Слайд 1
Тема 3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ИСПЫТАНИЯХАВТОМОБИЛЕЙ И ТРАКТОРОВ
Слайд 2Учебные вопросы:
Индуктивные преобразователи
Магнитоупругие преобразователи
Ёмкостные преобразователи
Коммутирующие преобразователи
Реостатные преобразователи
Электролитические преобразователи
Преобразователи контактного сопротивления
Слайд 3Типичная функциональная схема канала ИИС
1 - чувствительный элемент;
2 – датчик
(преобразователь);
3 – каналы связи;
4 – блок промежуточного преобразования;
5 – блок
окончательного результата;
6 – компьютер;
7 – блок питания;
8 – блок внешних воздействий;
9 – управляющее устройство;
10 – устройство с эталонными сигналами.
Слайд 4Классификация преобразователей
по назначению (преобразователи перемещений, скоростей, ускорений, сил, давлений, температур
и др.);
по физическим эффектам, используемым для преобразования измеряемой величины в
электрический сигнал (тензорезисторные, пьезоэлектрические, электромагнитные, термоэлектрические и др.);
по принципу действия преобразователи подразделяются на три группы: параметрические (пассивные), болометрические и энергетические (активные).
Слайд 5у параметрических преобразователей под воздействием измеряемой величины меняется электрический параметр,
связанный с эффектом, на основе которого работает преобразователь (омическое сопротивление,
индуктивность, ёмкость и др.).
Параметрические преобразователи необходимо включать в электрическую схему с источником питания для получения сигнала, отражающего степень изменения параметра преобразования.
Слайд 6в болометрических преобразователях измеряемая физическая величина преобразуется в выходной электрический
сигнал опосредованно, то есть через какой-либо промежуточный эффект или элемент.
Слайд 7энергетические (активные) преобразователи под воздействием измеряемой величины вырабатывает (генерирует) сигнал
в виде ЭДС.
Слайд 8Основные требования, предъявляемые к преобразователям:
линейная зависимость выходных параметров от входных;
необходимая
чувствительность;
достаточная точность;
стабильность характеристик;
высокая перегрузочная способность (отношение предельного допустимого значения входной
величины к номинальному значению);
невосприимчевость к неизмеряемым параметрам;
унифицированность и взаимозаменяемость,
возможность использования в различных ИИС;
Слайд 9Основные требования, предъявляемые к преобразователям (продолжение):
направленность действия (малое влияние нагрузки
в выходной цепи преобразователя на режим входной цепи);
малые масса и
габаритные размеры,
экономичность в потреблении энергии.
Слайд 10Методы преобразования физической величины в электрическую :
метод прямого преобразования;
метод
уравновешивающего преобразования.
Слайд 11 Метод прямого преобразования характеризуется передачей информации только в одном (прямом)
направлении – от входной величины X через цепочку различных измерительных
преобразователей
П1,П2 ,П3 ... к выходной электрической величине У.
Слайд 12 Метод уравновешивания характеризуется тем, что используются две цепи преобразователей –
цепь прямого преобразования, состоящая из преобразова-телей П1 , П2, П3
, ... Пi, и цепь обратного преобра-зования с элементом β , с помощью которого создаётся величина Хy , однородная с входной преобразуемой величиной X и уравновешивающая её, в результате чего на вход цепи преобразователей П1 и П2 поступает только переменная составляющая преобразуемой величины X .
Слайд 13Наиболее часто измеряются следующие группц физических величин:
механические величины (линейное
и угловое перемещение, линейное и угловое ускорение, усилие, вибрацию, давление,
перепад давлений жидкости и газа и др.);
электрические величины (напряжение, ток, активное и реактивное сопротивления, индуктивность, частота и амплитуда колебаний тока и напряжения идр.);
теплофизические величины ( температура механизмов, жидкостей и газов, теплопередача, теплоёмкость и др.).
Слайд 15Принцип действия индуктивных преобразователей основан на изменении индуктивного сопротивления электрической
цепи под воздействием измеряемой величины (перемещение, усилие).
Слайд 16Основные части простейших индуктивных датчиков:
катушка самоиндукции;
нагрузка (например, измерительный прибор);
источник
переменного напряжения;
сердечник и якорь, набираемые в пакет из тонких пластин
ферромагнитного материала (трансформаторной стали Э4А, пермаллоя и др.).
Слайд 17Ток в катушке подсчитывается по формуле:
Слайд 19Зависимость индуктивности катушки
от воздушного зазора между якорем и сердечником:
Слайд 20Зависимость тока в катушке
от воздушного зазора между якорем и
сердечником:
Слайд 21Простейшая схема индуктивного преобразователя
Слайд 22Схемы дифференциальных индуктивных преобразователей
Слайд 23Схема индуктивного преобразователя
соленоидного типа
Слайд 24Индуктивные датчики с переменным
воздушным зазором
Слайд 25Схема потенциометрических датчиков давления
Слайд 26Типовая частотная характеристика датчика
Слайд 272. Магнитоупругие преобразователи
Слайд 28Принцип действия магнитоурпугих преобразователей
Слайд 29Характер изменения магнитострикции от напряжения
Слайд 31Схемы построения магнитоупругих преобразователей
Слайд 32Магнитоупругие измерители крутящего момента
Слайд 36Характеристики емкостных датчиков
Слайд 37Характеристики емкостных датчиков
Слайд 38Характеристики емкостных датчиков
Слайд 39Схемы построения емкостных преобразователей
Слайд 40Собственная частота ёмкостных датчиков составляет единицы, десятки и даже сотни
килогерц. Рабочий диапазон частот у них лежит в пределах от
0 до 800 Гц с погрешностью по амплитуде 1% или до 5000 Гц с погрешностью по амплитуде до 5%. Сдвиг фаз при этом не превышает 3 градуса.
Слайд 41Достоинства ёмкостных преобразователей:
простота конструкции;
надёжность в работе;
малые габариты и вес;
удобство монтажа.
Недостатки:
высокая подверженность внешним воздействиям;
влияние на рабочую характеристику паразитных ёмкостей соединительных
проводов электрической цепи и вспомогательных электроприборов, включаемых в измерительный комплекс;
необходимость тщательной экранировки и с ответственно сложность настройки при измерениях.
Слайд 42Ёмкостные преобразователи используются:
для измерения линейных и угловых перемещений деталей и
органов управления;
вибраций (в частности кузовных деталей);
контроля включений различных механизмов, деформации
деталей и т. п.
Слайд 434. Коммутирующие преобразователи
Слайд 44Виды коммутирующих преобразователей
Слайд 45Типы коммутирующих преобразователей
1) различные механические замыкатели;
2) электромагнитные реле;
3) полупроводниковые управляемые
элементы;
4) магнитоуправляемые элементы − герконы (герметизированный контакт)
Слайд 46Характеристики коммутирующих преобразователей
1) порог срабатывания − минимальное значение изменения сигнала
на входе, при котором изменяется выходное состояние преобразователя;
2) быстродействие, которое
определяется временем срабатывания и временем отпускания или возврата;
3) сопротивление выходной цепи в разомкнутом и замкнутом состояниях;
4) коммутируемая мощность в выходной цепи преобразователя;
5) долговечность (числом срабатываний)
Слайд 47Схема простейшего геркона
Подразделяются герконы на замыкающие, размыкающие и переключающие.
Слайд 48Достоинства герконов:
простота конструкции;
малые габариты и вес;
безинерционность;
надёжность в работе;
удобство монтажа;
низкая стоимость;
отсутствие
регулировок;
работа в любом положении
Недостаток:
подверженность механическим разрушениям.
Слайд 50Датчики реостатного типа представляют собой регулируемые омические сопротивления специальных исполнений.
К
этим датчикам предъявляется требование однозначной зависимости между величиной их сопротивления
и измеряемым перемещением.
Датчики представляют собой электромеханическое устройство, состоящее из активного сопротивления и скользящего контакта − щётки, передвигающейся по проводнику.
Слайд 51Минимальная величина перемещения щётки, на которую реагирует датчик равна толщине
провода, поэтому она называется разрешающей способностью.
Верхний предел измерения угловых
и линейных перемещений у таких датчиков практически неограничен.
Слайд 52Виды исполнения реостатных преобразователей
В виде обмотки на каркасе.
Реохордного типа (натянутая
металлическая нить) и перемещаемый контакт.
Слайд 53Характеристики реостатных преобразователей
Точность работы проволочных реостатных датчиков, как правило, колеблется
в пределах от 0,1% до 2%.
Диапазон измеряемых линейных перемещений
этими датчиками составляет от 1 мм до 250…300 мм, но принципиально возможны измерения и больших перемещений порядка нескольких метров.
Слайд 54Схема построения реостатных преобразователей
Слайд 55
Преимущества реостатных преобразователей:
лёгкая воспроизводимость характеристик;
большая выходная мощность, что позволяет обходиться
без усилителя;
достаточная чувствительность;
простота конструкции.
Недостатки:
невысокий срок службы;
малую надёжность, так как
скользящий контакт и значительное прижатие щётки приводят к быстрому истиранию проводника.
Слайд 56 Недостатки реостатных преобразователей, выполненных ввиде обмотки:
ступенчатое изменение сопротивления при непрерывном
изменении измеряемого процесса;
увеличение числа витков при одновременном уменьшении поперечного сечения
каркаса (длины витка) приводят к погрешностям измерений и к приближению характеристик преобразователя к параметрам реохордного датчика;
минимальная величина перемещения, которая может быть обнаружена с помощью такого датчика, в лучшем случае равна диаметру провода. Иногда эту величину называют разрешающей способностью потенциометра;
неравномерность толщины намоточной проволоки может вызывать статическую погрешность.
Слайд 57Область применения реостатных преобразователей
Реостатные преобразователи позволяют измерять как линейные, так
и угловые перемещения. Для измерения угловых перемещений, превышающих 360 градусов,
используются многооборотные реостатные преобразователи.
Используются реостатные датчики в основном для измерения линейных и угловых перемещений в органах управления автомобилем, в подвеске и в других различных механизмах и системах.
Слайд 586. Электролитические преобразователи
Слайд 59Действие электролитических преобразователей основано на изменении сопротивления электропроводящей жидкости (электролита)
при взаимном перемещении электродов, помещённых в герметичную колбу, или дополнительных
экранирующих пластин, а также при изменении геометрической формы сосуда с электролитом под воздействием измеряемого физического процесса.
Слайд 60Схема построения электролитического преобразователя
Питание электрической цепи, в которую включаются эти
датчики, осуществляется только переменным током во избежание разложения электролита и
полного выхода из строя преобразователей, которые невзаимозаменяемы.
Слайд 61Сопротивление электропроводящей жидкости в значительной степени зависит: от удельного сопротивления
электролита, расстояния между электродами, площади соприкосновения электродов с электролитом, а
также от температуры.
Слайд 62Достоинства электролитических преобразователей:
простота конструкции;
малые габариты;
невысокая стоимость;
возможность пропускания больших токов;
незначительное усилие,
требуемое для перемещения электродов;
для них можно подобрать квазилинейную характеристику, но
с определёнными температурными ограничениями.
Слайд 63Существенным недостатком электролитических датчиков, резко ограничивающим их применение, является значительная
зависимость сопротивления электролита от температуры (при изменении температуры на 1°С
удельное сопротивление электролита меняется на 1,5…2,5 %) и от степени концентрации раствора. Последнее свойство успешно используется для оценки концентрации растворов.
Слайд 64Область применения электролитических датчиков
Применяются электролитические датчики в основном для измерения
линейных и угловых микроперемещений, микродеформаций, незначительных прогибов конструкций, вибраций и
колебаний элементов конструкций.
Слайд 657. Преобразователи контактного сопротивления
Слайд 66Действие преобразователей контактного сопротивления основано на зависимости переходного сопротивления контактов
от усилия их сжатия.
Слайд 67Переходное сопротивление контактов
Слайд 68Схема построения датчика контактного сопротивления
Рабочая характеристика угольных столбиков обладает значительным
гистерезисом, то есть сопротивление датчика при его нагрузке усилием сжатия
не совпадает с сопротивлением при его разгрузке от того же усилия.
Слайд 69Достоинства контактных преобразователей:
простота и дешевизна конструкции;
хорошая чувствительность;
возможность пропускания больших токов,
что позволяет обходиться без усилителя;
удобство крепления.
Слайд 70Недостатки контактных преобразователей:
невысокая точность;
подверженность воздействию вибраций;
нестабильность работы;
нелинейность характеристики;
невзаимозаменяемость.
Слайд 71Область применения контактных преобразователей:
Применяются контактные датчики в основном для измерений усилий и давлений,
когда не требуется высокая точность. Довольно часто эти датчики используются в различных средствах автоматики, в частности, в автоматических управляющих реле и переключателях.
