Этапы развития устройств автоматики и телемеханики. Датчики (измерительные преобразователи). Электромагнитное реле постоянного тока (с угловым перемещением тока), страница 6

         Существуют датчики, у которых под действием входной величины значение R на выходе изменяется за счет изменения трех физических величин правой части выражения.

Реостатные датчики.

   Широко распространены реостатные датчики, которые преобразуют механические величины, в частности перемещения и удлинения, в изменении активных сопротивлений.

В датчике линейных перемещений с обмоткой из однородной проволоки П одинакового сечения, равномерно намотанной на цилиндрический каркас К при перемещении ползунка D реостата на величину х пропорционально перемещению задающего элемента (входной величины)  изменяется сопротивление R реостата (выходная величина датчика), которое включается во входную цепь следующего элемента системы.

         Особенность реостатного датчика – это дискретность изменения выходной величины R в функции от перемещения ползунка х или, иначе говоря, от входной величины  . При перемещении ползунка реостата значение R изменяется последовательными скачками на величину сопротивления полного витка.

         Скачкообразное изменение сопротивления датчика вызывает появление погрешности ступенчатости, которая определяется по формуле :

В%= 100/n, где n – число витков реостата в пределах всего расчетного диапазона изменения выходной величины.

         Для снижения погрешности n берут равным нескольким сотням и даже тысячам.

При необходимости получить сложный закон изменения R в функции x применяют фигурные каркасы, сечения и материалы проводов на различных участках каркаса.

         Для преобразования изменения удлинений и механических напряжнений в изменения активного сопротивления широкое применение находят проволочные датчики или иначе тензодатчики.

   Тензодатчик состоит из проволоки П с высоким удельным сопротивлением, диаметром 0,02-0,05 мм, наклеенной на плотную бумагу Б в виде ряда петель длинной 10-25мм.

Датчик прочно наклеивается на деталь в направлении ее удлинения. При деформации испытуемой в месте и вдоль наклеенного датчика одновременно меняется значения L, S и r проволоки датчика, а следовательно, будет изменяться и R. При этом величина DR/R пропорциональна деформации на поверхности детали.

Ориентируя тензодатчики на поверхности детали различным образом можно определить не только величину деформации, но и ее направление.

Для преобразования световой энергии в активное сопротивление широко используются фотосопротивления. Освещение таких элементов как селен, сернистый свинец и фазонами лучистой энергии  приводит к освобождению электронов из кристаллической решетки диэлектриков и полупроводников, что повышает их электропроводность.

     Для непосредственного преобразования изменения температуры в изменение активного сопротивления применяются термодатчики с использованием зависимости сопротивления проводников и полупроводников от температуры. Наибольшее распространение получили термические датчики из полупроводников часто называемые термисторами. Термисторы отрицательным температурным коэффициентом, который по абсолютному значению в 10-20 раз больше аналогичного коэффициента чистых металлов. Эти датчики изготавливаются методом спекания порошковых металлов в твердую массу из закиси никеля в соединение с окислами марганца, смеси окислов марганца, никеля и кобальте.

Зависимость сопротивления термисторов R_T от температуры в ее рабочем диапазоне выражается экспоненциальным законом:

где  -удельное сопротивление термистора,

и В – постоянные, зависящие от физических свойств материала термистора,

Т- температура в градусах абсолютной шкалы.  

Термисторы также используются в качестве датчиков скорости течения жидкостей и газов, лучистой энергии и др.

Датчики с изменяющейся на выходе величиной индуктивности могут применяться лишь с питанием от переменного тока. В этой группе датчиков изменяющимся параметром на выходе является индуктивное сопротивление  .