Чувствительный элемент что это
Перейти к содержимому

Чувствительный элемент что это

  • автор:

Чувствительные элементы

Чувствительный элемент (ЧЭ) является первым звеном регулятора и предназначен для измерения входной величины. От ЧЭ требуется определение не только знака отклонения, но и его величины. Поэтому ЧЭ называют измерительным элементом или первичным преобразователем, так как измерение регулируемой величины всегда сопровождается изменением ее физической природы. Наиболее распространенными входными величинами в САУ ГТД являются давление и обороты. Для давлений измерительный элемент удачно компонуется с задатчиком командного давления. В этом случае такой объединенный узел называется элементом сравнения.

К ЧЭ предъявляются жесткие требования. Прежде всего они должны производить измерения с требуемой точностью, т.е. должны обладать требуемой чувствительностью, под которой понимают отношение в размерной форме, или отношение в безразмерной форме, где — отклонения выходной и входной величин, а , — базовые значения тех же величин.

Кроме того ЧЭ должен на выходе обеспечивать достаточно большие усилия при минимальной инертности. Уплотняющие элементы не должны создавать большого трения покоя. Характеристика связи выходной и входной величин по возможности должна быть линейной. ЧЭ должны быть надежны и стойки к внешним воздействиям.

Классификация ЧЭ обычно производится по виду измеряемой величины. Рассмотрим основные типы чувствительных элементов.

Элементы для измерения давления. Конструктивные типы ЧЭ для измерения давления довольно разнообразны. Однако для пневмогидравлических регуляторов наибольшее распространение получили сильфонные и мембранные измерители. В табл. №1 приведены основные измерители давления и их динамические характеристики.

Мембранный чувствительный элемент преимущественно применяется в регуляторах с усилителями вследствие того, что имеет малую величину перемещений. Необходимые перестановочные усилия обеспечиваются выбором площади мембраны. Для увенличения перемещений и чувствительности мембраны выполняются с кольцевыми гофрами. Для увеличения стойкости к перегрузкам опорные поверхности профилируют по упругой линии мембраны с таким расчетом, чтобы под действием перегрузочных давлений материал мембраны не вытягивался в местах, близких к заделке.

Таблица №1 Чувствительные и сравнивающие элементы для измерения давления

Применяют и обратный прием, профилируя по толщине мембрану так, что при заданном максимальном перемещении упругая линия мембраны принимает заранее заданную форму, по которой выполняются ее ложементы. При таких условиях мембранные элементы имеют нелинейную статическую характеристику. Линейный участок характеристики обеспечивается лишь величиной хода мембраны, но усилие перемещения определяет только центральная часть мембраны, площадь которой называют эффективной площадью мембраны. Принимается, что для гладких мембран эффективная площадь составляет 1/3 от всей площади мембраны. Для увеличения силы перемещения мембраны ее центральную часть обычно выполняют жесткой. Рекомендуется, чтобы диаметр жесткого центра не превышал 80% от полного диаметра мембраны.

Мембранный чувствительный элемент также легко компонуется в узел сравнения.

Сильфонные элементы часто применяются в регуляторах прямого действия, т.е. в регуляторах, не содержащих усилителя. Они обеспечивают необходимые перемещения и большие перестановочные усилия на исполнительных органах, пропорциональные площади днища сильфона; обладают высокой чувствительностью, которая определяется тольщиной стенки и числом гофров сильфона; имеют линейную статическую характеристику связи выходной величины (перемещение штока) с входной (измеряемое давление). Армированный сильфон хорошо противостоит перегрузкам от сил давления. Наконец, сильфонный элемент легко компонуется с задатчиком командного воздействия в узел сравнения.

Витая манометрическая трубка как чувствительный элемент давления может применяться в регуляторах, если необходимо иметь выходной сигнал в виде углового поворота. Чаще всего эти трубки используются в реостатных датчиках давления.

Индуктивные, емкостные и пъезоэлектрические датчики применяются в специальных регуляторах, требующих на выходе электрический сигнал. Приемником давления этих датчиков является мембрана, которая обеспечивает перемещение на величину, не превосходящую ее толщины.

Элементы для измерения оборотов роторов. Элементы данного типа применяются в САР оборотов двигателей. Различают три вида измерителей – центробежные маятниковые или просто центробежные, гидроцентробежные и электрические чувствительные элементы. Наибольшее распространение на отечественных ТРД получили центробежные маятниковые чувствительные элементы. Принципиальная схема такого элемента приведена на рисунке 3.9. Входная координата для него n – обороты ротора, а выходная – перемещение муфты z.

Он состоит из шарнирно подвешенных грузиков, муфты и пружины. Грузики приводятся вро вращение с помощью валика, кинематически связанного с ротором двигателя. Возникающие при этом центробежные силы нагружают шток с помощью качающихся штифтов осевой силой. С противоположной стороны шток нагружен силой, действующей со стороны пружины. Величина этой силы зависит от положения муфты механизма настройки и положения золотника. Перемещением муфты изменяют силу предварительной затяжки пружины с целью настройки ЧЭ на заданное число оборотов .

Рис. 3.9. Принципиальная схема центробежного маятникового

Передаточная функция такого ЧЭ имеет вид

где с –частота вращения, λ – коэффициент пропорциональности, учитываемый в силе инерции, В – коэффициент жесткости пружины, β – константа демпфирования колебаний.

Таким образом, центробежный ЧЭ удачно компонуется с задатчиком в измерительный узел числа оборотов.

Для обеспечения точности регулирования числа оборотов, прежде всего должна быть обеспечена высокая точность замера регулируемого параметра, т.е. высокая чувствительность центробежного элемента. Причиной нечувствительности измерительного элемента, как уже отмечалось, являются силы сухого трения, возникающие в механизме ЧЭ (на осях подшипников в паре шток–муфта и др.), которые препятствуют осевому смещению штока при изменении центробежной силы грузиков или силы пружины настройки.

Наличие даже небольших по величине (в несколько десятков грамм) сил сухого трения приводит к тому, что в некотором диапазоне отклонения шток не перемещается, т.е. центробежный ЧЭ не реагирует на изменение числа оборотов n до тех пор, пока приращение центробежной силы будет не меньше, чем сила сухого трения. Этот диапазон оборотов называют зоной нечувствительности.

Влияние сил сухого трения на малых оборотах сказывается значительно сильнее, чем на больших, т.е. с уменьшением числа оборотов зона нечувствительности увеличивается. Это обстоятельство является одной из причин ограничения диапазона автоматической работы регулятора числа оборотов.

Для уменьшения зоны нечувствительности предусматривают ряд конструктивных мероприятий, которые заключаются в следующем:

1. Грузики стараются приводить во вращение большим числом оборотов путем применения редукторов;

2. Оси центробежных грузиков устанавливаются в роторе с помощью шарикоподшипников;

3. Передача усилий от грузиков на золотник осуществляется через качающиеся опорные штифты, исключающие силы трения скольжения;

4. Материалы для изготовления элементов подбирают коррозионностойкие с малым коэффициентом трения.

Чувствительный элемент должен быть безынерционным, т.е. перемещение штока должно происходить вслед за изменением числа оборотов и с минимальным запаздыванием (не более 0,02…0,03 с.). Для этого массы грузиков и штока уменьшают до минимально возможной величины. Уменьшение массы компенсируется увеличением передаточного числа от коробки привода двигателей к регулятору. Уменьшение массовых характеристик центробежного ЧЭ положительно влияет на его устойчивость и характеристики демпфирования. В то же время это обстоятельство ограничивает использование центробежных измерителей в регуляторах прямого действия, требующих большого усилия непосредственного перемещения исполнительного органа. Поэтому центробежный ЧЭ используется в комбинации с усиливающим элементом, как правило гидравлическим.

При малых оборотах коэффициент чувствительности у центробежных ЧЭ мал. Поэтому даже большое отклонение частоты вращения ротора от заданного не приводит к существенному перемещению штока, что свидетельствует о снижении эффективности ЧЭ с уменьшением числа оборотов.

Перемещение штока нелинейно зависит от числа оборотов n, т.е. центробежный измеритель является нелинейным. Причем при малых оборотах статическая характеристика существенно нелинейны и линеаризуется с достаточной степенью точности лишь в малой области изменения n.

Гидроцентробежный чувствительный элемент (рис. 3.10) состоит из валика, кинематически связанного с ротором двигателя, крыльчатки 1, сильфона 2, пружины 3 и регулировочной муфты 4. К крыльчатке подводится рабочая жидкость (масло или топливо) под давлением . Давление в рабочей полости ЧЭ, создаваемое вращающейся крыльчаткой, передается на днище сильфона, связанного со штоком 5. В режиме стабилизации давление жидкости уравнивается силой, действующей со стороны пружины.

Изменение числа оборотов n приводит к изменению давления рабочей жидкости за крыльчаткой и перемещению штока 5. Настройка ЧЭ на заданное число оборотов как и для центробежного маятникового регулятора осуществляется посредством перемещения муфты 4.

Рисунок 3.10 – Схема гидроцентробежного чувствительного элемента

Гидроцентробежные ЧЭ могут применяться в регуляторах прямого действия, поскольку они могут обеспечивать необходимые перемещения и большие усилия на исполнительные органы.

Основным эксплуатационным недостатком гидроцентробежных измерителей является его чувствительность к плотности рабочей жидкости, влияющей на величину давления в рабочей полости. Причем плотность зависит как от сорта рабочей жидкости, так и от температуры. Последняя может изменяться в процессе работы двигателя.

Элементы для измерения расходов. Расход топлива для ГТД является прямым параметром при стабилизации оборотов. Определенные преимущества имеет выбор расхода в качестве косвенного параметра регулирования тяги. Однако практически все чувствительные элементы расхода обладают большой инертностью и не имеют прямого выхода с усилием, достаточным для перестановки регулирующих органов. Поэтому в автоматике ГТД расход измеряется косвенно – по давлению или перепаду давлений в магистрали подвода топлива к форсункам.

Дроссельные профилированные расходомеры (трубки Вентури) выходным сигналом имеют перепад давлений, который необходимо измерять дополнительными устройствами. Сам ЧЭ вносит дополнительное сопротивление в тракты топливоподачи. Статическая характеристика дроссельного расходомера – нелинейная (параболическая). В динамике дроссельный расходомер – ярко выраженное колебательное звено, а введение демпфирования в измерительный тракт приводит к потере быстродействия.

Таблица №2 Чувствительные элементы для измерения расхода

Ротаметрический расходомер, несмотря на прямой выход-перемещение, чрезвычайно чувствителен к продольным и боковым перегрузкам и различным шумовым помехам. Его применение возможно лишь в условиях стендовых испытаний.

Турбинный электромагнитный расходомер, принцип действия которого основан на замыкании магнитного поля многолопастным поворотным якорем (вертушкой), имеет выходной электрический сигнал в виде частоты замыкания магнитного поля.

Электромагнитный индукционный расходомер основан на эффекте индукции. При пересечении магнитных силовых линий электропроводящей жидкости в ней индуцируется электродвижущая сила, пропорциональная скорости движения жидкости. Несмотря на высокие динамические качества расходомер имеет два существенных недостатка – выходной сигнал слаб и реализуется только лишь токопроводящими жидкостями. Такими свойствами обладают не все жидкости, применяемые в автоматических системах.

Тепловой расходомер (термоанемометр) является высокочувствительным, но одновременно и инерционным измерителем. Высокая чувствительность с одновременной компенсацией инерционных свойств требует применения очень тонких проволочек (примерно 5мкм), что не обеспечивает необходимой прочности измерителя. Кроме того, для него необходима специальная измерительная аппаратура с большим коэффициентом усиления. Это приводит к понижению стабильности работы измерительного устройства. Тепловой расходомер применяется для измерения движения скорости газовых потоков.

Элементы для измерения температуры. Непосредственное измерение и регулирование температуры газа за газотурбиной в газогенераторах является одним из перспективных средств контроля и управления двигателями.

Термопары – наиболее широко распространенный тип измерителя температуры. Основным их недостатком является инерционность и слабый выходной сигнал. Однако сигнал одной термопары можно усилить последовательным включением нескольких термопар, а инертность – введением дифференцирующих корректирующих звеньев в цепи усиления сигнала.

Термометр сопротивления является достаточно точным регистратором низких температур потоков газа или жидкости, особенно с применением сетчатых сопротивлений, установленных поперек потока.

Тепловые реле как ограничители могут использоваться для управления температурой в пределах допустимых отклонений. В них применяются термоэлементы в виде биметаллических пластин.

Рассмотренные температурные датчики требуют для применения их в регуляторах специальных сравнивающих и задающих устройств.

Таблица №3 Чувствительные элементы для измерения температуры

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Чувствительный элемент

чувствительный элемент — Часть управляющего устройства, предназначенная для восприятия воздействующей величины, на которую реагирует чувствительное управляющее устройство. [ГОСТ IЕС 60730 1 2011] чувствительный элемент датчик — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю … Справочник технического переводчика

Чувствительный элемент — Преобразователь электромагнитного излучения в электрический сигнал реагирующий на электромагнитное излучение пламени в инфракрасном, видимом или ультрафиолетовом диапазоне длин волн, в соответствии со спектром электромагнитного излучения.… … Словарь черезвычайных ситуаций

Чувствительный элемент — 3.2 Чувствительный элемент Излучающий и приемный элементы извещателя. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

чувствительный элемент — jutiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Matavimo priemonės arba matavimo grandinės dalis, kurią tiesiogiai veikia matuojamasis dydis ir kuri kuria signalą, susijusį su matuojamojo dydžio verte. pavyzdys( iai) a)… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

чувствительный элемент — jutiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Matavimo priemonės jautrusis elementas, tiesiogiai reaguojantis į ieškomojo sando kiekį ar parametro vertę. atitikmenys: angl. detecting element; primary detector; primary… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

чувствительный элемент — jutiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Pirminis keitiklis (jautrusis elementas), kurio įėjime veikia matuojamasis dydis. atitikmenys: angl. detecting element; primary detector; primary measuring transducer; sensing… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

чувствительный элемент — воспринимающий орган; отрасл. чувствительный элемент; чувствительный орган входа; входной орган Часть реле, предназначенная непосредственно воспринимать внешние явления и производить в соответствии с ними изменения в других частях реле … Политехнический терминологический толковый словарь

чувствительный элемент — jautrusis elementas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. detecting element; sensing element; sensor vok. Fühlelement, n; Fühlglied, n; Meßfühler, m; Meßwertaufnehmer, m rus. чувствительный элемент, m pranc. élément sensible, m … Automatikos terminų žodynas

чувствительный элемент — jutiklis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. pickup; sensing element; sensor vok. Fühler, m; Geber, m; Meßfühler, m; Meßumformer, m; Meßwertüberträger, m; Sensor, m rus. датчик, m; чувствительный элемент, m pranc. capteur, m; senseur … Automatikos terminų žodynas

чувствительный элемент — jautrusis elementas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Matavimo priemonės elementas, kurį tiesiogiai veikia matuojamasis dydis. atitikmenys: angl. sensing element vok. Fühlelement, n; Heizkörper, m; Messfühler, m rus.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

чувствительный элемент — jutiklis statusas T sritis chemija apibrėžtis Matavimo prietaiso jautrusis elementas, tiesiogiai reaguojantis į ieškomojo komponento kiekį ar parametro vertę. atitikmenys: angl. detecting element; sensing element; sensor rus. сенсор;… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Чувствительные (измерительные или воспринимающие) элементы и датчики

Чувствительный элемент создает физическую величину, пропорциональную контролируемому параметру какого-либо процесса и удобную для последующего преобразования в электрический или пневматический сигнал. Чувствительный элемент, создающий унифицированный электрический или пневматический сигнал, называют датчиком. Датчики служат для введения в регулятор информации о регулируемой величине и внешних воздействиях.

В качестве воспринимающих элементов используются мембраны, сильфоны, трубчатые пружины, центробежные тахометры, терморезисторы и т.д.

По характеру выходной величины датчики бывают с механическим и электрическим выходом. В динамическом отношении датчики представляют собой пропорциональные или апериодические звенья. Датчики с упругими элементами являются колебательными звеньями. Датчики с неэлектрическим выходом, имеющие длинные линии связи, обладают чистым запаздыванием.

Наибольшее распространение получили следующие датчики и чувствительные элементы

1. Датчики сопротивления. Преобразуют усилие, деформацию, механическое перемещение или угол поворота в изменение величины электрического сопротивления. Различают датчики сопротивления: реостатные (потенциометрические), тензометрические и угольные (контактные). В реостатных датчиках при перемещении подвижного контакта изменяется сопротивление между крайними точками реостата и движком. Реостатные датчики бывают проволочные, пленочные и жидкостные.

Тензодатчики преобразуют деформацию твердых тел в изменение сопротивления. Они бывают проволочные и фольговые. Устройства, в которых воспринимающим элементом служит полупроводниковое сопротивление, изготовленное из смеси угольного порошка, графита или сажи с бакелитовым лаком, называют тензолитовыми датчиками (тензолитами).

Контактными датчиками называют те, у которых выходное сопротивление изменяется под воздействием приложенной силы, в результате изменения переходного сопротивления между графитовыми шайбами, образующими угольный столб. В динамическом отношении датчики сопротивления представляют собой пропорциональные звенья.

2. Индуктивные датчики. Их принцип действия основан на изменении индуктивности или взаимоиндуктивности обмотки с сердечником в зависимости от величины магнитного сопротивления магнитопровода датчика, определяемой изменением входной величины (линейного или углового перемещения, усилия). Различают индуктивные датчики с переменной шириной зазора, с переменной площадью зазора, соленоидные, трансформаторные, магнитоупругие. В динамическом отношении датчики эквивалентны пропорциональным звеньям.

3. Емкостные датчики. Являются преобразователями неэлектри-ческих величин (усилия, перемещения, уровня жидкости, влажности, состава и т.п.) в изменение электрической емкости. Они практически безынерционны.

4. Радиационные датчики. В основу их работы положено воздействие входной величины на интенсивность потока лучистой энергии (обычно -, -, — лучей). Радиационный датчик состоит из излучателя, в котором находится радиоактивное вещество (кобольт, таллий, стронций и др.), и приемника. Приемником служит ионизационная камера, счетчик Гейгера-Мюллера или сцинтилляционный счетчик. Радиационные датчики наиболее широко используются при контроле толщины материала и его плотности.

5. Измерители светового потока. Преобразуют световой поток в электрический сигнал. Для этой цели используются оптико-электрические преобразователи. Различают преобразователи: с внешним фотоэффектом (фотоэлементы), с внутренним фотоэффектом (фоторезисторы) и вентильные, с p-n переходом (фотодиоды). В динамическом отношении фоторезисторы и фотодиоды представляют собой апериодические звенья.

6. Измерители давления. В САР используются устройства: механические (мембраны, сильфоны, трубчатые пружины, колокола, поршневые устройства); электрические (тензодатчики, тензолиты, датчики контактного сопротивления, пьезорезисторы) и магнитные (магнитоупругие). В динамическом отношении эти датчики являются в основном пропорциональными или апериодическими звеньями.

7. Измерители уровня жидкостей. Широко применяются поплав-ковые воспринимающие элементы постоянного и переменного погружения. Поплавковые измерители уровня в динамическом отношении эквивалентны колебательным звеньям. Применяются также измерители уровня: грузовые, гидростатические, манометрические мембранные и с пневматической трубкой, электролитические.

8. Измерители расхода жидкости и газов. Измеряют расход в массовых и объёмных единицах. Объёмный расход измеряют по величине переменного перепада давления до и после суживающего устройства с постоянной площадью или, при постоянном перепаде давлений, по величине площади суживающего устройства. Объёмный расход жидкости определяют и по скорости её движения с помощью трубки скоростного напора (трубки Пито). Для измерения расхода электропроводящих жидкостей применяют электромагнитные (индукционные) измерители расхода. Измерители расхода переменного перепада и индукционные в динамическом отношении представляют собой пропорциональные звенья, а измерители постоянного перепада — колебательные звенья.

9. Измерители момента вращения. В условиях непрерывного вращения валов измерения проводятся по методу последовательного преобразования: момент вращения в усилие или в угол поворота (первичное преобразование), а затем – в электрический сигнал (вторичное преобразование) с помощью индуктивных, емкостных и других датчиков.

10. Измерители углов поворота и рассогласования. Наряду с дат-чиками сопротивления, индуктивности и емкости используются различные электромашинные устройства – сельсины, магнесины, поворотные трансформаторы. Сельсины работают в паре: сельсин — датчик, связанный с входным валом, и сельсин – приемник, соединенный с выходным валом. Электромашинные измерители угла поворота считаются пропорциональными звеньями.

11. Измерители угловой скорости. Используются механические (центробежные тахометры, гироскопы), гидравлические, индукционные, частотные (оптические, радиационные), электрические и электромашинные устройства (тахогенераторы постоянного и переменного тока). В динамическом отношении измерители угловой скорости являются колебательными или апериодическими звеньями.

12. Измерители линейной скорости. Используются гидравлические элементы вязкого трения, частотные (оптические) измерители и датчики сопротивления с дифференцирующими звеньями.

13. Измерители ускорения. Используются механические (сейсми-ческого типа), гидравлические, электрические и электромашинные устройства с элементами, осуществляющими двойное дифференцирование величины, линейного или углового перемещения.

14. Измерители температуры. Работа измерителей температуры может быть основана на явлениях: теплового расширения твердых тел, жидкостей или газов (биметаллические, дилатометрические, манометрические измерители); изменения сопротивления проводников и полупроводников от температуры (термометры сопротивления); термо-Э.Д.С, возникающей в двух разнородных проводниках при наличии разности температур в точках их соединения (термопары). В динамическом отношении измерители температуры представляют собой звенья второго порядка или два последовательно соединенных звена: апериодического и запаздывания (постоянные времени термопар в оболочке от 15 до 600 сек).

Чувствительный элемент

элемент измерительной системы, на который непосредственно воздействует явление, тело или вещество, являющееся носителем величины, подлежащей измерению.

  • Telegram
  • Whatsapp
  • Вконтакте
  • Одноклассники
  • Email

Научные статьи на тему «Чувствительный элемент»

Измерительные преобразователи давления

В деформационных преобразователя деформационные перемещения чувствительного элемента, которыми могут.
В электрических датчиках измеряемое давление, посредством оказания воздействия на чувствительный элемент.
подвижного электрода-мембраны относительно неподвижного изменяет емкость чувствительного элемента).
Данный элемент является одним из самых важных.
элемента с атмосферным давлением.

Оптимизация чувствительных элементов акселерометров

В статье рассмотрены постановка задачи на конструкторскую оптимизацию чувствительных элементов акселерометров. Приводится методика оптимизации и представлены результаты решений, пригодные для инженерного проектирования акселерометров.

ИК-датчик движения

Внутри датчика, в большинстве случаев, находятся два чувствительных элемента, которые измеряют поток.
Перед каждым из чувствительных элементов датчика устанавливается линза Френеля, которая фокусирует на.
на свой чувствительный элемент.
В большинстве случаев в качестве чувствительного элемента используется пьезоэлектрический чувствительный.
элемент.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *