Входные преобразователи. Обработка сигнала, страница 2

Следовательно, передаточные соотношения для преобразователя в целом принимают вид:

и их можно переписать как

В результате в схеме на рис. 3 3(d), импеданс Z_e заменен на сопротивление катушки R_e и включенную последовательно с ним индуктивность катушки L_e. Механическая проводимость Y_m определяется механическим сопротивлением R_m, массой подвижной части мембраны и катушки С_m и механической гибкостью закрепленной части мембраны L_m. Если мы знаем величину каждого параметра, то можем найти передаточную характеристику и определить динамическое поведение. Можно ожидать, что поведение системы зависит от электрического импеданса, которым нагружена звуковая катушка. Аналог, показанный на рис. 3.3(d), позволяет нам к тому же рассчитать входной и выходной импедансы этого преобразователя. Эта информация необходима для правильного согласования преобразователя с объектом измерения и с остальной частью измерительной системы.

3.2.1 Электромеханические датчики

Теперь рассмотрим принцип работы нескольких датчиков, применяемых для измерения механических величин. Мы ограничимся самыми обычными величинами, такими как смещение, ускорение, сила и т. д.

Измерительные приборы в электрических измерениях

Датчики смещения

Датчики смещения могут измерять как линейный сдвиг (при поступательном движении), так и угол поворота (при вращении) Кроме того, их можно классифицировать в соответствии с используемым принципом преобразования Например, можно провести различие между резистивными, емкостными, индуктивными и оптическими датчиками поступательного движения или вращения Эти механические датчики называются также тензодатчиками или сенсорами

Резистивные датчики смещения

Распространенным типом датчика смещения является потенциометрический датчик. В случае измерения сдвига при поступательном движении он представляет собой, в действительности, не более чем движковый потенциометр. Для измерения угла поворота при вращении можно применить поворотный потенциометр Проволочные потенциометры обычно имеют большую точность, меньший температурный коэффициент и т д. Однако конечная разрешающая способность проволочных датчиков смещения ограничивает их возможности. Недостатком всех датчиков потенциометрического типа является механический износ и химическая коррозия, способные изменить передаточную характеристику датчика в течение его срока службы

В качестве примера датчика линейного смещения приведем in casu параметры проволочного движкового потенциометра, с 1000 витками провода из нихрома (NiCr)

длина — 25 см, полное сопротивление — 300 Ом, нелинейность — 10^-3 максимальное разрешение — 10³, температурный коэффициент — 2x10⁴ К^-1, сила трения - 0,5 Н

Легко видеть, что потенциометрический датчик смещения становится нелинейным, когда он нагружен. Относительная ошибка, появляющаяся при подключении нагрузки, равна нулю при x = 0 или x = 1. и максимальна при х = 0,5 (х — относительное положение подвижного контакта (движка) на длине резистора, так что 0 ) Когда x = 0,5, относительная ошибка равна — R/4R₁ , где R — полное сопротивление потенциометра, a R₁ — сопротивление нагрузки

В другом типе резистивного датчика смещения используется тот факт, что электрическое сопротивление проводника зависит от размеров проводника Сопротивление R является функцией площади поперечного сечения А проводника, его длины l и удельного сопротивления p:

r = r(a,l,p)

Если проводник механически растягивается или сжимается, то его параметры А, l и p изменяются и, как следствие, меняется R.Это дает возможность измерять очень малые перемещения На рис 3 4(а) показан отрезок проволоки (тензодатчик), который удлиняется на величину ∆L при прикладывании растягивающих усилий. Используя разложение в ряд, можно вычислить чувствительность этого проволочного датчика деформации:

3.2 Входные преобразователи