2. Датчики перемещения

В большинстве случаев непосредственное измерение перемещения слож­нее, чем измерение некоторого функционально связанного с ним электриче­ского параметра, например омического сопротивления, емкости или индуктив­ности.

Для преобразования линейного и углового перемещения тела в омиче­ское сопротивление используются датчики, представляющие собой резистор,

выполненный в виде плоского или кольцевого каркаса из изоляционного мате­риала, на который с достоянным шагом намотан провод из сплава с высоким удельным сопротивлением. По резистору перемещается контактная щетка, расстояние до которой от начала намотки реостата является входной величиной датчика.

В зависимости от того, как включен резистор — по схеме реостата или по схеме потенциометра, датчики этого типа называют соответственно реостат­ными или потенциометрическими.

При питании потенциометрического датчика постоянным или переменным током напряжение источника питания U при отсутствии нагрузки распределяется по длине / резистора R равномерно. В этом случае снимаемое

При работе датчика на нагрузку с сопротивлением R_n зависимость выход­ного напряжения датчика от величины смещения получается нелинейной. Чем меньше сопротивление нагрузки R_B, тем больше его шунтирующее дей­ствие и тем сильнее характеристика датчика (рис. 3, б) отличается от линейной, Характеристика датчика близка к линейной только при условии Л_н > Л.

Достоинствами рассмотренных датчиков являются простота конструкции, малые размеры и вес, возможность работы на постоянном и переменном токе. Недостатком этих датчиков является наличие скользящего контакта.

Разновидностью датчиков активного сопротивления являются контакт­ные датчики. Основным элементом этих датчиков является контактная пара, замыкающаяся или размыкающаяся ири достижении заданного предела пере­мещения контролируемого тела, механически связанного с подвижным кон­тактом. Предел срабатывания датчика устанавливается пространственным положением неподвижного контакта. Если контактный датчик имеет несколько контактных нар, настроенных на замыкание при различных значениях переме­щения, такой датчик называют многопредельным.

В качестве контактирующего материала нередко используется ртуть.

В этом случае контактный датчик представляет собой герметическую ампулу с размещенными внутри не контактной парой и небольшим количеством ртути. При повороте ампулы ртуть в ней перемещается, замыкая или размыкая контакты.

Индуктивные датчики преобразуют механические перемещения в изме­нение индуктивного сопротивления.

3. Датчики уровня и расхода

Простейший датчик уровня жидкости представляет собой один или несколько электрических контактов, расположенных в сосуде с жидкостью на различных уровнях. По достижении жидкостью этих уровней электрические цепи контактов замыкаются через нее. Для нормальной работы такого датчика жидкость должна обладать достаточной электропроводностью.

Недостатками датчиков этого типа являются быстрое ухудшение качества контакта из-за коррозии и невозможность получения аналоговой выходной характеристики.

Поплавковые датчики преобразуют уровень жидкости в механическое перемещение поплавка.

Простейшая схема поплавкового датчика, использующая потенциометрический датчик углового перемещения, показана на рис. 7, а.

Для измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов широко приме­няются емкостные датчики, разновидности которых используются также для измерения перемещений, давления, влажности и т. д.

Емкостные датчики основаны на изменении эффективной площади обкла­док, величины зазора или диэлектрической проницаемости среды между обклад­ками, а также на использовании комбинаций этих параметров. Такой датчик представляет собой конденсатор той или иной формы и конструкции — пло­ский, цилиндрический и т. д.

Известны также турботахометрические датчики расхода, в которых ско­рость потока преобразуется предварительно в скорость вращения турбинки, помещенной в поток, а скорость вращения преобразуется в электродвижущую силу с помощью тахогенератора (см. § 6 данной главы), механически соеди­ненного с турбинкой. При этом выходное напряжение тахогенератора оказы­вается пропорциональным расходу.