2.1.4. Датчики-реле температуры

Для двухпозиционного регулирования температуры выпускаются датчики-реле температуры. Действие наиболее распространенных датчиков основано на тепловом расширении тел. Действие ртутных датчиков-реле основано на тепловом расширении ртути в замкнутом объеме. Ртуть, обладая электропроводностью, при расширении замыкает контакты в капилляре связанным с рабочим объемом. Коммутируемая мощность -менее 1ва при токе менее 0.04а.

В манометрических датчиках используется зависимость давления рабочего вещества в герметически замкнутой системе от температуры. Термочувствительная система, заполненная рабочим веществом, состоит из термобаллона, соединительного капилляра, камеры с встроенным чувствительным элементом - сильфоном, соединенным с контактным устройством (рис.2.11).

В дилатометрических и биметаллических датчиках-реле используется изменение линейных размеров твердых тел при изменении температуры. Чувствительный элемент биметаллического дат­чика – пластина из соединенных вдоль двух пла­стин из металлов с разными коэффициентами ли­нейного расширения. При изменении температуры такая пластина изгибается. Свободный конец ее или связан механически с контактной группой или сам является контактом. Чувствительный элемент дила­тометрических датчиков состоит из трубки, изго­товленной из имеющей большой коэффициент ли­нейного расширения латуни, и находящегося внутри трубки стержня из инвара, имеющего малый коэффициент линейного расширения. При измене­нии температуры конец стержня, связанный с контактным устройством, переме­щается относительно трубки (рис.2.12).

Существуют также датчики-реле температуры, работающие с терморезисторами.

Заметим, что для измерения больших температур используются пирометрические датчики, принцип действия которых основан на измерении цвета и мощности теплового излучения нагретых тел.

2.2. Датчики перемещения

2.2.1. Реостатные датчики

Потенциометрические датчики являются простейшими датчиками предназначенными для преобразования механического перемещения в электрический сигнал. Они представляют собой реостат, на неподвижные выводы которого подается постоянное напряжение. Выходной сигнал снимается с одного из неподвижных контактов и с движка, который может быть механически связан с устройством, перемещение которого необходимо измерить. Для получения биполярного выходного сигнала он снимается между зафиксированной средней точкой реостата и движком. Для получения выходного сигнала, изменяющегося по определенному закону, применяют функциональные потенциометрические датчики, у которых зависимость сопротивления обмотки от перемещения движка является нелинейной. Это достигается, как правило, изменением шага намотки или изменением длины витка.

2.2.2. Тензодатчики

Для измерения малых перемещений (деформаций в объектах и деталях машин) используют тензометрические датчики. Они могут также использоваться для измерения давления или веса совместно с упругим элементом преобразующим давление или вес в деформацию. Работа тензодатчиков основана на изменении активного сопротивления материала при его механической деформации. В качестве материала используется проводники в виде проволоки, фольги и пленки и полупроводники.

Проволочный тензодатчик представляет собой полоску прочной бумаги, на которую наклеена зигзагообразно уложенная проволока диаметром 0.02-0.05мм. Длина проводников (5-20 и более мм) значительно больше расстояния между витками. В качестве материала проволоки используются константан, нихром, хромель, манганин (сплав меди, марганца и никеля). Сверху преобразователь покрывается слоем лака. Тензодатчик распологается на исследуемой детали в направлении действия деформирующего усилия и приклеивается бакелито-фенольными клеями типа БФ. Такие датчики имеют малое сопротивление (5-1000ом) и малое изменение сопротивления про деформации. Поэтому основной схемой их включения является мостовая. Причем обычно для повышения чувствительности используется два (четыре) одинаковых датчика, из которых один (работающий на сжатие) включен в одно плечо моста, а другой (работающий на растяжение) – в смежное плечо (рис.2.13). Для компенсации температурной погрешности в смежное плечо моста может быть введен тензорезистор наклеенный в месте наклейки основного, измерительного, но наклеенный перпендикулярно направлению деформации. При деформации сопротивление такого компенсационного тензорезистора не будет изменяться, но изменение сопротивления при изменении температуры будет такое же, как у измерительного. Коэффициент тензочувствительностт проволочных тензорезисторов порядка 2.

Фольговые датчики изготавливают методом фотохимического травления из разных сплавов и имеют толщину проводящего покрытия 3-15мкм. Пленочные тензодатчики изготавливают путем напыления слоев германия, кремния, индия, висмута и т.д. на основания из слюды или кварца. Фольговые и особенно пленочные тензодатчики имеют на порядок большой коэффициент тензочувствительности.

Полупроводниковые тензорезисторы изготавливают путем выращивания полупроводникового кристалла на упругом элементе из кремния или сапфира. На упругом элементе собирается мост или полумост и компенсирующие элементы. Допустимый ток моста порядка 5-20ма. при напряжении 2-12в. Допустимый ток определяется нагревом резистора. Повысить чувствительность моста можно за счет питания моста импульсным током.