Електричні датчики

За допомогою фотоелектричних датчиків виконується автоматичне зчитання машинописних і рукописних буквених і цифрових текстів.

11. УЛЬТРАЗВУКОВІ ДАТЧИКИ

11.1 Принцип дії і призначення

Робота ультразвукових датчиків заснована на взаємодії ультразвукових коливань з вимірюваним середовищем. До ультразвукового відносять механічні коливання, що відбуваються з частотою більш 20 000 Гц, тобто вище верхньої межі звукових коливань, сприйманих людським вухом. Поширення ультразвукових коливань у твердих, рідких і газоподібних середовищах залежить від властивостей середовища. Наприклад, швидкість поширення цих коливань для різних газів знаходиться в межах від 200 до 1300 м/с, для рідин - від 1100 до 2000, для твердих матеріалів - від 1500 до 8000 м/с. Дуже сильно виражена залежність швидкості коливань у газах від тиску.

Різні коефіцієнти відображення ультразвукових хвиль на границі розділу різних середовищ, різна і звукопоглинальна здатність різних середовищ. Тому в ультразвукових датчиках інформація про різні неелектричні величини виходить завдяки виміру параметрів ультразвукових коливань: часу їхнього поширення, загасання амплітуди цих коливань, фазового зрушення цих коливань.

Ультразвукові методи виміру відносяться до електричних методів остільки, поскільки порушення ультразвукових коливань і прийом цих коливань виконуються електричним способом.

Звичайно для цього використовують п'єзоелементи і магнітострикційні перетворювачі. П'єзоелектричні датчики перетворюють тиск в електричний сигнал. Це прямий пєзоефект. Він використовується в приймачах ультразвукового випромінювання. Зворотний п'єзоелектричний ефект полягає в стиску і розтяганні п'єзокристала, до якого прикладена перемінна напруга. Для порушення ультразвукових коливань і використовується цей ефект. Таким чином, п'єзоелемент може використовуватися поперемінно то випромінювачем, то приймачем ультразвукових коливань.

Магнитострикційні випромінювачі ультразвуку використовують явище деформації феромагнітів у перемінному магнітному полі.

Пояснимо роботу ультразвукового датчика на прикладі ехолота - приладу для виміру глибини моря (мал. 57).

При подачі перемінної напруги на п'єзоелемент 1 збуджуються ультразвукові коливання, спрямовані вертикально вниз. Відбитий ультразвуковий імпульс сприймається п'єзоелементом 2. Електричний прилад 3 вимірює час t між що посилається і прийнятим імпульсами. Глибина моря пропорційна цьому часу і швидкості поширення звуку v у воді:

Н = v t/2

Шкала приладу градуюється безпосередньо в метрах. Аналогічно діє ультразвуковий локатор, що визначає відстань до перешкоди на шляху корабля в горизонтальному напрямку. Деякі тварини (наприклад, кажани і дельфіни) мають органи орієнтування, що діють за принципом ультразвукового локатора.

Ультразвукові коливання мають енергію значно більшу, ніж звукові, оскільки енергія пропорційна квадрату частоти. Крім того, порівняно просто здійснюється спрямоване випромінювання ультразвуку.

За допомогою ультразвукових датчиків виявляють дефекти в металевих деталях: тріщини у виробах, порожнині у виливках і т.д. Ультразвукові датчики відіграють важливу роль у дефектоскопії, у неруйнівних методах контролю. Крім того, ультразвукові датчики використовуються в приладах для виміру витрати, рівня, тиску.

11.2 Випромінювачі ультразвукових коливань

В ультразвукових електричних датчиках найбільше поширення одержали магнітострикційні і п'єзоелектричні випромінювачі, збуджувані за допомогою напівпровідникових і електронних генераторів, що виробляють змінну напругу з частотою більш 10 кГц. Часто застосовується й імпульсне збудження ультразвукових випромінювачів.

Магнітострикційний випромінювач стрижневого типу (мал.58, а) являє собою набір тонких аркушів з феромагнітного матеріалу, на який намотана обмотка збудження. Найчастіше в магнітострикційних випромінювачах використовується нікель і його сплави (інвар і монель), а також феррити. Форма пластини показана на мал.58, б.

Якщо стрижень з феромагнітного матеріалу знаходиться в перемінному магнітному полі, то він буде поперемінно стискуватися і розтискатися, тобто деформуватися. Тому що знак деформації не залежить від напрямку поля, то частота коливання деформації буде в два рази більше частоти перемінного збуджуючого поля.

Для одержання великих механічних деформацій використовують постійне підмагнічування стрижня, щоб працювати на найбільш крутій ділянці кривої.

Магнітострикційні випромінювачі працюють в умовах резонансу, коли частота збуджуючого поля збігається (налаштована в резонанс) з частотою власних пружних коливанні стрижня, що визначається по формулі

де l - довжина стрижня; Е - модуль пружності; с - щільність матеріалу.

Для нікелевого стрижня довжиною l=100 мм частота власних коливань складає 24,3 кГц, амплітуда досягає приблизно 1мкм. Найвища частота, на якій ще вдається збудити досить інтенсивні коливання, складає 60 кГц, що відповідає довжині 40 мм. Крім основної частоти в стрижні можна збудити і коливання на вищих гармоніках (при відповідному кріпленні стрижня), але з меншою амплітудою.

У п'єзоелектричному випромінювачі ультразвукових коливань використовується пластина кварцу (мал. 59), до якої прикладене перемінна напруга U_x, що створює електричне поле в напрямку електричної осі X.

Подовжній зворотний пєзоэффект полягає в деформації пластини по осі X.

Поперечний зворотний пєзоэффект полягає в деформації пластини в напрямку механічної осі Y.

При напругах до 2,5 кВ зберігається пряма пропорційність між величиною деформації і напругою. При великих напругах деформація збільшується не настільки швидко і при U = 25 кВ виявляється на 30 % меншою. Амплітуда коливань досягає максимуму при рівності частоти прикладеної напруги і частоти власних коливань пластини.

У порівнянні з магнітострикційними п'єзоелектричні випромінювачі забезпечують значно більшу (на 1-2 порядки) частоту ультразвукових коливань.

11.3 Застосування ультразвукових датчиків

В ультразвукових рівнемірах і дефектоскопах використовується властивість ультразвуку відбиватися від границі двох середовищ. Співвідношення між енергіями відбитих і падаючих коливань називається коефіцієнтом відображення. Цей коефіцієнт дуже великий для середовищ, що істотно відрізняються по щільності і швидкості поширення звуку. Наприклад, коефіцієнт відображення на границі вода - сталь складає 88, а на границі вода - трансформаторна олія він дорівнює 0,6. Але навіть і при малих коефіцієнтах відображення отриманий відбитий сигнал цілком достатній для виміру положення рівня розділу двох середовищ.

Мірою рівня є час поширення коливань від джерела випромінювання до границі розділу і назад до приймача. Ці величини рівня і часу зв'язані між собою співвідношенням Н = хt/2. Завдяки властивості ультразвукових коливань поширюватися в будь-яких пружних середовищах між випромінювачем і вимірюваним середовищем може знаходитися металева стінка, що дозволяє вести вимір без контакту вимірювальних елементів з контрольованим середовищем і без електричних вводів у резервуар.

В ультразвукових рівнемірах використовується в основному імпульсний режим передачі коливань у середовище. При цьому п'єзоэлемент може поперемінно працювати те випромінювачем, то приймачем ультразвуку.

Схема ультразвукового рівнеміра показана на мал.60.

мал 60.

Електричні високочастотні імпульси від генератора 2 подаються по кабелю до пєзоэлементу датчика 1, що випромінює ультразвукові коливання у вимірюване середовище. Ці коливання відбиваються від границі розділу середовищ і повертаються до п'єзоелементу, що перетворить їх в електричний сигнал. Цей сигнал підсилюється підсилювачем 3 і подається на вимірювальний пристрій 4, що визначає час між посилкою імпульсу генератором 2 і приходом імпульсу в підсилювач 3. У результаті багаторазового відображення посланого імпульсу можуть повернутися три-чотири сигналу, що убувають по амплітуді і запізнюються один щодо одного на однаковий час.

Частота імпульсів, що посилаються, повинна бути не занадто великою, щоб усі відбиті сигнали встигли повернутися до посилки наступного імпульсу. Ультразвукові рівнеміри забезпечують точність у 1 % при вимірах рівня в 5-10 м в умовах високої температури, високого тиску, великої хімічної активності контрольованого середовища. У повітрі ультразвукові коливання загасають у багато разів швидше, ніж у рідких (і взагалі в більш щільних) середовищах. Тому бажано розміщувати випромінювач та приймач знизу під резервуаром, а не зверху.

В ультразвуковому витратомірі використовується ефект додавання швидкості поширення ультразвуку в пружному середовищі зі швидкістю руху цього середовища.

Схема ультразвукового витратоміра показана на мал.61.

мал 61

П'єзоелементи 1 і 2 розташовуються уздовж трубопроводу і збуджуються від генератора 3 на частоті в кілька сотень кілогерців. Кожний з пєзоелементів поперемінно за допомогою перемикача 4 працює те випромінювачем, то приймачем. Таким чином, ультразвукові коливання посилаються то по потоці середовища, то назустріч йому. У першому випадку швидкості коливань і потоку складаються, у другому випадку - віднімаються.

Після проходження по середовищу сигнали, прийняті пьезоэлементами, підсилюються підсилювачем 5 і надходять поперемінно на вимірювальний пристрій 6. Різниця фаз прийнятих коливань буде пропорційна швидкості середовища. Градуювання приладу виконується для визначеного середовища. При використанні приладу для вимірів витрати середовища з іншим значенням швидкості поширення ультразвуку змінюється і градуїровка.

Слід зазначити, що вимірювальні датчик витрати схеми для ультразвукових датчиків досить складні.

12. СТРУННІ ДАТЧИКИ

12.1 Призначення і принцип дії

Для виміру неелектричних величин застосовується і частотний метод, при якому вимірювана величина перетвориться в перемінну напругу, частота якого залежить від цієї величини. Перевагою частотного методу виміру є те, що в процесі передачі і подальшої обробки частотного вихідного сигналу не виникає додаткова похибка. Дійсно, якщо вихідним сигналом датчика є напруга, то при передачі такого сигналу на відстань відбувається спадання напруги на проводах лінії зв'язку.

Якщо вихідним сигналом датчика є, наприклад, опір, то до нього додається опір проводів лінії зв'язку. А в частотному методі виміру наявність опору проводів лінії зв'язку і внутрішнього опору вимірювального приладу не змінюють частоту сигналу.

Ще одною перевагою частотного сигналу є зручність перетворення його в цифровий код. Це особливо важливо в зв'язку з розвитком останнім часом цифрових вимірювальних приладів і застосуванням в автоматиці цифрових обчислювальних машин.

Найбільший розвиток для перетворення неелектричних величин у частоту одержали струнні датчики. Принцип дії струнного датчика заснований на залежності власної частоти коливань натягнутої струни довжиною l і масою m від сили натягу F:

Струнні датчики використовуються в приладах для виміру сили, тиску, витрати, температури й ін. При впливі на струну вимірюваною силою струна практично не розтягується, тому первинний перетворювач (наприклад, мембрана в датчику тиску) працює, майже не деформуючи. Це обставина істотна знижує погрішність виміру через механічний гістерезис і пружну післядію матеріалу первинного перетворювача.

Струнний датчик (мал. 62) складається зі струни 1, збудника 2 і приймачі 3. Одним кінцем струна жорстко закріплена, а іншим кінцем з'єднана з первинним перетворювачем, наприклад мембраною 4 на мал.62.

При зміні тиску Р змінюється сила натягу струни. За допомогою збудника 2, яким може бути електромагніт, струна виводиться зі стану рівноваги і починає коливатися з частотою f, обумовленої тиском Р. Приймач 3 перетворить переміщення струни з частотою f в електричний сигнал такої ж частоти. Як приймач 3 може використовуватися індуктивний, ємнісний чи будь-який інший датчик.

мал.62

На практиці найчастіше застосовують електромагнітний датчик. Справа в тім, що він може поперемінно виконувати функції то збудника, то приймача. Коли на його обмотку подається напруга, то він створює електромагнітну силу притягання струни і збуджує її коливання. А коли струна вже коливається, то з цієї ж обмотки знімається перемінна напруга, частота якої дорівнює частоті коливань струни.

Струнні датчики використовуються в двох режимах: автогенераторному і в режимі роботи з запиту.

У першому випадку струна постійно коливається, а в другому - працює в більш легких умовах, термін служби її збільшується і датчик виходить трохи простішим.

12.2 Будова струнних датчиків

Для забезпечення необхідної точності, чутливості і надійності струнних датчиків необхідно вибрати відповідний матеріал струни. Цей вибір визначається як умовами застосування датчика, так і способом порушення коливань струни. До матеріалу струни пред'являються наступні вимоги: висока міцність при вібраційних навантаженнях, визначене значення температурного коефіцієнта лінійного розширення (або мале, або рівне цьому ж коефіцієнту конструкційного матеріалу датчика), незалежність пружних властивостей від часу і температури.

Можливе застосування як феромагнітних, так і неферомагнітних матеріалів струни. При використанні феромагнітної струни застосовуються електромагнітні збудники коливань.

Під дією струму, що протікає по обмотці нерухомого електромагніта, до струни прикладається сила притягання, що виводить її зі стану спокою. При використанні неферомагнітної струни застосовуються магнітоелектричні збудники коливань.

При пропусканні через струну струму вона піддається силі притягання (чи відштовхування) до полюсів постійного магніту.

Найбільше поширення в струнних датчиках з електромагнітним порушенням одержали сталеві струни з круглого рояльного дроту діаметром 0,1-0,3 мм. При довжині в 40-60 мм у таких струнах збуджуються коливання з частотою 700-2000 Гц.

Останнім часом використовуються більш гнучкі і більш надійному по кріпленню сталеві стрічки товщиною 0,08-0,1 мм і шириною 1-2 мм. Частота коливань сталевої стрічки досягає 3 кгц і вище. Сталеві струни і стрічки працюють у режимі заданої довжини. У цьому режимі струна кріпиться до відносно більш масивного пружного первинного перетворювача, виготовленому також зі сталі. Однаковий температурний коефіцієнт лінійного розширення матеріалу струни і матеріалу конструкції датчика дозволяє зменшити температурну погрішність.

У режимі заданої довжини струна дуже чуттєва до нестабільності кріплення, а при використанні неферомагнітних струн звичайно потрібно ізолювати хоча б один з кінців струни, що погіршує механічну стабільність кріплення. Тому неферомагнітні струни звичайно використовують у режимі заданої сили. Як матеріал застосовують берилієву бронзу, вольфрамові сплави, а також спеціальний залізокобальтовий сплав.

Струни з вольфрамових сплавів бувають як круглими, так і стрічковими.

Інші матеріали звичайно використовують у виді стрічок.

При виборі розмірів струни виходять з наступних суперечливих вимог. При малій довжині зменшуються габарити датчиків, підвищуються чутливість і вібростійкість. Однак при цьому збільшується похибка через недосконалість кріплення і впливу власної твердості струни. Для забезпечення малої погрішності від власної твердості варто прагнути до виконання умови l/d > 300ч500, де l - довжина струни, d - діаметр круглої чи товщина стрічкової струни. Звичайно не рекомендується вибирати довжину струни менш 20 мм. Перетин струни вибирається по необхідній межі зміни натягу і доцільній механічній напрузі в струні. Наприклад, для бронзи рекомендується вибирати напруга не більш 0,5 % від модуля пружності.

Конструкція і матеріал кріплення струни відіграють першорядну роль для забезпечення стабільності струнного датчика. При малих механічних напругах (до 200 Н/мм2) більш гарні результати дають способи кріплення, показані на мал.63.

Кріплення за допомогою гвинта (мал. 63, а) приводить до значного зминання струни і погіршенню стабільності. Більш гарні результати дає кріплення в щілині (мал.63, б). Стрічкові струни закріплюють між двома добре обробленими і підігнаними рівнобіжними площинами (мал.63, в). Таким же способом можна кріпити і круглі струни.

За допомогою струнних датчиків можливо автоматичний вимір сили, тиску, переміщення, прискорення, температури й інших неелектричних величин. На базі струнних датчиків створені також цифрові електровимірювальні прилади постійного і змінного струму. Діапазон зміни вихідного сигналу - частоти- складає 300-500 Гц. Для виключення перешкод промислової частоти прагнуть збільшити мінімальне значення частоти.

Висока частота полегшує і перетворення її в цифровий код.

Наприклад, для одержання похибки дискретності рахунка, не перевищуючої 0,1%, при частоті в 1000 Гц досить робити рахунок імпульсів вихідного сигналу датчика протягом 1 с.

Найбільше поширення одержали струнні тензометри. Розглянемо схему виміру за допомогою струнного тензометра (мал.64).

У корпусі 1 закріплена струна 2, початковий натяг якої може встановлюватися за допомогою регулювального гвинта 3. Коливання струни збуджуються за допомогою електромагніта 4. Вихідний сигнал приймача 5, у якості якого використовується, наприклад, електромагнітний трансформаторний датчик, виміряється частотоміром.

У струнних тензометрах застосовуються струни довжиною 20-200 мм із початковою механічною напругою 300-400 Н/мм2 і максимальним до 800 Н/мм2.

13. ДАТЧИКИ ХОЛА І МАГНІТООПОРИ

13.1 Фізичні основи ефекту Хола й ефекту магнітоопору

Ефект Хола - це фізичне явище, що полягає в наступному. Розглянемо пластинку (мал. 4) із провідного матеріалу, уздовж якого проходить струм І. Якщо перпендикулярно площини пластинки і напрямку струму діє магнітне поле напруженістю Н, то в пластині виникає ЕРС, пропорційна і струму, і напруженості магнітного поля:

Е = К·І·Н

де К= k_x/ d - коефіцієнт, що залежить від матеріалу і товщини пластини d; k_x - постійна Хола.

Напрямок цієї ЕРС, що називається ЕРС Хола, перпендикулярно струму і полю, тобто її можна заміряти між бічними поздовжніми гранями пластини (мал.65) за допомогою електровимірювального приладу.

Причина появи ЕРС Хола в тім, що на заряди, що рухаються, у магнітному полі діє сила Лоренца. Струм у пластині - це і є упорядкований рух зарядів (у металі - електронів). Під дією магнітного поля вони зміщаються перпендикулярно напрямку свого руху і поблизу однієї подовжньої грані виникає надлишок зарядів, а поблизу іншої - недолік. У звичайних провідникових матеріалах ЕРС Хола дуже мала, що порозумівається малою швидкістю (точніше - рухливістю) носіїв струму через їхню велику концентрацію.

мал. 65

Хоча ефект Холу відомий уже більш ста років, практичне застосування його почалося лише в підсумку розвитку технології одержання напівпровідників. Саме в чистих напівпровідниках забезпечується висока рухливість носіїв струму, тому постійна Хола для чистих напівпровідників у багато разів більше, ніж для металів.

Ефект магнітоопору - це інше фізичне явище, що полягає в зміні опору провідних тіл у магнітному полі. Порозумівається це тим, що в присутності магнітного поля на носії струму діє сила Лоренца, що змінює траєкторію їхнього руху. Якби не було магнітного поля, то під дією прикладеного до провідного тілу напруги носії струму переміщалися б по найкоротшому напрямку. Зміна траєкторії під дією магнітного поля завжди подовжує шлях носіїв струму, що виявляється як збільшення опору.

У сильних поперечних магнітних полях деякі речовини можуть мати відносне збільшення опору б =ДR/R у десятки разів. Найчастіше величина б зв'язана з напруженістю магнітного полюя Н квадратичною залежністю

б=k_RH²

де k - коефіцієнт, що залежить від матеріалу і розмірів.

Ефекти Хола і магнітоопору використовуються в датчиках, за допомогою яких можуть бути вимірювані різні електричні і магнітні величини. Крім того, вони можуть використовуватися для математичної обробки електричних сигналів: додавання, множення, розподілу, зведення в квадрат і знаходження кореня; для різних перетворень електричних сигналів.

13.2 Матеріали для датчиків Хола і датчиків магнітоопорів

Використання датчиків Холу для цілей автоматичного виміру буде раціональним у тому випадку, якщо вони мають досить високу чутливість і мало піддані впливу температури.

Чутливість датчика залежить від вихідної ЕРС, тобто від постійної Хола, що, у свою чергу, визначається рухливістю носіїв струму. У провідних тілах носіями струму є електрони. При звичайних температурах електрони знаходяться в хаотичному тепловому русі з усілякими швидкостями.

Однак якщо уздовж тіла створити електричне поле Е, приклавши напругу U, то всі електрони почнуть пересуватися в напрямку поля з деякою середньою швидкістю v (при цьому окремі електрони можуть мати як більшу, так і меншу швидкості). Рухливість носіїв струму (м) визначається як відношення швидкості v до напруженості електричного поля Е:

м= х/E

Рухливість залежить від того, як часто електрон при своєму русі зіштовхується з ґратами твердого тіла. Слід особливо зазначити, що велике значення ЕРС Холу ще не означає, що в цій речовині великий ефект Холу і воно годиться для технічних застосувань. Велике значення ЕРС може бути отримане за рахунок великої напруги U, тобто великих витрат електричної енергії.

У той же час в іншому матеріалі така ж ЕРС Холу і ті ж швидкості носіїв струму можуть бути отримані при меншій напрузі тільки за рахунок більшої рухливості. Такий матеріал вигідніше для застосування в датчику Холу.

Коротше кажучи, основною вимогою, пропонованим до матеріалів для датчиків, є сполучення великої рухливості носіїв струму з мінімальними температурними залежностями.

У залежності від технології виготовлення розрізняють кристалічні (у формі пластинки) і плівкові датчики.

Як матеріал кристалічних датчиків використовуються різні з'єднання індію: мишяковистий індій ІnAs, фосфід індію ІnР, сурм'янистий індій ІnSb, а також германій Ge і кремній Sі.

Найбільше значення постійної Холу в матеріалу ІnSb, але воно сильно залежить від температури. Для германія постійна Холу в десятки разів менше, але він має значно більший питомий опір. З германія можна робити датчики з опором у кілька кілоом. Ще великим питомим опором володіє кремній, але його важче очистити від домішок. Високий ступінь очищення напівпровідникових матеріалів одержують при плавці в космічних лабораторіях.

Для розміщення у вузьких зазорах дуже зручні плівкові датчики Холу. Для їхнього виготовлення використовується метод випару у вакуумі вихідної речовини з наступним осадженням на підкладку зі слюди. Товщина плівкових датчиків складає 10-30 мкм, що в сотні разів менше, ніж у кристалічних датчиків.

Матеріалом для плівкових датчиків служать з'єднання ртуті: селенід ртуті HgSe і теллурид ртуті HgTe. Чим тонше плівка, тим менше постійна Холу. По своїх можливостях застосування в системах автоматики плівкові датчики приблизно рівноцінні з германиевими і навіть краще по температурній стабільності. Але вони дуже дорогі. В даний час проводяться дослідження нових матеріалів, придатних для використання в датчиках Холу і магнитоопору.

13.3 Застосування датчиків Хола і датчиків магнітоопору

Основне застосування датчики Хола і датчики магнітоопору знаходять для виміру магнітних полів. Вони застосовуються в дуже широкому діапазоні напруженості магнітного поля: від 1 до 10⁹ А/м. З їхньою допомогою можна визначати криві намагнічування магнітних матеріалів, розподіл магнітних полів в електричних машинах і електромагнітних пристроях. При вимірах у сильних магнітних полях (Н > 10⁷ А/м) ЕРС Холу складає десяті частки вольтів і може бути вимірювана вольтметром з великим внутрішнім чи опором за допомогою компенсаційної схеми.

Регулювання чутливості виробляється зміною напруги, що живить датчик. Для збільшення вихідного сигналу використовують послідовне з'єднання декількох датчиків Хола. При вимірах у середніх магнітних полях (10³ А/м < Н< 10⁷ А/м) потрібно посилення вихідної напруги датчика. При вимірах у слабких магнітних полях ( Н <10⁵ А/м) використовують так називані концентратори магнітного полюя. У якості таких концентраторів використовують круглі довгі стрижні з вузьким зазором між ними, куди і міститься датчик. Стрижні виготовляють з матеріалів з високою магнітною проникністю найчастіше з пермаллоя. При довжині стрижнів у 1 метр, діаметрі 5 мм і зазорі в 0,3 мм можна одержати коефіцієнт підсилення магнітного поля в 1500 разів. Датчики Холу з концентраторами магнітного поля здатні відчувати напруженість магнітного полю в 0,1 А/м. З їхньою допомогою можна досліджувати навіть дуже слабке магнітне поле Землі. Однак треба відзначити, що виміру середніх і слабких магнітних полів за допомогою датчиків Холу поки доцільні лише в лабораторних, а не промислових умовах.

У середнім і слабкому магнітному полях датчики Холу дуже чуттєві до коливань температури і мають потребу в стабільному живленні і складних вимірювальних схемах. Наприклад, термо-е.р.с. між матеріалом датчика і його виводів порівнянна з вихідним сигналом.

Та й при вимірах у сильних магнітних полях використовують схеми термокомпенсації погрішності за допомогою терморезисторів, а часом навіть і термостатирувння, тобто виміри проводять у камері, де автоматично підтримується постійна температура.

Власне кажучи, датчик Холу є елементарним пристроєм, що множить, оскільки його вихідний сигнал пропорційний добутку напруженості на струм. На цьому, по суті, і засновані всі можливі застосування датчика Холу. При постійному струмі через датчик вихідний сигнал пропорційний напруженості магнітного полюя. А помістивши датчик у постійне магнітне поле можна вимірювати струм, що проходить через нього, за значенням ЕРС Хола. Це єдиний спосіб визначення розподілу струмів в електролітичних ваннах.

Датчики магнітоопору також спочатку використовувалися для виміру магнітних полів, але потім були витиснуті більш досконалими датчиками Хола на нових напівпровідникових матеріалах.

Однак датчики магнітоопору по будові простіше датчиків Хола. Найкращою формою для датчика магнітоопору є диск з одним виводом у центрі й іншим - на окружності. Основним достоїнством датчика магнітоопору є можливість безконтактної зміни активного опору. Одним з можливих застосувань датчиків магнітоопору є створення безконтактних клавішних вимикачів. При натисканні на кнопку такого вимикача переміщається магніт і змінюється магнітний потік, що впливає на датчик магнітоопору.

Відомі також застосування датчиків Холу і магнітоопору в системах автоматики як вимірники струму в струмоведучих шинах, безконтактних потенціометрів для перетворення механічного переміщення (лінійного чи кутового) у пропорційний електричний сигнал. Зручно застосовувати датчики Холу в автоматичних пристроях, що контролюють стан сталевих канатів.

Поки ще датчики Холу і датчики магнітоопору порівняно мало застосовуються в системах промислової автоматики. Але бурхливий розвиток напівпровідникової технології веде до розширення їхнього застосування.

Слід зазначити, що останнім часом до таких датчиків додалися ще і близькі за принципом дії магнитодіодні і гальваномагнітно-рекомбінаційні перетворювачі.

ЛІТЕРАТУРА

1. Теорія автоматичного керування М.Г.Попович О.В.Ковальчук Київ "Либідь" 2007

2. Анхимюк В.Л.Теория автоматического управления.2010.

3. Бесекерский В.А.Теория систем автоматического управления.2003.

4. Буль Б.К. - Электромеханические аппараты автоматики (2008).

5. Воронов А.А. Основы теории автоматического регулирования и управления.2007.

6. Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение.2009.

7. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления.2002.

8. Колосов С.П. Элементы автоматики.1970.

9. Олссон Г. Цифровые системы автоматизации и управления.2001.

10. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы.1986.

11. Тюкин В.Н. Теория управления.2010.Ч1.

12. Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики.1985.

13. Электронная техника в автоматике. Под ред.Ю.И.Конева.1986.

Размещено на Allbest.ru