Механические первичные преобразователи кратко

Обновлено: 05.07.2024

Первичные приборы, датчики или первичные преобразователи предназначены для непосредственного преобразования измеряемой величины в другую величину, удобную для измерения или использования. Выходными сигналами первичных приборов, датчиков являются как правило унифицированные стандартизованные сигналы, в противном случае используются нормирующие преобразователи.

Различают генераторные, параметрические и механические преобразователи:

Первичные преобразователи для измерения температуры:

По термодинамическим свойствам, используемым для измерения температуры, можно выделить следующие типы термометров:

  • термометры расширения, основанные на свойстве температурного расширения жидких и твердых тел;
  • термометры газовые и жидкостные манометрические;
  • термометры конденсационные;
  • электрические термометры (термопары);
  • термометры сопротивления;
  • оптические монохроматические пирометры;
  • оптические цветовые пирометры;
  • радиационные пирометры.

Первичные преобразователи для измерения давления:

По принципу действия:

  • жидкостные (основанные на уравновешивании давления столбом жидкости);
  • поршневые (измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень);
  • пружинные (давление измеряется по величине деформации упругого элемента);
  • электрические (основанные на преобразовании давления в какую-либо электрическую величину).

По роду измеряемой величины:

  • манометры (измерение избыточного давления);
  • вакуумметры (измерение давления разряжения);
  • мановакуумметры (измерение как избыточного давления, так и давления разряжения);
  • напорометры (для измерения малых избыточных давлений);
  • тягомеры (для измерения малых давлений, разряжений, перепадов давлений);
  • тягонапорометры;
  • дифманометры (для измерения разности или перепада давлений);
  • барометры (для измерения барометрического давления).

Первичные преобразователи для измерения расхода пара, газа и жидкости:

Эти приборы могут быть снабжены счетчиками (интеграторами), тогда они называются расходомерами-счетчиками. Такие приборы позволяют измерять расход и количество вещества.

Классификация преобразователей для измерения расхода пара, газа и жидкости:

  • Механические: Объемные: ковшовые, барабанного типа, мерники.
  • Скоростные: по методу переменного или постоянного перепада давления, напорные трубки, ротационные.
  • Электрические: электромагнитные, ультразвуковые, радиоактивные.

Первичные преобразователи для измерения уровня:

Под измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной поверхности, принятой за начало отсчета. Приборы, выполняющие эту задачу, называются уровнемерами.
Методы измерения уровня:

  • поплавковый,
  • буйковый,
  • гидростатический,
  • электрический и др.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (ДАТЧИКОВ)

На вход датчика могут поступать как электрические, так и неэлектри­ческие сигналы. С выхода датчика обычно получают электрические сигналы. Это вызвано тем, что электрический сигнал проще уси­ливать и передавать на различные расстояния.


Общими характеристиками датчиков являются статическая характе­ристика; инерционность; динамическая (дифференциальная) чувстви­тельность; порог чувствительности; погрешность; мощность; момент или усилие, требуемые от источника входного сигнала; выходная мощность и выходное сопротивление датчика.

Рассмотрим некоторые из общих характеристик датчиков.

Статическая характеристика показывает зависимость выходной ве­личины у от входной величины х1т.е. у =f(x) (x – контролируемый, или регулируемый параметр, действующий на датчик; у – параметр, получен­ный после преобразования).

Инерционность характеризуется отставанием изменений выходной ве­личины у от изменений входной величины х. Она приводит к погрешностям при измерении входной величины х и поэтому является нежелательной.

Динамическая (дифференциальная) чувствительность датчика S или динамический коэффициент преобразования датчика Кдин показывает, во сколько раз приращение выходной величины (Ay/dy) больше приращения входной величины (Ax/dx):


К числу основных признаков, позволяющих классифицировать первичные преобразователи, относятся принцип действия и вид входного и выходного сигналов (рис. 3.2).

В зависимости от принципа действия первичные преобразователи можно разделить на две группы: параметрические и генераторные.

Параметрические датчики служат для преобразования неэлектрического контролируемого или регулируемого параметра в параметры электрической цепи (R, L, С). Эти датчики получают электрическую энергию от вспомогательного источника энергии. Параметрические датчики делятся надатчики активного сопротивления (контактные, реостатные, потенциометрические, тензодатчики, терморезисторы) и реактивного сопротивления (индуктивные, емкостные).

Генераторные датчики предназначены для преобразования неэлектри­ческого контролируемого или регулируемого параметра в ЭДС. Эти дат­чики не требуют постороннего источника энергии, так как сами являются источниками ЭДС. Генераторные датчики бывают термоэлектрическими, пьезоэлектрическими и тахиметрическими.

К параметрическим и генераторным датчикам предъявляются следую­щие общие требования: непрерывная и линейная зависимость выходной величины у от входной х; высокая динамическая (дифференциальная) чувствительность; малая инерционность; наименьшее влияние датчика на измеряемый или регулируемый параметр; надежность в работе; применимость к используемой измерительной аппаратуре и источникам питания; наименьшая себестоимость; минимальные масса и габариты.


Рис. 3.2. Классификация первичных преобразователей

По виду входного сигнала первичные преобразователи делятся на следующие группы: температуры, давления, разрежения, расхода, уровня, состава и влажности веществ, плотности, перемещения, скорости, уско­рения и т. д.

По виду выходного сигнала первичные преобразователи подразделяют на несколько групп. Одна группа преобразует контролируемую величину в изменение активного сопротивления, другая – в изменение, емкости, третья – в изменение индуктивности и т. д.


При выборе датчика необходимо также учитывать особенности иссле­дуемого процесса: периодичность и максимальную частоту воздействий, атмосферные условия (влажность и температуру воздуха), наличие вибра­ций в установке и т.д.

2. Общие сведения об усилительных устройствах

5. Гидравлические и пневматические усилители

Первичные электрические преобразователи датчики

2. Основные требования к первичным преобразователям

3. Классификация первичных преобразователей

4. Основные характеристики первичных преобразователей

1. Бородин И. Ф., Кирилин Н. И. Основы автоматики и автоматизация производственных процессов. М., Колос, 1977. 95-96 с.

2. Колесов Л. В. Основы автоматики. М., Колос, 1978. 34-36 с.

4. Бородин И. Ф., Кирилин Н. И. Практикум по основам автоматики и автоматизации производственных процессов. М., Колос, 1974. 3-21 с.

5. Бородин И. Ф. Технические средства автоматики. М., Колос, 1982.-303 с., ил. — (Учебники и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений).51-56 с

8. Бохан Н. И., Фурунжиев Р. И. Основы автоматики и микропроцессорной техники: Учеб. пособие. — Мн.: Ураджай, 1987.-376 с.: ил.60-62 с.

Автоматизация различных технологических процессов возможна только при наличии необходимой информации о значениях величин, характеризующих ход выполнения операций.

Измерительным преобразователем называется устройство, предназначенное для преобразования информации, поступающей на его вход в виде некоторой физической величины, в другую функциональную физическую величину, удобную для использования в последующих элементах автоматики.

В самом общем виде измерительный преобразователь состоит из одного или нескольких элементарных преобразователей, в которых происходит превращение одной физической величины в другую или количественное изменение одной и той же физической величины. Важнейшим из элементарных преобразователей является так называемый воспринимающий орган ВО (рис. 1, а). Воспринимающий орган, как правило, реагирует на отклонение управляемой величины от установленного значения и передает это отклонение в форме определенного сигнала на другие преобразователи.

В некоторых измерительных преобразователях (рис. 1, б), кроме воспринимающего органа ВО, входят промежуточный преобразователь П и вспомогательный источник питания ИП. У этих измерительных преобразователях контролируемая величина х преобразуется воспринимающим органом ВО за счет энергии источника питания ИП в промежуточную величину хп, а затем при помощи преобразователя П доводится до удобной формы и определенного значения выходной сигнал у.

Наиболее сложны и совершенны измерительные преобразователи с обратной связью (рис. 1, в), которые применяются в измерении свойств веществ, обнаружении дефектов, а также в оптических и радиоизотопных измерительных преобразователях. Основным преимуществом такого типа измерительных преобразователях является компенсация внешних возмущающих воздействий: изменение температуры, напряжения питания.

Рисунок 1 – Функциональные схемы измерительных преобразователей:

а) с непосредственным преобразованием;

б) с промежуточным преобразованием;

в) с промежуточным преобразованием и обратной связью.

2. Основные требования к первичным преобразователям

Хотя свойства, которыми должен обладать каждый первичный преобразователь, чтобы соответствовать своему назначению в автоматической системе, весьма разнообразны, можно выделить основные требования, предъявляемые к ним:

— однозначность зависимости между входной и выходной величинами, когда конкретному значению входной величины соответствует строго определенное значение выходной;

— линейная (там, где это возможно) – самая простая и наглядная зависимость между выходной и входной величинами;

— высокая чувствительность к измеряемой величине;

— достаточная мощность выходной сигнала, обеспечивающая при возможности дальнейшее управление элементами системы без усилителей;

— стабильность характеристик во времени (в период эксплуатации);

— отсутствие влияния нагрузки выходной цепи на измеряемую электрическую величину и на технологический процесс;

— устойчивость к воздействию окружающей среды;

— надежность и долговечность;

3. Классификация первичных преобразователей

Первичные преобразователи можно классифицировать по 4 направлениям:

► по функциональному назначению;

► по виду выходной величины.

По принципу действия первичные преобразователи делятся на:

q параметрические (рис 1, б).

По функциональному назначению первичные преобразователи разделяют таким образом:

— для получения информации о состоянии процесса с целью контроля технологических режимов и хода отдельных операций;

— для получения, преобразования и хранения информации с целью количественного и качественного учета перерабатываемой продукции;

— для получения информации в целях ручного или автоматического воздействия на технологический процесс.

Мы рассматриваем датчики, формирующие электрические сиг­налы, но бывают ситуации, когда применить датчик, непосред­ственно преобразующий какой-либо неэлектрический параметр в электрический сигнал, невозможно или нецелесообразно. Тогда используют промежуточное устройство, преобразующее этот па­раметр в другой, тоже неэлектрический, но более удобный для дальнейшего преобразования в электрический сигнал.

Промежуточные преобразователи линейных перемещений.Ли­нейные перемещения в диапазоне от долей миллиметра до десят­ков сантиметров достаточно просто преобразуются в электриче­ские сигналы датчиками перемещения, которые рассмотрены да­лее. Однако точное преобразование малых перемещений часто ог­раничено узким рабочим диапазоном или низкой чувствительно­стью этих датчиков, а при больших перемещениях размеры датчи­ков тоже оказываются большими.

В то же время существуют простые механические преобразова­тели линейного перемещения в угловое с высокой чувствитель­ностью и линейной функцией преобразования. Они используют­ся, например, в индикаторах малых перемещений часового типа.

Угловое перемещение (вращение) обладает важным свойством: увеличение угла поворота до любых значений не ведет к увеличе­нию размеров датчика, оно не связано с размерами вращающего­ся тела. Угол поворота ограничен только конструкцией преобра­зователя и может быть как очень малым, так и очень большим при неизменных размерах устройства.

В преобразователях линейного перемещения в угловое имеется шток с зубчатой линейкой, контактирующий с зубчатым колесом (рис. 4.1). При перемещении штока происходит поворот зубчатого колеса на угол, пропорциональный перемещению. В индикаторах часового типа используют цепочку соединенных друг с другом зубчатых колес с разным количеством зубьев, благодаря чему даже очень малое перемещение (например, на несколько сотых милли­метра) приводит к повороту последнего в цепочке зубчатого ко­леса на угол в десятки градусов.

Аналогично работает преобразователь перемещения компью­терной мыши, но в нем вместо штока используется шарик, кото­рый при перемещении по поверхности вращает прижатую к нему ось оптического датчика угла поворота.

Такие преобразователи при малых размерах имеют очень ши­рокий рабочий диапазон, в котором сохраняется одна и та же небольшая абсолютная погрешность (менее 0,01 мм в индикато­рах часового типа). Это позволяет использовать один преобразова­тель для точного измерения как очень малых, так и очень боль­ших перемещений.

Промежуточные преобразователи силы и давления.Сила и дав­ление способны деформировать тела, т.е. изменять их форму и размеры. Если эта деформация упругая, т.е. тело после прекращения воздействия


возвращается к прежней форме и размерам, то кое тело может использоваться в качестве преобразователя силы и давления в деформацию, которая выражается в линейном или угловом перемещении частей тела. Такие преобразователи называются механическими упругими препбразователями. И

Простейшие преобразователи силы такого у "

типа — пружина или стержень, к которым х




приложена сила (рис. 4.2). Пружина под действием силы растягивается или сжимается, и перемещение ее незакрепленного конца может быть преобразова­но в электрический сигнал рассмотренными далее датчиками пе­ремещения. Стержень тоже растягивается или сжимается, но по­скольку его деформация обычно очень мала, удобнее использо­вать для дальнейшего преобразования датчики не перемещения, а деформации, которые воспринимают очень малые смещения уча­стков поверхности деформированного тела и преобразуют их в сигналы.

Как известно, при ускоренном движении тела оно давит на опору с силой, пропорциональной ускорению, поэтому преобра­зователи силы могут использоваться и для измерения ускорения.

Преобразователем давления жидкости или газа может служить полый сосуд с расположенной в торце мембраной, которая испы­тывает давление по всей своей поверхности (рис. 4.3, а). Результа­том воздействия будет прогиб мембраны, т.е. деформация ее по­верхности, которая затем преобразуется в электрический сигнал датчиком деформации или перемещения.



Деформируемым в зависимости от давления элементом могут быть и гофрированные стенки сосуда (такой сосуд называют силь-фоном) (рис. 4.3, б). В этом случае давление приводит к растяже­нию стенок и линейному перемещению торца сильфона. Чувстви­тельность преобразователя давления можно увеличить заменой сильфона на спиральную трубку, запаянную на конце (рис. 4.3, в). Под действием давления трубка раскручивается вокруг оси спи­рали. Выходной величиной может быть как линейное, так и угло­вое перемещение конца трубки.

Промежуточные преобразователи температуры.Для измерения температуры нередко используют устройства, преобразующие ее в линейное или угловое перемещение. Для этого применяют плоские или спиральные пружины, изготовленные из биметалла (рис. 4.4).

Рассмотренные преобразователи силы, давления и температу­ры просты, имеют малые размеры, погрешность преобразования составляет обычно около 1 %.

Мы рассматриваем датчики, формирующие электрические сиг­налы, но бывают ситуации, когда применить датчик, непосред­ственно преобразующий какой-либо неэлектрический параметр в электрический сигнал, невозможно или нецелесообразно. Тогда используют промежуточное устройство, преобразующее этот па­раметр в другой, тоже неэлектрический, но более удобный для дальнейшего преобразования в электрический сигнал.

Промежуточные преобразователи линейных перемещений.Ли­нейные перемещения в диапазоне от долей миллиметра до десят­ков сантиметров достаточно просто преобразуются в электриче­ские сигналы датчиками перемещения, которые рассмотрены да­лее. Однако точное преобразование малых перемещений часто ог­раничено узким рабочим диапазоном или низкой чувствительно­стью этих датчиков, а при больших перемещениях размеры датчи­ков тоже оказываются большими.

В то же время существуют простые механические преобразова­тели линейного перемещения в угловое с высокой чувствитель­ностью и линейной функцией преобразования. Они используют­ся, например, в индикаторах малых перемещений часового типа.

Угловое перемещение (вращение) обладает важным свойством: увеличение угла поворота до любых значений не ведет к увеличе­нию размеров датчика, оно не связано с размерами вращающего­ся тела. Угол поворота ограничен только конструкцией преобра­зователя и может быть как очень малым, так и очень большим при неизменных размерах устройства.

В преобразователях линейного перемещения в угловое имеется шток с зубчатой линейкой, контактирующий с зубчатым колесом (рис. 4.1). При перемещении штока происходит поворот зубчатого колеса на угол, пропорциональный перемещению. В индикаторах часового типа используют цепочку соединенных друг с другом зубчатых колес с разным количеством зубьев, благодаря чему даже очень малое перемещение (например, на несколько сотых милли­метра) приводит к повороту последнего в цепочке зубчатого ко­леса на угол в десятки градусов.

Аналогично работает преобразователь перемещения компью­терной мыши, но в нем вместо штока используется шарик, кото­рый при перемещении по поверхности вращает прижатую к нему ось оптического датчика угла поворота.

Такие преобразователи при малых размерах имеют очень ши­рокий рабочий диапазон, в котором сохраняется одна и та же небольшая абсолютная погрешность (менее 0,01 мм в индикато­рах часового типа). Это позволяет использовать один преобразова­тель для точного измерения как очень малых, так и очень боль­ших перемещений.

Промежуточные преобразователи силы и давления.Сила и дав­ление способны деформировать тела, т.е. изменять их форму и размеры. Если эта деформация упругая, т.е. тело после прекращения воздействия


возвращается к прежней форме и размерам, то кое тело может использоваться в качестве преобразователя силы и давления в деформацию, которая выражается в линейном или угловом перемещении частей тела. Такие преобразователи называются механическими упругими препбразователями. И

Простейшие преобразователи силы такого у "

типа — пружина или стержень, к которым х

приложена сила (рис. 4.2). Пружина под действием силы растягивается или сжимается, и перемещение ее незакрепленного конца может быть преобразова­но в электрический сигнал рассмотренными далее датчиками пе­ремещения. Стержень тоже растягивается или сжимается, но по­скольку его деформация обычно очень мала, удобнее использо­вать для дальнейшего преобразования датчики не перемещения, а деформации, которые воспринимают очень малые смещения уча­стков поверхности деформированного тела и преобразуют их в сигналы.

Как известно, при ускоренном движении тела оно давит на опору с силой, пропорциональной ускорению, поэтому преобра­зователи силы могут использоваться и для измерения ускорения.

Преобразователем давления жидкости или газа может служить полый сосуд с расположенной в торце мембраной, которая испы­тывает давление по всей своей поверхности (рис. 4.3, а). Результа­том воздействия будет прогиб мембраны, т.е. деформация ее по­верхности, которая затем преобразуется в электрический сигнал датчиком деформации или перемещения.



Деформируемым в зависимости от давления элементом могут быть и гофрированные стенки сосуда (такой сосуд называют силь-фоном) (рис. 4.3, б). В этом случае давление приводит к растяже­нию стенок и линейному перемещению торца сильфона. Чувстви­тельность преобразователя давления можно увеличить заменой сильфона на спиральную трубку, запаянную на конце (рис. 4.3, в). Под действием давления трубка раскручивается вокруг оси спи­рали. Выходной величиной может быть как линейное, так и угло­вое перемещение конца трубки.

Промежуточные преобразователи температуры.Для измерения температуры нередко используют устройства, преобразующие ее в линейное или угловое перемещение. Для этого применяют плоские или спиральные пружины, изготовленные из биметалла (рис. 4.4).

Рассмотренные преобразователи силы, давления и температу­ры просты, имеют малые размеры, погрешность преобразования составляет обычно около 1 %.

1. Основные понятия

2. Основные требования к первичным преобразователям

3. Классификация первичных преобразователей

4. Основные характеристики первичных преобразователей

Литература

1. Бородин И. Ф., Кирилин Н. И. Основы автоматики и автоматизация производственных процессов. М., Колос, 1977. 95-96 с.

2. Колесов Л. В. Основы автоматики. М., Колос, 1978. 34-36 с.

4. Бородин И. Ф., Кирилин Н. И. Практикум по основам автоматики и автоматизации производственных процессов. М., Колос, 1974. 3-21 с.

5. Бородин И. Ф. Технические средства автоматики. М., Колос, 1982.-303 с., ил. - (Учебники и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений).51-56 с

8. Бохан Н. И., Фурунжиев Р. И. Основы автоматики и микропроцессорной техники: Учеб. пособие. - Мн.: Ураджай, 1987.-376 с.: ил.60-62 с.

1. Основные понятия

Автоматизация различных технологических процессов возможна только при наличии необходимой информации о значениях величин, характеризующих ход выполнения операций.

Измерительным преобразователем называется устройство, предназначенное для преобразования информации, поступающей на его вход в виде некоторой физической величины, в другую функциональную физическую величину, удобную для использования в последующих элементах автоматики.

В самом общем виде измерительный преобразователь состоит из одного или нескольких элементарных преобразователей, в которых происходит превращение одной физической величины в другую или количественное изменение одной и той же физической величины. Важнейшим из элементарных преобразователей является так называемый воспринимающий орган ВО (рис. 1, а). Воспринимающий орган, как правило, реагирует на отклонение управляемой величины от установленного значения и передает это отклонение в форме определенного сигнала на другие преобразователи.

В некоторых измерительных преобразователях (рис. 1, б), кроме воспринимающего органа ВО, входят промежуточный преобразователь П и вспомогательный источник питания ИП. У этих измерительных преобразователях контролируемая величина х преобразуется воспринимающим органом ВО за счет энергии источника питания ИП в промежуточную величину хп, а затем при помощи преобразователя П доводится до удобной формы и определенного значения выходной сигнал у.

Наиболее сложны и совершенны измерительные преобразователи с обратной связью (рис. 1, в), которые применяются в измерении свойств веществ, обнаружении дефектов, а также в оптических и радиоизотопных измерительных преобразователях. Основным преимуществом такого типа измерительных преобразователях является компенсация внешних возмущающих воздействий: изменение температуры, напряжения питания.

Рисунок 1 – Функциональные схемы измерительных преобразователей:

а) с непосредственным преобразованием;

б) с промежуточным преобразованием;

в) с промежуточным преобразованием и обратной связью.

2. Основные требования к первичным преобразователям

Хотя свойства, которыми должен обладать каждый первичный преобразователь, чтобы соответствовать своему назначению в автоматической системе, весьма разнообразны, можно выделить основные требования, предъявляемые к ним:

- однозначность зависимости между входной и выходной величинами, когда конкретному значению входной величины соответствует строго определенное значение выходной;

- линейная (там, где это возможно) – самая простая и наглядная зависимость между выходной и входной величинами;

- высокая чувствительность к измеряемой величине;

- достаточная мощность выходной сигнала, обеспечивающая при возможности дальнейшее управление элементами системы без усилителей;

- стабильность характеристик во времени (в период эксплуатации);

- отсутствие влияния нагрузки выходной цепи на измеряемую электрическую величину и на технологический процесс;

- устойчивость к воздействию окружающей среды;

- надежность и долговечность;

3. Классификация первичных преобразователей

Первичные преобразователи можно классифицировать по 4 направлениям:

► по принципу действия;

► по функциональному назначению;

► по виду входной величины;

► по виду выходной величины.

По принципу действия первичные преобразователи делятся на:

q генераторные (рис.1, а);

q параметрические (рис 1, б).

По функциональному назначению первичные преобразователи разделяют таким образом:

- для получения информации о состоянии процесса с целью контроля технологических режимов и хода отдельных операций;

- для получения, преобразования и хранения информации с целью количественного и качественного учета перерабатываемой продукции;

- для получения информации в целях ручного или автоматического воздействия на технологический процесс.

На входы ИИС может поступать большое количество однородных или разнородных по физической природе величин и сопутствующих им влияющих величин.

Классификация входных величин, определяющих принцип действия ИИС с точки зрения системотехники, приведена в табл. 3.

Таблица 3 Классификация входных величин (сигналов)

Под активными подразумеваются величины, способные оказывать энергетические воздействия на входные устройства системы.

В табл. 3 речь идёт о внешних по отношению к ИИС помехах, которые часто неотделимы от входных величин. Помехи разделяются на независимые от входных величин и с ними связанные.

Таблица 4 Основные разновидности входных величин

Согласно этой таблице можно выделить характерные области: измерение одной величины (i =1) реализуется, как правило, приборами; измерение множества величин qi(t, S)>, i ³ 2, в большинстве случаев, реализуется ИИС.

Основные разновидности преобразователей независимых входных величин

Первичный преобразователь непосредственно или косвенно воспринимает измеряемую величину и формирует информативный параметр измерительного сигнала. Свойства первичного преобразователя часто обуславливают в известной мере, свойства всей измерительной системы.

Механические первичные преобразователи

Схемы работы механических первичных преобразователей сведены в табл. 5.

Таблица 5. Механические первичные измерительные преобразователи

При реализации механического преобразования длины первичный преобразователь должен быть непосредственно связан с объектом измерения с использованием силовой или кинематической связи. Усиление измерительного сигнала может быть осуществлено с помощью рычажной, винтовой или зубчатой передачи (передаточное отношение до 1:1000). Механические первичные преобразователи находят применение преимущественно для статических измерений.

При механическом измерении силы в качестве первичных преобразователей используются деформируемые элементы, формы которых определяются задачами измерений. При использовании пружин, работающих на изгиб или кручение, нагрузка вводится как момент.

Механические первичные преобразователи температуры основаны на использовании термомеханического эффекта.

Пневматические первичные преобразователи

По принципу действия пневматические преобразователи можно разделить на статические и динамические (табл. 6).

Таблица 6 Пневматические первичные измерительные преобразователи

Длина Скорость (объем) Частота вращения
Сопло – заслонка Сопло Вентури Насос с дросселем

Сила (длина) Сила (длина) Температура
Пластинчатая пружина Сильфон Газовый манометрический термометр

Статические преобразователи основаны на уравнении состояния идеального газа. Для сохранения области линейной зависимости в большинстве случаев производят дифференциальные измерения.

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.004)

Первичные приборы, датчики или первичные преобразователи предназначены длянепосредственного преобразования измеряемой величины в другую величину, удобную для измерения илииспользования. Выходными сигналами первичных приборов, датчиков являются как правилоунифицированные стандартизованные сигналы, в противном случае используются нормирующие преобразователи (см. рис.1).

Различают генераторные, параметрические и механические преобразователи:

  1. Генераторные осуществляют преобразование различных видов энергии в электрическую, то есть они генерируют электрическую энергию (термоэлектрические, пьезоэлектрические, электрикинетические, гальванические и др. датчики).
  2. К параметрическим относятся реостатные, тензодатчики, термосопротивления и т.п. Данным приборам для работы необходим источник энергии.
  3. Выходным сигналом механических первичных преобразователей (мембранных, манометров, дифманометров, ротаметров и др.) является усилие, развиваемое чувствительным элементом под действием измеряемой величины.

Рисунок 1 - Основные структурные схемы подключения первичных преобразователей

Пояснения к рисунку 1. Первичный преобразователь, датчик Д может иметь выходнойунифицированный сигнал см.рис.1.8.а и неунифицированный сигнал см.рис.1.8.б. Во втором случаеиспользуют нормирующие преобразователи НП.

Нормирующий преобразователь НП выполняет следующие функции: преобразует нестандартныйнеунифицированный сигнал (например, mV, Ом) в стандартный унифицированный выходной сигнал;осуществляет фильтрацию входного сигнала; осуществляет линеаризацию статической характеристикидатчика; применительно к термопаре, осуществляет температурную компенсацию холодного спая.

Нормирующий преобразователь НП применяется, также в следующих случаях: когда необходимоподать сигнал измеряемой величины на несколько измерительных или регулирующих приборов; а такжекогда необходимо передать сигнал на большие расстояния, например сигнал от термопары передается намалые расстояния - до 10м, а унифицированный сигнал постоянного тока может передаваться на большиерасстояния - до 100м.В современных промышленных регуляторах нормирующий преобразователь НП как правилоявляется обязательной составной частью входного устройства регулятора.

Первичные преобразователи для измерения температуры:

П о термодинамическим свойствам, используемым для измерения температуры, можно выделитьследующие типы термометров:

  • термометры расширения, основанные на свойстве температурного расширения жидких и твердых тел;
  • термометры газовые и жидкостные манометрические;
  • термометры конденсационные;
  • электрические термометры (термопары);
  • термометры сопротивления;
  • оптические монохроматические пирометры;
  • оптические цветовые пирометры;
  • радиационные пирометры.

Первичные преобразователи для измерения давления:

П о принципу действия:

  • жидкостные (основанные на уравновешивании давления столбом жидкости);
  • поршневые (измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень);
  • пружинные (давление измеряется по величине деформации упругого элемента);
  • электрические (основанные на преобразовании давления в какую-либо электрическую величину).

По роду измеряемой величины:

  • манометры (измерение избыточного давления);
  • вакуумметры (измерение давления разряжения);
  • мановакуумметры (измерение как избыточного давления, так и давления разряжения);
  • напорометры (для измерения малых избыточных давлений);
  • тягомеры (для измерения малых давлений, разряжений, перепадов давлений);
  • тягонапорометры;
  • дифманометры (для измерения разности или перепада давлений);
  • барометры (для измерения барометрического давления).

Первичные преобразователи для измерения расхода пара, газа и жидкости:

П риборы, измеряющие расход, называются расходомерами. Эти приборы могут быть снабженысчетчиками (интеграторами), тогда они называются расходомерами-счетчиками. Такие приборы позволяютизмерять расход и количество вещества.

Классификация преобразователей для измерения расхода пара, газа и жидкости:

  • Механические: Объемные: ковшовые, барабанного типа, мерники. Скоростные: по методу переменного или постоянного перепада давления, напорные трубки, ротационные.
  • Электрические: электромагнитные, ультразвуковые, радиоактивные.

Первичные преобразователи для измерения уровня:

П од измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотностиотносительно какой-либо горизонтальной поверхности, принятой за начало отсчета. Приборы, выполняющиеэту задачу, называются уровнемерами.Методы измерения уровня: поплавковый, буйковый, гидростатический, электрический и др.

Читайте также: