Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Электромеханические датчики уровня, давления,



Расхода и скорости

Датчики уровня. Контроль уровня жидкости осуществляется при помощи поплавковых, гидростатических и электродных датчиков уровня.

Поплавковые датчики состоят из поплавка, воспринимающего изменения уровня жидкости, и элемента, преобразующего перемещения или усилия в выходной электрический сигнал. В качестве преобразователей используются омические или индуктивные датчики. На рисунке показана схема поплавкового датчика уровня с потенциометрическим преобразователем перемещения. Связь пустотелого поплавка 1 с потенциометрическим датчиков 3 осуществляется с помощью гибкого троса 2, перекинутого через блок 4. Вес поплавка уравновешивается грузом 5. Всякое изменение уровня жидкости вызывает пропорциональное ему изменение напряжения вторичного измерительного прибора Я, который проградуирован в единицах уровня. Поплавковые датчики уровня используются для замера уровней, изменяющихся в широких пределах. Недостатком их является наличие подвижных частей.

Рис.5.15 Датчики уровня:

 

а -поплавковый; б -гидростатический; в -электродный.

 

Гидростатические датчики реагируют на изменения гидростатического веса жидкости в специальном цилиндрическом сосуде, сообщающемся с резервуаром, уровень жидкости в котором контролируется. Давление жидкости, пропорциональное ее уровню h, вызывает изгиб мембраны 1. Величина изгиба мембраны преобразуется устройством, например угольным столбиком 2 в электрический сигнал, который измеряется прибором П, проградуированным в единицах уровня.

Электродные датчики уровня состоят из одного или нескольких электродов, погруженных в жидкость. При изменении уровня жидкости изменяется активная и емкостная проводимости междуэлектродного пространства. Схема электродного датчика уровня, основанного на измерении активной проводимости жидкости, показана на рисунке.

Измерение уровня сыпучих материалов значительно сложнее, чем измерение уровня жидкостей. Это объясняется тем, что большинство сельскохозяйственных сыпучих материалов обладает значительным электрическим сопротивлением и при заполнении или опорожнении емкостей не образует горизонтальной поверхности. Кроме того, при загрузке возможны повреждения чувствительных элементов датчиков.

Поплавковые датчики для замера уровня сыпучих материалов снабжаются специальными механическими приспособлениями, которые вызывают вибрацию поплавка или периодическое перемещение его вверх и вниз. Под действием вибраций и вертикальных перемещений поплавок всплывает и находится на поверхности сыпуче­го материала.

Для электродного датчика характерны высокая точность измерений, низкая стоимость и простая конструкция, позволяющая дистанционно замерять уровень зерна в небольших объемах.

Датчики давления. К этой группе датчиков относятся многочисленные типы приборов для измерения сил давлений жидкостей и газов. Большинство датчиков давления преобразуют силы давления в механическое перемещение или усилие. Воспринимающие органы таких датчиков подвергаются непосредственному действию измеряемого давления.

Для измерения давлений выше 1000 кг/см2 применяются датчики другого вида, в которых используется явление изменения электрического сопротивления проводников и полупроводников под действием давления. Датчики, контролирующие малые давления газов, реагируют на изменение их вязкости, теплопроводности, сте­пени ионизации и т. п.

В сельскохозяйственной технике наибольшее распространение получили датчики с механическими воспринимающими органами: жидкостные, поршневые, мембранные, сильфонные, с манометрическими трубчатыми пружинами.

Жидкостные датчики давления подразделяются на:

U-образные, колокольные и гидростатические, или дифференциальные.

В U-образной системе разность давлений ΔF = F1 – F2 уравновешивается весом столба жидкости:

ΔF = γh,

где γ - удельный вес жидкости.

В колокольной системе избыточное давление ΔF = F1 – F2 вызывает перемещение колокола, по величине которого определяется давление F1.

В дифференциальной системе угол поворота α камеры кольцевых весов пропорционален разности давлений ΔF = F1 – F2.

Рис 5.16 Датчики давления с механическими воспринимающими органами:

 

а- жидкостный с U- образной системой; б- жидкостный с колокольной системой; в- гидростатический (дифференциальный); г- мембранный; д- сильфонный; е- с манометрической трубкой.

 

Жидкостные датчики давления являются наиболее точными и стабильными. Однако вследствие эксплуатационных неудобств (малые пределы измерения, необходимость строго вертикального положения, большие габариты и т. п.) они в последнее время вытесняются другими, более совершенными типами датчиков давления.

В поршневых датчиках поршень, находящийся под давлением контролируемой среды, вызывает сжатие специальной калиброванной пружины. Датчики этого типа не находят широкого применения из-за таких существенных недостатков, как наличие зазора между поршнем и цилиндром и возможность застопоривания поршня. Однако благодаря высокой стабильности поршневые датчики применяются для тарировки манометрических систем других типов.

В мембранных датчиках эластичная пластина (мембрана), находясь под давлением контролируемой среды, перемещает шток, жестко связанный с контактной системой. Простота конструкции, надежность, достаточная точность измерений обусловили широкое распространение датчиков этого типа.

Сильфонные датчики представляют собой гофрированные тонкостенные трубки, выполненные из упругого материала. Разность наружного и внутреннего давлений создает силу, под действием которой происходит растяжение или сжатие сильфона. Перемещение свободного конца сильфона передается указательной стрелке и подвижным контактам.

Принцип работы датчика с манометрической трубчатой пружиной заключается в следующем: изогнутая по дуге тонкостенная упругая трубка, имеющая овальное сечение, стремится выпрямиться при увеличении давления контролируемой среды внутри ее. Перемещение свободного конца трубки приводит в действие указательную стрелку, связанную с контактной системой.

Датчики расхода. Одним из наиболее распространенных методов измерения расхода непрерывно текущих жидкостей и газов является метод измерения по перепаду давления в дроссельных устройствах (рис. 5.17). В качестве дроссельных устройств применяются диафрагмы, сопла и трубы Вентури.

На рисунке показана схема датчика расхода жидкости с дросселем-диафрагмой. В трубопровод вставляется диафрагма 2. По обе стороны диафрагмы находятся две импульсные трубки. Сопротивление R в одной из них шунтируется жидкостью, обеспечивая тем самым пропорциональность между перепадом давления и током во вторичном приборе 3:

 

Рис 5.17 Датчики расхода:

 

Соотношение между перепадом ΔР и расходом Q определяется следующим уравнением:

м3/сек

где So — сечение отверстия диафрагмы, м2;

γ — удельный вес среды, кг/м3;

αр — коэффициент расхода, величина которого зависит от геометрической формы сужающего устройства и от числа Рейнольдса;

α — коэффициент пропорциональности;

g — ускорение свободного падения, м/сек2.

На рисунке приведены схемы скоростных датчиков расхода. Они применяются как счетчики расхода воды, жидкого топлива, газа и других веществ.

В скоростном датчике расхода с вертикальной крыльчаткой жидкость, протекающая через датчик, приводит во вращение вертушку 2, число оборотов которой пропорционально скорости потока:

об/сек,

где а — коэффициент пропорциональности;

V — скорость жидкости, м/сек;

Q — расход жидкости, м3/сек;

S — рабочее сечение датчика, м2.

Датчики со спиральной вертушкой 2 используются для учета значительных расходов жидкости. В отличие от других типов датчиков расхода они могут работать и в наклонных участках трубопроводов. Число оборотов спиральной вертушки пропорционально расходу Q и обратно пропорционально шагу лопасти Δl:

об/сек.

Обороты датчиков измеряются прибором 3, проградуированным в единицах расхода.

Конструктивное исполнение вышеописанных и ряда других датчиков неэлектрических величин и их харак­теристики приводятся в специальной литературе.

Датчики влажности

Современные методы измерения влажности твердых тел, жидкостей и газов разделяются на прямые и косвенные. Прямые методы измерения влажности предполагают непосредственное разделение материала на сухое вещество и влагу, а затем их взвешивание и подсчет влажности.

Косвенные методы позволяют определить влажность по вспомогательным физическим величинам, имеющим тесную количественную связь с влажностью материала.

К косвенным методам относятся электрические методы и метод замера теплопроводности, зависящей от влагосодержания контролируемой среды.

Хотя косвенные методы менее точны, чем прямые, они получили широкое распространение, так как отличаются быстродействием и позволяют производить авто­матический дистанционный контроль и регулирование влажности.

Датчики влажности по принципу действия разделяются на две большие группы в зависимости от измеряемой электрической характеристики вещества: электрофизические и электропараметрические.

К группе электрофизических датчиков относятся: радиационные датчики, работа которых основана на из­мерении степени поглощения влагой инфракрасных излу­чений," электромагнитных колебаний высокой частоты, γ-лучей и нейтронных излучений; магнитоядерные резонансные, работающие на принципе поглощения радиочастотного магнитного поля ядрами атомов водорода влаги.

К электропараметрическим датчикам относятся: кондуктометрические, которыми определяют влажность по результатам измерения электрической проводимости; высокочастотные, при помощи которых определяют влажность по величине диэлектрической проницаемости или тангенса угла диэлектрических потерь, и гигрометрические, позволяющие оценить влажность среды по изменениям электрических или механических характеристик, вспомогательного гигроскопического вещества.

Кондуктометрические и высокочастотные датчики состоят из электродов, выполненных в виде цилиндрического или плоского воздушного конденсатора. Между обкладками конденсатора помещают материал, влажность которого необходимо измерить. Если при изменении влажности активная электропроводимость среды меняется больше, чем емкостная, то предпочтение отдается измерению активной проводимости.

На рисунке показана принципиальная схема полупроводникового электропсихрометра. В два плеча неравновесного моста включены два одинаковых полупроводниковых терморезистора, помещенные в гигроскопичные керамические трубки. Одна трубка смачивается водой, а вторая находится в воздухе. Таким образом, терморезистор Rc находится в сухой трубке и его температура равна температуре воздуха. Сопротивление второго терморезистора Rм, трубка которого смачивается водой, зависит от испарения влаги и будет всегда выше, чем сопротивление сухого терморезистора, так как процесс испарения сопровождается

понижением температуры.

Рис 5.18 Принципиальная

схема электрического

психрометра.

 

Чем меньше влажность воздуха, тем интенсивнее происходит испарение воды с поверхности мокрой трубки и тем больше будет соотношение между Rк и Rc и, следовательно, выше в приборе П выходной сигнал, по величине пропорциональный влажности окружающей среды.

Для измерения влажности газов широко используются гигрометрические дилатометрические датчики, у которых линейные размеры воспринимающего элемента зависят от влажности. Воспринимающим элемен­том может быть человеческий обезжиренный волос или пленка толщиной 5 — 30 микрон, изготовленная из обо­лочки кишок крупного рогатого скота. При изменении относительной влажности воздуха от 0 до 100% происходит удлинение волоса на 2 — 2,5%, а животной пленки — на 4 — 5%. Это удлинение передается через рычажный механизм указательной стрелке, отклонение которой, та­ким образом, будет пропорционально влажности.

В гигрометрических датчиках влажности газов исполь­зуются полупроводниковые гигрорезисторы. Гигрорезисторы изготовляются в виде тонких пленок из полупроводниковых материалов, сопротивление которых резко падает при увеличении влажности. Недостатками гигрорезисторов являются большая инерционность, наличие гистерезиса и влияние температуры окружающей среды. Последний недостаток устраняется введением в схему элементов температурной компенсации.

 

 

Контрольные вопросы по теме 5

1. Назовите конструкционные особенности реактивных датчиков. Их недостатки.

2. Как устроен и как работает индуктивный датчик?

3. Как устроен и как работает трансформаторный датчик?

4. Как устроен и как работает емкостный датчик?

5. Как устроен и как работает оптический датчик?

6. Что называют фотодиодом?

7. Назовите примеры жидкостных датчиков

8. Как устроены биметаллические датчики?

9. Что такое терморезистор?

10. Как устроены датчики давления?

11. Назовите примеры датчиков расхода.

12. Как устроены датчики влажности?.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.