§ 7.3. ДАТЧИКИ

Рассмотренные в предыдущем параграфе реле являются первичными чувствительными элементами автоматических устройств. Они контролируют значение определенного параметра, срабатывая лишь только в случае достижения этим параметром определенного значения (минимального, нормального или максимального). Таким образом, реле осуществляют прерывистое, скачкообразное управление значением контролируемого параметра (полное или частичное включение или отключение и т. д.). Однако во многих случаях необходимо не скачкообразно, а плавно и непрерывно контролировать и управлять изменениями того или иного параметра. В этих случаях применяют датчики.

Датчиком называют чувствительный первичный элемент, непрерывно и плавно отображающий технологический процесс или режим работы механизма. В современной технике применяют очень большое разнообразие электрических датчиков, отличающихся друг от друга как принципом работы, так и конструктивным оформлением.

Рассмотрим некоторые из наиболее распространенных датчиков.

Рис. 7-16

Рис. 7-17

Рис. 7-18

Потенциометрический датчик представляет собой обычный реостат, включенный по схеме потенциометра (рис. 7-16, а). Здесь используется зависимость тока в нагрузке от напряжения, снимаемого с потенциометра. Если движок потенциометра перемещать вверх, то напряжение, на которое включена нагрузка (например, реле), возрастает и, следовательно, возрастает ток в нагрузке . Движок же потенциометра механически связывается с механическим чувствительным элементом (диафрагмой, мембраной и т. д.), перемещения которого вызывают пропорциональные (или равные) перемещения движка потенциометра. В тех случаях, когда направление тока в нагрузке должно соответствовать направлению перемещения движка от некоторого начального положения, например в следящих системах, применяют схему со средней точкой потенциометра (рис. 7-16, б).

Потенциометрические датчики нашли широкое применение для измерения всевозможных угловых и линейных перемещений. Например, если движок потенциометра связать с поплавком, находящимся в сосуде с жидкостью, то включенный в качестве нагрузки потенциометра электроизмерительный прибор может быть проградуирован в значениях высоты уровня жидкости в сосуде {уровнемер).

Тензометр, или проволочный датчик, представляет собой тонкую (15—16 мкм) констаитановую проволоку, наклеенную на тонкой папиросной бумаге (рис. 7-17).

Тензометр применяют для измерения деформаций, для этого его прочно наклеивают на деформируемую деталь и по изменениям сопротивления, изменяющегося за счет изменения длины проволоки тензометра, судят о величине деформации.

Термистор — полупроводниковое термосопротивление — представляет собой полупроводник, сопротивление которого значительно изменяется при изменении температуры. Таким образом, по значению сопротивления термистора можно судить о температуре. Термисторы благодаря большой чувствительности и малой инерционности нашли применение для измерений температуры растений, температуры кровеносных сосудов человека, для измерения незначительных изменений температуры и т. д.

Рис. 7-19

Рис. 7-20

Индуктивный датчик состоит из катушки 1 (рис. 7-18), навитой на стальном сердечнике 2; якорь 3 укреплен на пружине 4. Между якорем и сердечником имеется некоторый воздушный зазор б, размер которого изменяется в соответствии со смещением якоря.

Принцип работы индуктивного датчика состоит в изменении индуктивного сопротивления катушки при изменении воздушного зазора между сердечником и якорем. Если якорь соединить с каким-либо смещающим устройством, а по катушке пропускать переменный ток, то при изменениях положения якоря индуктивное сопротивление катушки будет изменяться. Ток в цепи катушки также будет изменяться. Следовательно, по изменениям тока в цепи катушки можно судить о смещении. Индуктивное сопротивление катушки данного индуктивного датчика зависит от воздушного зазора и частоты питающего переменного тока.

Для работы индуктивных датчиков используют переменный ток частотой 100—1000 Гц, а для некоторых реле этого типа 3000-5000 Гц. Дальнейшее повышение частоты приводит к большим потерям в стали. Индуктивные датчики благодаря простоте конструкции и надежности в работе нашли широкое применение в современных автоматических устройствах.

Простейший емкостный датчик представляет собой две пластины конденсатора, одна из которых закреплена неподвижно, а другая соединена с каким-либо смещающим устройством (рис. 7-19). С изменением расстояния между пластинами изменяется и емкость конденсатора. Емкостные датчики применяют для измерения частоты, размеров деталей и перемещений.

Радиоактивный датчик часто представляет собой плоский конденсатор С, внутренняя поверхность одной из пластин которого покрыта радиоактивным слоем, излучающим а-частицы (рис. 7-20). Конденсатор С помещен в ионизационную камеру, а обкладки его соединены с источником высокого напряжения. Излучаемые частицы ионизуют воздух (газ) внутри камеры, в результате чего в цепи конденсатора появляется ток, значение которого пропорционально поверхности пластин и зависит от объема и состава газа между пластинами. Это дает возможность применять радиоактивный датчик в качестве чувствительного элемента, реагирующего на изменения площади пластин, объема газа между пластинами, состава газа (при этом изменяется интенсивность ионизации). Радиоактивные датчики нашли широкое применение для автоматического контроля, дефектоскопии, автоматического счета, анализа состава веществ и т. д.