|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Мембрана
Рис. 2.1. Структурная схема тензорезисторного датчика усилий датчика давления или инерционная масса для датчика ускорений. Таким образом, структурная схема, представленная на рис. 2.1, охватывает практически все многообразие тензорезисторных датчиков, отличающихся между собой не только условиями эксплуатации и пределами измерения, но и входной величиной. Аналогичную картину можно увидеть, если, например, тензо-резисторный преобразователь заменить индуктивным (рис. 2.2). Замена только одного измерительного преобразователя другим позволяет получить цепь преобразования физических величин другой обширной группы датчиков - индуктивных. Рассуждая аналогичным образом, можно составить структурную схему любого другого датчика, в котором измеряемая величина претерпевает ряд последовательных преобразований. Такие схемы являются схемами последовательного преобразования измеряемой величины. Цепь последовательного преобразования измеряемой величины характеризуется тем, что измеряемая величина поступает на вход первого измерительного преобразователя, часто называемого входным измерительным преобразователем; выходная величина его является входной величиной второго измерительного преобразователя и т. д. Преобразование осуществляется до тех пор, пока на выходе последнего измерительного преобразователя, который можно назвать выходным измерительным преобразователем, не будет получена выходная величина, удобная для восприятия человеком или для использования в цепи дальнейшего преобразования с целью регистрации или управления. Инераионныа груз Мембрана -*-\ Упругий. злЕмент датель Цндунтабный. £г Измерительная вых прербразв- р- \ Рис. 2.2. Структурная схема индуктивного датчика усилий Измерительные преобразователи, которые в цепи преобразования находятся между входным и выходным, можно назвать промежуточными измерительными преобразователями. Причем деление измерительных преобразователей на входные, промежуточные и выходные во многих случаях является условным, так как один и тот же преобразователь в зависимости от того, в какой конкретно датчик он входит, может быть и входным, и промежуточным, и выходным. Так, например, упругий элемент в тензорезисторном или индуктивном датчике силы является входным измерительным преобразователем, в индуктивном акселерометре - промежуточным, а в механическом динамометре - выходным. fB цепи измерительных преобразований измерительные преобразователи различаются, в первую очередь, физическими основами преобразования измеряемой величины. В канедом измерительном преобразователе используется какая-либо физическая закономерность, функционально связывающая одну физическую величину с другой. Так в мембране датчика давления как измерительном преобразователе преобразование давления в силу осуществляется в соответствии с закономерностью / = 5.,фЯ, (2.1) где Р - давление - входная величина; F сила - выходная величина; 8дф - эффективная площадь мембраны; константа, характеризующая мембрану как измерительный преобразователь. Входной величиной стержневого упругого элемента является сила, а выходной - деформация упругого элемента. Связь между этими двумя величинами осуществляется в соответствии с законом Гука: гР, (2.2) где F - сила - входная величина упругого элемента; г - от.ни-сительная деформация - выходная величина упругого элемента; - площадь поперечного сечения упругого элемента; Е - модуль упругости материала упругого элемента. В данном случае константой, характеризующей упругий элемент, является l/SpE. Рассматривая физические процессы всЗ всех известных измерительных преобразователях, можно в каждом случае установить связь между выходной и входной величинами: У = /(Х). Математическое (или графическое) описание этой связи носит название функции преобразования преобразователя. Аналогичная характеристика для датчика в целом называется функцией преобразования датчика. Отношение изменения выходной величины AY к соответству-юш.ему изменению входной величины АХ называется чувствительностью датчика: S = AY/AX. (2.3) В общем случае функция преобразования может быть нелиней-ной* тогда чувствительность является функцией входной вели-Тщнь! и для любого Xi определяется как 5,= (ДУ/ДХ) при X = X,-. В пределе функция чувствительности определяется как первая производная Y по X. Отношение значения выходной величины датчика К,- к соответствующему значению входной величины X,- определяет коэффин циент преобразования - K = Y,/X,. (2.4) Если зависимость между выходной и входной величинами является линейной, то чувствительность преобразователя не зависит от входной величины: r = SX. (2.5) В этом случае чувствительность и коэффициент преобразования равны, поэтому для линейных датчиков, а таковыми являются большинство датчиков механических величин, в-дальнейшем изложении будем пользоваться как термином «чувствительность», так и термином «коэффициент преобразования». Датчик, выполненный в соответствии со структурной схемой рис. 2.3, называется датчиком прямого преобразования. Чувствительность такого датчика определяется произведением чувстви-тельностей отдельных преобразователей: 5 = 5iS, . . .5„ Д, (2.6) и может быть найдена как отношение выходной величины датчика к входной (для линейной функции преобразования): S = V/X. (2.7) Так для мембранного датчика давления со стержневым упругим элементом, выходной величиной которого является относительная деформация, функция преобразования
Рис. 2.3. Структурная схема датчика прямого преобразования 0 1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 |