Датчики толщины и уровня

Измерять толщину материала приходится практически везде: и при производстве любых изделий, и при контроле их качества, и при проведении разнообразных исследований и т.д. Существуют различные методы определения толщины: от оп­тических до ультразвуковых и рентгеновских. В этом разделе будут коротко рас­смотрены менее известные из них.

Датчики абляции

Абляция — это рассеяние тепла при расплавлении или удалении защитного слоя происходящее под действием высоких температур. Системы тепловой защиты (СТЗ), построенные на этом принципе, используются для предохранения внут­ренних конструкции и оборудования космических кораблей от перегрева во вре­мя спуска при входе в атмосферу Земли. Такие СТЗ основаны на химическом раз­ложении или фазовых переходах (или на том и другом вместе) определенных ве­ществ, т.е. на реакциях, проходящих с поглощением тепла при температурах ниже критических для защищаемых объектов. В этом случае попадающая на объект теп­ловая энергия направляется на плавление, сублимацию или разложение абляци­онного материала. Скорость удаления абляционного материала прямо пропор­циональна тепловому потоку на поверхности объекта. Оценить этот тепловой по­ток можно, измерив толщину защитного слоя. Следовательно, датчики абляции — это разновидность датчиков перемещений, которые определяют положение за­щитного слоя над внешней поверхностью объекта. По полученным данным оце­нивается толщина оставшегося абляционного слоя и тепловой поток, действую­щий на объект. Датчики абляции могут быть внутренними (встроенными в за­щитный слой) и наружными.

Встроенные датчики реализуются на основе либо детектора разрыва проволо­чек, либо преобразователя излучений, либо световодов [13]. Детектор разрыва про­волочек состоит из нескольких тонких проводков, вмонтированных в абляцион­ный слой на разных известных уровнях. Когда процесс разложения доходит до оче­редного проводка, он разрушается, тем самым разрывая электрическую цепь. На рис. 7.46А проиллюстрирована эта концепция. Иногда во все проволочки встраи­ваются термопары [ 14], которые располагаются строго друг под другом. Такая кон­струкция обеспечивает строгую очередность разрушения термопар и позволяет оце­нить температурный профиль защитного слоя и его изменение во времени.

Рис. 7.46. Встроенные датчики абляции: А — на основе детектора разрыва проволочек с термопарами из раз­ных металлов х и у, Б — на основе световодов. В — из­мерение тонкого слоя жидкости емкостным методом

Рис. 7.47.Принципиальная схема наружного резонансного датчика абляции (А) и его внешний вид (Б)

Датчик абляции на основе световодов состоит из кварцевых оптоволоконных све­товодов, встроенных в защитный слой на известной глубине (рис. 7.46Б). Когда про­цесс разложения доходит до очередного световода, на выходе соответствующего фото­диода появляется электрический сигнал. Этот метод позволяет получить данные о про­хождении фронта разложения через определенные точки слоя, но не дает возможности измерить температуру в этих точках, что обеспечивал предыдущий способ.

Наружный датчик абляции может быть реализован емкостным методом. В этом случае датчик представляет собой два электрода, которые могут иметь различную форму [13]. Этот датчик включается последовательно с катушкой индуктивности и резистором, подсоединенных к волноводу (например, коаксиальному кабелю). Уст­ройство, показанное на рис. 7.47, очень напоминает структуру: передатчик — антен­на. Резонансная частота полученного RLC контура приблизительно равна:

(7.16)

При выполнении условий резонанса вся электромагнитная энергия, посту­пившая в контур, рассеивается на резисторе. Однако, если вследствие изменения емкости меняется частота контура, часть энергии отражается назад к источнику. Если емкость продолжит изменяться, доля отраженной энергии возрастет. Когда речь идет об антенне, работающей подобным образом, говорят, что она расстрои­лась. Для определения доли отраженной энергии между источником радиочас­тотного сигнала и волноводом ставят мостовой измеритель коэффициента отра­жения (ИКО), часто называемый панорамным измерителем, постоянное напря­жение которого пропорционально этой доле. После чего производят настройку антенны, для чего выходное напряжение мостовой схемы делается минимальным, при этом передаваемая энергия становится максимальной.

Поиск по сайту: