принята t градуировки холодного спая 20 0С. Основная погрешность показаний термопары связанна с отклонением температуры холодных спаев, которая присоединится ко 2-ому прибору, и изменением е2.
Поэтому применяются способы компенсации е2 холодных спаев при отклонении Т2. Вторичные приборы:
1) Автоматические потенциометры
2) Микропроцессорные измерители, в которых измен ЭДС преобразуется в цифровой код и отображается на экране.
Тип: ТПР(Pt Ro-Pt Ro, Тм=1800(кратковр измен) 1500(длит)); ТПП(Pt -Pt Ro, Тм=1600 1400); ТХА(Cr Ni-Al Ni, Тм=1250 1100); ТХК(Cr Ni-Cu Ni, Тм=800 600).
ТПР, ТПП: проволка д=0,7-1,2 мм, каждый электрод изолирован трубочкой.
ТХА, ТХК: д=1-3,2мм, изолир бусинками
ТП помещ в защитный Ме корпус. Рабочая длина термопары 1500-2500 мм. Для присоединения ТП ко вторич приборам применяются специадьные термокомпенсационные провода. ТПР, ТПП: +медь, -медь и никель; ТХА +медь, -железо и никель. ТХК(л/р) + хромель – копель.
Применяется мостовая схема, имеется 4 плеча, в каждом из которых включены соответствующие сопротивления R 1, R 2 – постоянного сопротивления, величины которых не зависят от t . Rt - термосопротивление, не зависящее от t . R 3 – потенциометр. Данный мост имеет 2 диагонали: 5-6 – питающая диагональ, включающая источник постоянного тока, 3-4 – измерительную диагональ Когда мост уравновешен, U измерительная диагональ U=0. Условие равновесия моста определяется следующим соотношением: равенство произведений сопротивлений противоположных плеч
. При увеличении температуры холодных спаев увеличение Rt приводит к разбалансированию моста. В измерительной диагонали возникает U. Параметры данного моста так, чтобы U, возникающее в измерении диагонали было равно изменению ЭДС холодных спаев и направлено навстречу ему, т.е. U34=
е2 - отклонение ЭДС холодных спаев от ЭДС его градуировки..
9. Манометрические термометры
Состоят с термобалона, капиллярной трубки и манометрической пружины, передаточного механизма. Термобалон выполнен из нержавеющей стали в виде цилиндра и размещается в контролируемую среду. 2-Капиллярная трубка длина 60 м, диаметр трубки 10-12мм, медь, алюминий. 3-Согнутая по окружности полая плоская пружина(элиптич/овального сечения). Система является замкнутой и заполнена некоторым газом(газовые) или жидкостью(жидкостные).
ПД: при повышении температуры давление внутри Д увеличивается, пружина это воспринимает и меняет свою кривизну, изменяется положение свободного конца пружины, кот связан со стрелкой. Повышение давления, пружины распрямляется, стрелка показывает на шкале температуру.
А) газовые – заполнены азотом под начальным давлением 1-5 МПаТ=-40+500. Изменение давление выражено зависимостью где
- давление газа при температуре измерения,
- первоначальное давление в приборе (температура градуировки),
- коэффициент объемного расширения газа. Погрешность связанная с колебанием давления отсутствует из-за высокого
. Погрешность связанная с отклонением
от Т0 (температура градуировки) в которой находится капилляр и пружина; погрешность рассчитывается для капилляра и манометрической части
где
- объем капилляра манометрической части,
- объем баллона, t- окружающая среда,
- 20 С
Недостатки: 1) значительная инерционность, связана с малым коэф-м теплопередачи между корпусом баллона и газом в нем. 2) значительные размеры термобалона, что затрудняет его установку в т/п с малого диаметра.
Б) жидкосные заполнены жидкостью (ксилолом -40+400, ртутью -50+600) под давлением 1-2 МПа. Значительно Ро предохраняет жидкость от вскипания при измерении высоких температур. Колебания атм давления не влияют на показания прибора из-за больших занч Ро.
∆P = Pt- P0 = P0 ∙ β / μ (t - t0), где - коэффициент объемного расширения жидкости,
- коэффициент объемного сжатия жидкости.
Характерна та же погрешность, что и для газовых. Погрешность может возникать в зависимости от относительного положения пружины и термобал по вертикали. Она устраняется при монтаже прибора с применением механического корректора стрелки прибора.
Данный Д снабжается электр. или пневмат преобразователями, у кот перемещение свобоного конца пружины преобразуется во входное перемещение преобразователя.
Д с пневмат преобраз широко применяются во взрыво- и пожароопасных помещениях. Класс точности 1-2.
10. Датчики давления
Виды давлений:
1.абсолютное – физическое состояние вещества
2.атмосферное
3.избыточное=абсолютное - атмосферное
4.вакуум и разряжение=атмосферное - абсолютное
В зависимости от вида измеряемого давления датчики давления бывают:
1.манометры - измеряют избыточное давление
2.вакууметры – измерение вакуума или разряжение
3.мановакууметры – измеряют избыточное давление разряжения
4.напоромеры – для измерения небольших избыточных давлений
5.тягомеры – измерение небольших разряжений
6.тягонапоромеры – небольшие избыт и разряж
7.дифманометры – для измерения разности двух величин давления или перепада давления
По принципу действия:
1.пружинные
2.жидкостные
11. Пружинные датчики давления
Принцип их действия основан на уравешеннии измяреемого давления силой деформации различных упругих элемнтов (пружин, мембран, сильфонов). Пружинные датчики давления по конструкции и принципу действия бывают:
1.приборы с одновитковой пружиной
2. мембранные
3.мембранно-пружинные
4.сильфоны
1.Приборы с одновинтовой пружиной