Одним из основных достоинств ИП является возможность получения большой мощности преобразователя, что позволяет пользоваться сравнительно малочувствительным указателем на выходе измерительной цепи и регистрировать измеряемую переменную величину вибратором осциллографа без предварительного усиления.
Простейшие ИП имеют также и существенные недостатки:
-не реверсивность;
-наличие значительного нулевого сигнала (J 0);
-нелинейность ФП;
-большое тяговое усилие;
-значительный фазовый сдвиг выходного сигнала.
Поэтому они отдельно применяются редко, а являются составной частью дифференциальных конструкций, у которых якорь является общим для обоих половин ИП.
Принцип действия основан:
1. На изменении индуктивности катушки.
2. На изменении активного сопротивления обмотки.
Индуктивный преобразователь представляет собой катушку индуктивности полное сопротивление которой изменяется при взаимном перемещении элементов магнитопровода.
 |
Н – напряжённость магнитного поля
μ0 – магнитная проницаемость магнитопровода,
S – площадь перекрытия.
С увеличением расстояния перемещения δ уменьшается чувствительность.
На величину Z оказывает влияние площадь перекрытия подвижного магнитопровода неподвижное и величина зазора.
Преимущество использования индуктивного преобразователя:
1. Простота конструкции.
2. Возможность измерения сверх перемещений с высокой чувствительностью.
Недостатки:
1. Нелинейная функция преобразования.
2. Наличие аддитивной погрешности вызванное влиянием температуры на активное сопротивление обмотки.
3. Значительная сила притяжения подвижного магнитопровода к неподвижному, что вызывает дополнительную погрешность.
 |
Все недостатки индуктивных ИП могут быть устранены в дифференциальном индуктивном преобразователе имеющем определённую схему включения.
 |
Преимущество дифференциальных индуктивных преобразователей:
1. Линейность функции преобразования на значительном участке диапазона измерения.
2. Значительно меньшая сила притяжения действующая на якорь.
3. Выходное напряжение преобразователя меньше всего зависит от величины и частоты питающего, т.е. при отсутствии перемещения нулевой точки обладает большой стабильностью характеристик.
4. По сравнению с одинарным дифференциальный имеет чувствительность выше в 2 раза.
5. Значительно снижается аддитивная погрешность.
Недостатки:
1. Влияние колебаний частоты питающей сети.
2. Изменение напряжения питания вызывает изменение магнитного сопротивления и чувствительности измерительного преобразователя.
3. Колебания температуры окружающей среды вызывает изменение магнитной проницаемости материала магнитопровода а следовательно вызывает аддитивную погрешность.
Схема замещения:
 |
Чувствительность:
42. Трансформаторные измерительные преобразователи
Является разновидностью индуктивных преобразователей; принцип действия основан на изменении взаимоиндуктивности при перемещении подвижного магнитного провода якоря.
 |
Трансформаторные преобразователи.
Недостатком одинарных трансформаторных преобразователей также как и для индуктивных является колебания частоты питания напряжения, температура окружающей среды, что вызывает дополнительные погрешности при измерении. Все эти недостатки могут быть устранены с помощью специального дифференциального трансформирующего преобразователя , который широко применяется в системе автоматического управления при измерении малых перемещений .
Например. Дифференциальный трансформирующий преобразователь применяется при измерении эксцентриситета в гидравлическом механизме перемещения комбайна для измерении скорости подачи а также при измерении давления по схеме ддифференциального манометра с электрическим выходным сигналом.
Дифференциальный трансформатор – представляет собой два трансформатора имеющих один входной якорь. При перемещении якоря происходит изменение параметров магнитного поля между первичной и двумя вторичными рабочими обмотками преобразователя, начало и концы, которых включены встречно.
Одна из систем обмоток запитана переменным напряжением а две другие включены встречно и являются выходными в зависимости от форм магнитопровода дифференциальные трансформаторы бывают плоские и цилиндрические .
Все эти типы преобразователей широко используются в расходомерах, уровнемерах, электродинамометрах и в тех случаях когда требуются сверх точные измерение малых угловых перемещений.
Преимущества:
1) высокая чувствительность за счёт большого числа витков во вторичной обмотке.
2) Возможность определения направления перемещения по фазовому углу.
3) Высокое выходное сопротивление вторичной обмотке, что позволяет согласовывать его с входными цепями усилителя.
4) Включение дифференциального трансформатора по мостовой измерительной схеме позволит скомпенсировать составляющие погрешности и уменьшить основные погрешности до 1%.
 |
Плоский преобразователь
- смещение якоря относительно нулевого положения.
- зазор между якорем и магнитопроводом при нулевом перемещении.
 |
Цилиндрические дифференциальные преобразователи
E2= 2kTlx
где kT – коэффициент трансформации W1/W2 коэффициент передачи;
lX – осевое перемещение якоря.
Величина основной погрешности дифференциального трансформирующего преобразователя составляет
сильно зависит от зазора но при этом 
.
Вывод: необходимо питающее напряжение стабилизировать.
43. Фотоэлектрические измерительные преобразователи
Этот тип преобразователей имеет чувствительный элемент работающий на фотоэффекте. Фотоэлектрические преобразователи бывают:
1) с внешним фотоэффектам;
2) с внутренним фотоэффектом;
3)
 |
фотографические преобразователи.
Величина фототока 
где h – постоянная Аланна;
υ – частота света.
где Ф – работа выхода электродов с поверхности катода.
С – скорость света.
Если 
то фото эффект отсутствует
- длинноволновой пороговый фотоэффект
Внутренний фотоэффект образуется с помощью пластины с нанесённым на неё покрытием сернистого радия, сернистого свинца и др. преобразователи которые используются внутри фотоэффект называется фоторезисторами. Фоторезистор обусловливается в валентной зоной и приместных уровнях.
Электропроводность определяется из выражения
где IФ – величина фототока,
U - приложение напряжения,
G – интенсивность (электропровода) фоторезистора,
U – пропорциональность величине тока.
Электропроводность полупроводниковых материалов обусловлена возбуждением электронов в валентной зоне и в приметном уровне при возбуждении электроны переходят в зону проводимости а в валентной зоне появляются дыры при освещении возбуждение увеличивается, что увеличивает электропроводность.
При больших освещённостях пропорциональность нарушается
 |
|
Чувствительность фоторезисторов измеряет кратность изменения их сопротивления
RT – неосвещённый преобразователь,
R200 – при освещённости 200 Люкс.
У фоторезисторов сопротивление не зависит от приложенного напряжения. Инерционность фоторезисторов определяется постоянной времени τ.
Недостатки:
1) Сопротивление зависит от температуры окружающей среды для её уменьшения необходимо фоторезистор включить в мостовую измерительную схему.
Фото – гальванические преобразователи представляют собой фото – электрический прибор с n – p перехода фотодиоды и фототранзисторы. При освещении перехода создаётся дополнительная концентрация носителей заряда в
n – слое, что усиливает их диффузию к n – p – n переходу и в самом переходе. У диода подключенного к запирающему напряжение на воздействие света увеличивается обратный ток.
IT – темневой фототок;
ΔΙср – изменение тока по мере изменения освещённости.
S – чувствительность,
Ф – световой поток.
Iср UH и чувствительность S можно определить используя ВАХ и линию нагрузки .
У фотодиода Rвнутр → ∞ а режим работы близкий к короткому замыканию.
Преимущества фототранзисторов:
1) Высокая чувствительность;
2) Малая инерционность 10-2-10-8С.
Недостатки:
1) Фототок тёмного преобразователя значительно зависит от σ;
2) Старение материала и эффект его усталости.
Преимущества фото – электрического преобразователя:
1) Могут использоваться для измерения перемещений и скоростей;
2) Бесконтактное измерение;
3) Отсутствует механическое воздействие на объект измерения;
4) Чувствителен к силе света и его цвета.
Недостаток:
1) Значительная погрешность вызванная зависимостью материала от температуры;
2) Старение чувствительных элементов, усталостные явления;
3) Зависимость от температуры;
4) Осаждение пыли (вызывает изменение параметров преобразователя).
Область применения:
1) Измерение частоты вращения вала имеющего диск с отверстиями (релейный режим работы);
2) Изменение концентрации веществ в растворе (не световых величин);
3) Данный прибор относится к классу измерителей прямого принципа действия.
Фотоэлектрический цифровой преобразователь перемещения – используются для преобразования угловых перемещений в двоичный и двоично – десятичный код. Выполняется этот преобразователь с использованием фотоэлемента имеющего внешний фотоэффект.
При перекрытии луча света диском увеличивается сопротивление фоторезистора и уменьшается величина фототока в цепи фоторезистора.
Как элемент САУ этот преобразователь является нелинейным усилительным звеном. Принцип действия преобразователя условно разбивается на две операции:
1) Квантование непрерывной величины с каким-то определённым шагом в дискретную величину.
2) Последующее присваивание каждому квантованному значению своего порядкового номера (кода).
Диск имеет кодирующую метку с нанесёнными на неё:
n – кольцевых разрядных зон,
N – элементарных секторов каждый из которых имеет свой код. Разряды кода нанесены следующим образом: старший разряд на внутренней зоне, а младший разряд на внешней 0 – затемнён, а 1 – прозрачный.
Квант углового перемещения определяется из формулы
Кодирующий диск данного преобразователя в исходном положении смещён на середину нулевого сектора или на половину углового интервала таким образом: max погрешности 
. Основная погрешность датчика определяется:
и составляет 0,2…0,5%
что позволяет его отнести к точным измерительным устройствам.
Недостаток – необходимость надёжной защиты от попадания пыли, загрязнение, а также от попадания влаги.
Число – импульсные имеют кодирующую метку с отверстиями расположенными по поверхности диска с шагом
 |
где N – число уровней квантования при повороте диска на угол Δy.
Фотоэлемент фиксации импульсов которые накапливаются счётчиком и в последствии используются для контроля положения.
Надёжность работы данного преобразователя можно существенно повысить если вместо фотоэлектричества использовать индуктивность и в воде ферромагнитный материал имеющего зубцы которые при повороте на угол Yпериодически замыкают магнитную цепь индуктивного преобразователя.
В последнее время появился класс преобразователей имеющих в качестве чувствительного элемента магнитную управляемую микросхему.
Недостатки:
1) Накопление ошибок при сбоях в работе счётчика или при считывании;
Как элемент САУ все рассмотренные преобразователи относятся к линейным усилительным звеньям.
44. Радиоактивный датчик положения
 |
1) источник гамма излучения;
2) объект;
3) газоразрядный счётчик;
4) блок формирования выходных импульсов луча от источника гамма излучения.
В рабочем объёме газоразрядного счётчика каждый гамма квант ионизирует находящийся в нём квант и в цепи протекает импульс тока. С увеличением интенсивности излучения повышается частота импульсов. В блоке 4 формируется частотно – импульсный сигнал таким образом, что на выходе импульсы имеют постоянную длительность.
Выходным сигналом преобразователя является среднее значение импульсного преобразователя:
τх – период повторения импульсов на выходе.
Преимущества:
1) имеет стабильную рабочую характеристику;
2) работает в сложных условиях эксплуатации .
Недостаток – опасен для обслуживающего персонала.
45. Ультразвуковые радиолокационные преобразователи
Lx = 0.5VτX
V – скорость распространения упругих колебаний
Преимущества:
1) Высокая точность контроля положения объекта;
2) Сосредоточенность аппаратуры в одном месте при изменении перемещения на десятки метров;
3) Возможность работы при неблагоприятных условиях эксплуатации.
Недостаток:
1) невозможно использовать излучатель с широкой диаграммой направленности.
46. Преобразователи скорости и ускорения
В угольной промышленности применяются преобразователи скорости реализующие операцию дифференциального сигнала линейного или условного перемещения т.е. идёт реализация
где lX , φX – линейное и угловое перемещение.
Дифференцирование линейного или углового перемещения может осуществляться либо в самом преобразователе либо с использованием дифференциальных звеньев.
Для измерения скорости широко применяют тахогенераторы и индукционные преобразователи.
Для тахогенераторов постоянного тока ЭДС на зажимах зависят от коэффициента усиления и углового перемещения
(1)
Широко применяются тахогенераторы с возбуждением от постоянного магнитного поля.
 |
Преимущества:
1) Линейная функция преобразования;
2) Большой диапазон измерения скорости;
Недостаток:
1) Наличие щёточного коллекторного узла со скользящим контактом и низкая надёжность.
Кроме этого применяются синхронный и асинхронный. Их особенностью
является то, что он не имеет щёточного коллекторного узла.
Синхронный тахогенератор состоит из статора и индуктора выполненного из постоянного магнита. На зажимах статорной обмотки задаётся ЭДС. В соответствии с уравнением (1) по мере изменения ЭДС изменяется частота выходного сигнала по уравнению:
P – число пар полюсов.
Преимущества:
1) Выходной сигнал в частотной форме;
2) Для его использования не требуется применение преобразователя.
У асинхронного тахогенератора в статоре размещена обмотка возбуждения
которая получает питание от сети переменного тока. Внутри статора имеется полый алюминиевый ротор охватывающий обмотку.
При вращении ротора со скоростью ωX, в нём наводятся вихревые токи с частотой сети и величиной пропорциональной угловой скорости вращения. В свою очередь магнитное поле вихревых токов возбуждает ЭДС величина которой определяется из выражения (1) а частота равна частоте напряжения сети и не зависит от угловой скорости вращения ротора.
Недостатки асинхронного тахогенератора:
1) Для обеспечения заданной точности измерения скорости требуется стабилизация питания напряжения. Он относится к линейному усилительному звену.
Магнитоиндукционный преобразователь
|
 |
Принцип действия
3) Малые затраты на обслуживание.
Недостаток:
1) Невысокая точность;
2) Как элемент САУ является нелинейным измерительным звеном.
47. Средства измерения уровня жидких и твёрдых материалов
В системе шахтной автоматики при изменении уровня жидких материалов широкое применение:
 |
1) Гидростатические
2) Поплавковые бывают:
а) постоянного погружения,
б) обычная поплавковая система,
|
Для постоянно погруженного поплавка уровень связан с параметрами поплавка через выражение 
 |
где G – вес,
S - площадь,
γ - удельный вес жидкости.
Усилие на перемещение подвижной части зависит от площади поплавка и уровня 
.
Абсолютная погрешность 
, т.е. погрешность может быть ещё больше снижена.
Ёмкостные уровнемеры.
 |
Принцип действия основан на изменении ёмкости двух цилиндрических конденсаторов один из которых заполнен водой а второй нет.
Величина выходной ёмкости
E2 – диэлектрическая проницаемость,
hX – уровень жидкости,
С0 – ёмкость пустого конденсатора.
На этом принципе построены промышленные ёмкости и уровнемеры РУС позволяющие измерять уровень жидкости в диапазоне от 0,4 до 20 метров с классами точности 0,5; 1; 1,5; 2,5.
Преимущества:
1) Линейные выходные характеристики,
2) Высокая точность.
Недостатки:
1) Загрязнение жидкости в резервуаре твёрдыми частицами, это вызывает дополнительную погрешность вызванную уменьшением диэлектрической проницаемости среды,
2) Плохо работает на уровнях повышенной влажности.
Для измерения уровня сыпучих материалов применяют электродные датчики уровня принцип действия которых основан на изменении проводимости через слой сыпучего материала различной высоты. Кроме того изменение уровня в сыпучих материалов в бункерах осуществляется с использованием радиоизотопных датчиков и ультразвуковых эхолокационных систем.
48. Методы и средства измерения расхода жидкости и твёрдых сыпучих материалов
Для измерения расхода жидких сред в угольной промышленности применяются следующие основные типы расходомеров:
Расходомер переменного перехода давления (РППД):
Q – расход,
ρ – плотность жидкости и газа,
α – коэффициент расхода суженной части,
S0 – площадь поперечного сечения суженного участка.
Преимущества:
1) Высокая точность измерения (до 1%),
2) Возможность дистанционной передачи показаний.
Недостатки:
1) При длительной работе возможно узкое сужение части, а следовательно изменяется коэффициент расхода, из – за чего необходимо вводить поправной коэффициент,
2) Показания расходомера критичных плотностей среды,
3) При наличии твёрдых частиц в жидкости, приводит к выводу из строя отборников давления.
Индукционный расходомер.
Действие основано на изменении параметров магнитного поля при его пересечении электропроводкой с жидкостью или газом (класс точности1%).
Преимущества:
1) возможность бесконтактного измерения расхода жидкости,
2) Возможность взрывозащищенного исполнения.
Недостатки:
1) Необходимость периодической корректировке показаний,
2) Требуют остановки системы при установке или замене первичного преобразователя,
3) Рассчитана на определённое давление жидкости из-за наличия фланцевых уплотнителей,
4) Большой вес,
5) При наличии твёрдых включений требуются корректировка показаний расходомера.
Ультразвуковые расходомеры условно подразделяются на следующие виды:
1) Основанные на сносе ультразвуковой волны,
2) Ультразвуковые фазовые,
3) Ультразвуковые частотно-временные,
4) Ультразвуковые Доплеровские.
1) Работают только при больших скоростях и чистой жидкостью
3) Ультразвуковой частотно-временной
α – угол установки приёмника,
Vк – скорость движения жидкости (потока);
|
Д – условный диаметр трубы,
С – скорость распространения упругих колебаний в жидкости,
m – коэффициент Никурадзе – коэффициент, учитывающий влияние профиля и течения жидкости.
Преимущества:
1) Высокая точность,
2) Высокая разрешающая способность.
Недостатки:
1) Сложность конструкции при установке преобразователей на трубопроводе.
2) Ультразвуковые Доплеровские.
Принцип действия основан на измерении разности частот излученных в поток и принятых из потока ультразвуковых колебаний.
Преимущества:
1) возможность бесконтактных измерений с использованием накладных преобразователей,
2) Высокая разрешающая способность,
3) Высокая точность,
4) Возможность измерения с высокой точностью динамических пульсаций движущегося потока,
5) Удобство монтажа и эксплуатация на трубопроводе.
Недостатки:
1) Сложность настройки электронной части
49. Методы и средства измерения температуры
Температурные измерения в устройствах шахтной автоматики занимают максимум % от всего числа измерения, что связанно с необходимостью контроля состояния электродвигателей, рабочих сред (жидких и твёрдых), воздуха ( в том числе и в горных выработках), а также на механизмах и машинах поверхностного комплекса.
Измерение температуры в системах шахтной автоматики может осуществляться с использованием следующих основных принципов:
а) на принципе линейного температурного расширения жидкости и металлов:
1) градусник спиртовой или ртутный (они относятся к образцовым) 
0,010 .
Некоторые ртутные термометры применяемые в шахтной автоматики позволяют регулировать температуру в определённых приделах путём перемещения специального электрода посредствам винта, т.е. в этом случае можно выделить условия срабатывания термометр ЭКТ.
б) Измерение температуры основанное на расширении газа при температуре.
В соответствии с уравнением Берло существует однозначная связь между температурой, скоростью и давлением:
a,b,V – объём занимаемый газом.
Такие средства измерения получили название – манометрические термометры как правило поменяются в системах автоматического управления передвижных шахтных холодильных установок, при контроле температуры нагревания подшипниковых установок, механизмов, машин и других установок.
в) средства измерения принцип действия которых основан на измерении положения биметаллической пластины.
Недостатки:
1) Высокие погрешности и низкая точность,
2) Инерционность,
3) Малая чувствительность,
4) Нелинейная функция преобразования.
2) Терморезисторы:
а) 
б) 
ТСН – терма никелевые (4000);
ТСМ – терма медная (3000);
ТСП – терма платиновая (20000 – 25000)
Преимущества полупроводниковых:
1) Простота конструкции,
2) Возможность измерения температур в широком диапазоне,
3) Высокая стабильность выходной характеристики.
Недостатки:
1) Требует обязательное включение в мост измерительную схему с учётом сопротивления соединенных проводников (для исключения влияния сопротивления проводников на показания, применяют трёх проводную схему включения в которой сопротивления питания включается в диагональ питания моста. Это позволяет при изменении температуры определять средний учёт колебания сопротивления линии.
Полупроводники – (германий, кремний).
Преимущества:
1) Высокая чувствительность,
2) Малые габариты,
3) Быстродействие.
Недостатки:
1) Ограниченный температурный диапазон,
2) Нелинейная функция преобразования,
3) Стирание,
4) Необходим источник питания.
Индуктивные преобразователи с терма чувствительным элементом (феррит).
Принцип действия основан на изменении чувствительности ферроматериала от температуры.
Преимущества:
1)Высока чувствительность при измерении малых температур.
Недостатки:
1) Сложность реализации,
2) Критичен к ударам.
Эти преобразователи широко применяются в АКТ АККТ при контроле температуре подшипниковых узлов.
д) Термоэлектрические:
Принцип действия основан на образовании термо ЭДС ………….. для образования проводника имеющего разные температуры свободных концов и эффекте Зеибеки который возникает в месте разнородных проводников.
В соответствии с эффектом Зеибеки в точки контактов образуется разность потенциала причём контактные ЭДС не равны друг другу и имеют разные направления.
 |
EPQ(t1)
EPQ(t2) (1).
(1) – основное уравнение термоэлектрического преобразователя. Отсюда следует, что возникающая терма ЭДС зависит от разности температур t1 и t2. Слои погружаемые в рабочую среду - рабочие, а слои вне среды - свободные
где σа, σb – коэффициенты Томпсона для разнородных материалов.
Схемы включения термопар:
термопары могут быть включены так, что их свободные концы замкнуты на какой либо третий проводник имеющий сопротивление RH.
 |
Схема автоматического моста для измерения температуры (неуравновешенный мост).
Rm – медь,
ИПС – источник питания стабилизированный,
RP – особо точное переменное сопротивление,
рд – электродвигатель,
Е – терма ЭДС на выходе термопары,
ЕК – компенсационная ЭДС.
При нагревании рабочего конца термопары до температуры на выходе термопары образуется терма ЭДС которая компенсируется величиной ЕК создаваемой в схеме измерительного моста. Разность (Е – ЕК) поступает на вход усилителя. Последний создаёт управляющее воздействие для привода рабочего двигателя РД до тех пор пока (Е – ЕК) не будет стремиться к нулю. При этом это условие будет достигнуто перемещением движка реостата по средствам механической связи с валом двигателя. Одновременно показатель на экране покажет текущее значение температуры.
Структурная схема включения термопары.
 |
Контактная термопара
Чувствительность: S = dEt/dIX=2k’IX
|
 |
E1=f(t1) – f(t2); t2 = const; E = f(t2); t2
t1
50. Индуктивные датчики приближения фи рмы «Клашка»
Это бесконтактно работающее датчики вращения приводов и элементов машин не подвергающиеся механическому износу. Как правило монтируются в качестве концевых выключателей но могут по своим прочностным характеристикам (полная заливка корпуса) и благодаря большой допустимой рабочей частоте применяется, например, как импульсные преобразователи учёта числа оборотов. Индуктивные датчики приближения применяются там где требуется большая частота включения и скорость срабатывания, при высокой надёжности эксплуатации в агрессивных средах и длительном сроке эксплуатации.
G – выпрямитель,
S – колебательный контур.
Катушка S выполнена в виде открытого ферритового сердечника свободная сторона которого образует активную поверхность датчика приближения. Гетеродин О вырабатывает высокочастотные колебания с переменным магнитным полем. Колебания излучаются на открытой стороне ферритового сердечника. При попадании в поле металла В из колебательного контура S поглощается энергия поля Z на вихревые токи и пере магниченные в металле В. При достаточном приближении к металлу колебания гетеродина приближается и датчик включается и на выходе усилителя V появляется рабочий сигнал А. Диапазон срабатывания индукционного датчика определяется величиной переменного магнитного поля Z и размерами самого датчика.
Технические характеристики датчика:
1) При работе с программами контролерами:
а) диапазон питающего напряжения: 8 – 30В (постоянный ток),
б) частота срабатывания датчика до 3кГц,
в) имеется выходная защита от перепутывания полярности проводов при
включении датчика и защита от к.з.
г) содержит двухполюсный нормально открытый контакт с дополнительной
токовой нагрузкой 5 – 60мА, или трех полюсный нормально открытый
контакт с дополнительной токовой нагрузкой до 200 или 400мА.
д) допускается утопленный монтаж.
2) Для работы со средствами защиты (второй класс датчиков):
а) диапазон питающего напряжения 90 – 280В (переменное напряжение),
б) имеются те же защиты и плюс ещё и светодиод,
в) комплектуются двухполюсники с нормально открытым контактом с
дополнительной токовой нагрузкой 10 – 240мА.
д) допускается утопленный монтаж ,
е) конструктивно выполненные в виде цилиндра с диаметром от 18мм и
более, при длине образующей от 34 мм, с диапазоном температур
(-30 до +80).
51. Тензорезистивные ИП
Принцип действия основан на изменении сопротивления проводника при деформации сжатия или растяжками.
По конструкции тензорезисторные преобразователи бывают:
1) проволочные,
2) плёночные,
3) фольговые.
Как правило в проволочных резисторах применяются константан. Применение этого материала позволяет добиться нестабильности породы 1%.
Полупроводниковые – используют монокристаллы кремния и германия.
где R0 – сопротивление тензорезистора при отсутствии деформации,
ST – тензо чувствительность (ST =50…150),
Е – деформация.
Стандартные сопротивления тензорезисторов по ГОСТ 50; 100; 200; 400; 800 Ом.
Проволочные тензорезисторы используют с микро проводом диаметром от 20 - 50 мк.м.
Полупроводниковые – выполняются на специальной подножке от 5х20 миллиметров при толщине 4 – 12 микрон.
Преимущества проволочных тензорезисторов:
1) Простота конструкции,
2) Возможность измерения давлений усилий достаточно высокой точности..
Недостатки:
1) Предпочтительно измерять большие усилия,
2) Изменение сопротивления проводника существенно зависит от температуры окружающий среды.
Преимущества полупроводниковых:
1) Возможность измерения малых усилий и давлений.
Недостатки:
1) Значительная температурная погрешность,
2) Большой разброс параметров и характеристик,
3) Сложность конструкции,
4) Нелинейная характеристика.
Основной погрешностью проволочных резисторов является погрешность определяемое из условия:
|
 |
S0 – тензо чувствительность,
α – коэффициент линейного температурного расширения.
Одним из способов снижения использования материалов имеющих низкий коэффициент расширения.
Для полупроводниковых терморезисторов температурная погрешность также является основной, для того чтобы её учесть применяют следующие формы.
|
При отсутствии деформации:
52. Пьезоэлектрические преобразователи силы и давления
Принцип действия основан на обратном пьеза эффекте который возникает в материале обладающем данными свойствами
|
 |
Если измеряемая сила мало изменяется или является постоянной по величине то измерить её пьезаэлектрическим датчиком тяжело, однако все изменения усилия и давления будут достаточно точно фиксироваться в силу того, что будет отсутствовать инерционность пьезаэлемента т.е. эти преобразователи безинерционны.
Преимущества:
1) Линейная функция преобразования,
2) Высокая чувствительность особенно при использовании кварца,
3) Высокая стабильность характеристики (строение кварцевой плоскости за десять лет вызывает нестабильность его характеристики 0,05%; точность до
10-5 – 10-6),
4) Высокое выходное сопротивление, что удобно использовать при согласовании с электроустройствами.
Недостатки:
1) Эффект стекания зарядов.
2) Особенность при использовании в условиях влажной шахтной среды,
3) Зависимость пьезаэлектрических преобразователей от температуры для большинства пьезаматериалов коэффициент d11 остаётся постоянным и несущественно изменяется при изменении температуры до 120 –180 0С и пьзакерамических ЦТС (115 – 130). При нагревании пьзаэлемента до точки Кюри обратный пьезаэффект исчезает и не восстанавливается.
53. Средства измерения скрытой и открытой границы породы угля
ДПУ- для открытой границы раз дола порода угля устанавливается отлично в изменениях физических свойств породы и угля, а затем по ним делается вывод в каком направлении регулировать добычу угля.
При скрытой границе раздела измеряется толщина оставления в почве или крова слоя породы.
Для измерения границы порода уголь используют следующие основные методы:
1. Механический - при этом способе оценивается зонами усилий на резание специальным чувствительным элементом помещенном на измерительном зубке исполнительного органа при работе комбайна по породе и углю.
Этот способ имеет существенный недостаток:
а) значительный износ,
б) незначительный срок службы
2. Механоакустический способ. Принцип действия состоит в образовании колебательного отклонения на механическое воздействие резца с углем или породой. В качестве чувствительного элемента на рабочих частотах за 1 МГц применяются проволочные преобразователи сопротивления, а на частотах до 200 кГц применяются пьезаэлектрические преобразователи. Также как и при механическом способе эти чувствительные элементы устанавливаются на измерительном резце. Для измерения используется высокочастотная составляющая усилие резания. Граница порода уголь оценивается по изменению декремента затухания высокочастотных колебаний на уголь и породу.
3. Радиоизотопный предусматривает использование источника и приемника γ-излучению. Выход сигнала определяется частотой следования электрических импульсов или скоростью счета этих импульсов, которые определяются пропорциональностью числу регистрированных квантов.
Преимущества:
1) Безконтактность метода,
2) Высокая чувствительность определяет границы раздела порода уголь.
Недостатки:
1) Не безопасность.
Ультразвуковой метод измерения.
|
 |
База – это расстояние между излучателями
Х – глубина (расстояние) продвигания,
α – коэффициент затухания
где f0-частота излученных колебаний,
Cy, Cn - скорость упругих колебаний угля и породы,
δу, δn-декремент затухания упругих волн в угле и породе.
Достоинство: бесконтактный способ.
Недостатки:
1. Необходимо обеспечивать строгую фиксацию излучателя и приемника друг относительно друга, а также их прижатие к границе раздела и точечный ультразвуковой контакт;
2. Сложная и дорогая реконструкция;
3. Низкая
Радиоволновой – метод основан на различии диэлектрической проницаемости и угла диэлектрических потерь для угля и в мешающих породах.
 |
Г - генератор СВ4 диапазона с антенной (параболической);
У - усилитель;
А – антенна.
При соприкосновении антенны с породой величина напряжения генератора СВЧ равна 0, а при соприкосновении с углём его выходное напряжение изменяется пропорционально толщине угольной почки, т.е. при уменьшении расстояния до антенны ток в выходных цепях возрастает.
Данный метод позволяет измерить толщину угольной пачки от 0 до 200мм.
Недостатки:
1) Сложность реализации,
2) Невысокая чувствительность и разрешающую способность,
3) Сложность технической реализации в условиях движения.
Перечень ссылок
1. Боровков А.А. Математическая статистика. – М.: Наука, 1984.
2. Бурдун Г.Д. Справочник по международной системе единиц.– М.: Изд-во стандартов, 1980.
3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. – М.: Физматгиз, 1962.
4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Сов. радио, 1986.
5. Государственные эталоны и общесоюзные поверочные схемы. – М.: Изд-во стандартов, 1978.
6. Гранатуров В.М., Некрасов И.С. Организация, планирование и управление метрологическим обеспечением в отрасли связи. – М.: Радио и связь, 1987.
7. Данилевич С.Б. Построение рациональных методик поверки средств измерений с помощью метода имитационного моделирования. – М.: Метрология, 1980.
8. Долинский Е.Ф. Обработка результатов измерений. – М.: Изд-во стандартов, 1973.
9. Карташова А.Н. Достоверность измерений и критерии качества испытаний приборов. – М.: Изд-во стандартов, 1967.
10. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
11. Левин Б.Р. Теория надежности радиотехнических систем. – М.: Сов. радио, 1978.
12. Малышев В.М., Механиков А.И. Гибкие измерительные системы в метрологии. – М.: Изд-во стандартов, 1988.
13. Метрология, стандартизация и измерения в технике связи. Учеб. пособие для вузов / Б.П.Хромой, А.В.Кандинов, А.Л.Сенявский и др.; Под ред. Б.П.Хромого. – М.: Радио и связь, 1986.
14. Метрологическое обеспечение и эксплуатация измерительной техники / Г. П. Богданов, В.А.Кузнецов, М.А.Лотонов и др.; Под ред. В.А.Кузнецова. – М.: Радио и связь, 1990.
15. Метрологическое обеспечение систем передачи: Учеб.пособие для вузов / Б.П.Хромой, В.И.Мудров, В.Л.Кушко. – М.: Сов. радио, 1976.
16. Новицкий А.В. Основы информационной теории измерительных устройств.– Л.: Энергия, 1968.
17. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений.– Л.: Энергоатомиздат, 1985.
18. Основополагающие стандарты в области метрологии. – М.: Изд.-во стандартов, 1986.
19. Основы метрологии и электрорадиоизмерения / Б.Н.Лозицкий, В.Г.Воеводин, В.И.Коткин, И.И.Мельниченко; Под ред. Б.Н.Лозицкого. – М.: МО СССР, 1983.
20. Тюрин Н.И. Введение в метрологию. М.: Изд-во стандартов, 1985.
Конспект лекций по дисциплине «Метрология, технологические измерения и приборы» (для студентов направления подготовки 15.03.04 «Автоматизациятехнологических процессов и производств», направленность «Автоматизация технологических процессов и производств в горно-металлургической отрасли» очной и заочной форм обучения). Сост.: Гавриленко Б.В., Неежмаков С.В. - Донецк: ДонНТУ. – 2017. - 210 с.
Составители: Гавриленко Б.В. – доцент,
Неежмаков С.В. – доцент,
Рецензенты: А.С. Оголобченко
В.А. Попов
Отв. за выпуск: К.Н. Маренич, проф., заведующий кафедрой
«Горная электротехника и автоматика им. Р.М. Лейбова»
Дата: 2018-11-18, просмотров: 566.
