Электронные приборы и устройства Источники питания электронных устройств

Резистивные измерительные преобразователи. Резистивные преобразователи представляют собой разновидность параметрических преобразователей, которые под воздействием измеряемой величины изменяют собственное электрическое сопротивление или сопротивление участка цепи. К числу резистивных преобразователей, кроме терморезисторов и фоторезисторов, рассмотренных раньше, относятся контактные, реостатные и тензорезисторы.

 Измерительные преобразователи, в которых измеряемая величина преобразуется в одно из двух состояний контактов (замкнутое или разомкнутое), называют контактными. Эти преобразователи под воздействием измеряемой величины коммутируют всю измерительную цепь прибора или ее часть. В простейшем случае контактный преобразователь представляет собой пару контактов, изменяющую свое состояние на противоположное при воздействии измеряемой величины. Для предохранения контактов от внешних воздействий (влажности, пыли и т.п.) их помещают в герметизированный стеклянный корпус (герконы). Изготовляют контакты из пермаллоя с покрытием контактирующих участков палладием, родием, серебром, золотом или их сплавами.

 Реостатные преобразователи представляют собой переменный резистор, подвижный контакт которого перемещается под воздействием измеряемой величины. Входным воздействием реостатного преобразователя могут быть линейное или угловое перемещение, а выходным сигналом – пропорциональное изменение электрического сопротивления.

 Реостатные преобразователи выполняют в виде провода, намотанного на каркасе из изоляционного материала, или в виде реохорда. Для этого используют провода из манганина, константана, нихрома, фехраля, а в некоторых случаях – из сплавов платины с иридием, палладием или рутением. Для изоляции витков преобразователя друг от друга провод покрывают эмалью или слоем окислов. Каркасы преобразователей изготовляют из текстолита, стеклотекстолита или иных термостойких изоляционных материалов.

 Функция преобразования реостатного преобразователя представляет собой зависимость выходного напряжения, вызванного изменением его сопротивления, от входного воздействия. Характер этой функции определяется соотношением перемещения подвижного контакта преобразователя и соответствующим изменением его сопротивления.

 Применяют реостатные преобразователи в приборах для измерения линейных и угловых перемещений, уровней жидкостей и др.

 Действие тензорезисторов основано на известном явлении тензоэффекта – свойстве металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при механической деформации. При этом считается, что сопротивление проводника (при неизменном объеме) зависит от его длины

 , (21.2)

где  – удельное сопротивление материала проводника;   – его длина;
 – площадь поперечного сечения.

 Таким образом, при механической деформации проводника изменение его электрического сопротивления вызывается изменением удельного сопротивления , его длины  или площади поперечного сечения .

 Для изготовления тензорезисторов используют константан, нихром и висмут. Большое распространение получили полупроводниковые материалы – кремний и его окислы. У полупроводниковых тензорезисторов в отличие от металлических чувствительность в несколько сотен раз выше. К тому же кремний имеет невысокий температурный коэффициент сопротивления.

Рис. 21.2

 Конструктивно тензорезисторы выполняют из металлической проволоки, фольги (рис. 21.2) или полупроводникового материала, наклеенных на тонкую бумагу или пленку лака. К концам тензочувствительного элемента припаивают (или приваривают) соединительные проводники из медной проволоки.

 Для применения тензорезисторы крепят на исследуемый объект при помощи различных клеев или лаков. Изменение сопротивления наклеенного тензорезистора, вызванное его деформацией совместно с поверхностью исследуемого объекта, обычно не превышает долей ома. Для измерения таких сопротивлений тензорезисторы, как правило, включают в мостовые схемы.

 Несмотря на то, что тензорезисторы сложно крепить на измеряемом объекте и практически невозможно использовать многократно, они просты, малоинерционны и имеют линейную функцию преобразования. Применяют тензорезисторы в приборах для измерения механических параметров сельскохозяйственных машин и оборудования.

 Электростатические измерительные преобразователи. Действие электростатических преобразователей основано на изменении параметров электрического поля под воздействием измеряемой величины. В простейшем случае электростатический преобразователь представляет собой конденсатор, параметры которого изменяются под воздействием измеряемой величины за счет изменения расстояния между двумя или более электродами, диэлектрической проницаемости или площади электродов. Если для изготовления преобразователя применяют полупроводниковые материалы, то роль электродов в них выполняют р-n -переходы, емкость между которыми зависит от обратного напряжения.

 Основной электрический параметр электростатического преобразователя – емкость – зависит от его конструкции. Известно, что емкость плоского конденсатора рассчитывают по формуле

 , (21.3)

где – диэлектрическая постоянная;  – относительная диэлектрическая проницаемость;  – площадь электродов;   – расстояние между электродами.

 Наряду с плоскими, большое распространение получили преобразователи в виде цилиндрических конденсаторов.

 Приборы для измерения неэлектрических величин с электростатическими преобразователями представляют собой в основном мосты переменного тока. Лучшими метрологическими свойствами обладают приборы, в которых для измерения емкости преобразователей применяют резонансные цепи.

 Гальваномагнитные измерительные преобразователи. Принцип действия гальваномагнитных преобразователей основан на явлениях, возникающих под действием магнитного поля в проводниках и полупроводниках с током. Из гальваномагнитных преобразователей наибольшее распространение получили элементы Холла.

     В параллельных ветвях действуют одинаковые ЭДС, направленные встречно друг другу. При подключении к якорной обмотке сопротивления в параллельных ветвях возникают одинаковые токи , через сопротивление RH протекает ток IЯ.

ЭДС якорной обмотки пропорциональна частоте вращения якоря n2 и магнитному потоку индуктора Ф

                              (11.1)

      где Се - константа.
      В реальных электрических машинах постоянного тока используется специальное контактное устройство - коллектор. Коллектор устанавливается на одном валу с сердечником якоря и состоит из отдельных изолированных друг от друга и от вала якоря медных пластин. Каждая из пластин соединена с одним или несколькими проводниками якорной обмотки. На коллектор накладываются неподвижные контактные щетки. С помощью контактных щеток вращающаяся якорная обмотка соединяется с сетью постоянного тока или с нагрузкой.


Расчет неразветвленных магнитных цепей