Фоторезисторные датчики.

Фоторезисторные датчики, или фотосопротивления, нашли широкое применение в системах автоматики для контроля с любым видом передаваемой информации: сигнализации, измерения и регистрации.

Фотосопротивления – это полупроводники, у которых число свободных электронов и электропроводность увеличиваются при освещении. В настоящее время для фотосопротивлений применяется сернистый свинец, сернистый висмут и сернистый кадмий.

Конструкция: тонкий слой полупроводникового материала наносится на прозрачную пластинку, к которой прикрепляются электроды, осуществляющие контакт с полупроводниковым слоем. При подаче к электродам напряжения через полупроводник пойдет ток, сила которого зависит от освещенности светочувствительной поверхности. При этом электроны не покидают полупроводник, а остаются в нем, являясь носителями зарядов электричества. Это есть явление внутреннего фотоэффекта. Фоторезисторы изменяют свою характеристику (величину силы тока) при изменении температуры окружающей среды.

Фоторезисторам свойственна инерционность процесса нарастания фототока при его освещении (недостаток).

Достоинство: долговечность.

Ионные датчики.

Представляют собой разнообразную группу датчиков, у которых входная величина функционально связана с током ионной проводимости, а следовательно, с сопротивлением, которое обусловлено наличием ионов. С током ионной проводимости приходится преимущественно встречаться в жидких и газообразных средах.

Примером электролитического датчика является концентратомер, основанный на зависимости сопротивления между двумя электродами от концентрации раствора. С увеличением концентрации число ионов увеличивается, что и вызывает увеличение проводимости.

Параметрические датчики реактивного сопротивления питаются от источника переменного тока. К ним относятся индуктивные и емкостные датчики.

Индуктивные датчики.

Индуктивные датчики нашли широкое применение в системах автоматики для измерения линейного или углового перемещения. Принцип действия их основан на изменении индуктивности катушки с магнитопроводом при перемещении якоря. Бывает несколько конструкций индуктивных датчиков.

Индуктивный датчик с подвижным якорем (нереверсивный) представляет собой катушку 2 с ферромагнитным сердечником и с подвижным якорем 1. При перемещении якоря 1 воздушный зазор изменяется, а следовательно, изменяется и индуктивность катушки 2.

1 2

Z_Н

о

U

Ток в катушке:

I = U/Z = U/,

Где U – напряжение питания;

Z – полное сопротивление катушки ;

R – активное сопротивление катушки;

X_L = fL – индуктивное сопротивление катушки;

f – частота напряжения питания;

L – индуктивность катушки, зависящая от воздушного зазора.

При постоянных U, R, f ток катушки зависит только от ее индуктивности, а следовательно, от воздушного зазора. Таким образом, ток в катушке датчика пропорционален воздушному зазору:

I = KS,

Где К – коэффициент пропорциональности или чувствительности датчика.

Для индуктивного датчика входной величиной является , а выходной – сила токаI в нагрузке при заданном переменном напряжении питания U. На рисунке приведены идеальная статическая характеристика и реальная характеристика нереверсивного индуктивного датчика.

Реальная статическая характеристика индуктивного датчика отличается от идеальной тем, что имеет некоторую нелинейность. Это вызвано тем, что при нулевом зазоре индуктивность обмотки , поэтому падение напряжение на нагрузке0, а имеет какое-то определенное значение (напряжение холостого ходаU_х.х). При большом зазоре реальная статическая характеристика содержит участок насыщения, определяемый напряжением насыщения U_нас.

I

U_НАС

U_ХХ

К достоинствам нереверсивного индуктивного датчика можно отнести: высокую чувствительность, надежность и долговечность, отсутствие контактных устройств, значительную величину выходной мощности (до сотен вольт-ампер), простоту конструкции и эксплуатации.

Недостатки: наличие напряжения на выходе при нулевом воздушном зазоре U_ХХ, нелинейность реальной статической характеристики.

Реверсивный датчик: имеет чувствительность в 2 раза большую, чем нереверсивный. Состоит из двух симметрично расположенных катушек индуктивности с одним якорем.

U

Когда якорь находится посередине, т.е. , то индуктивности равны:L₁ = L₂. При перемещении якоря изменяется магнитное сопротивление левой и правой частей датчика.