Основы автоматического регулирования
1.7 Первичные преобразователи. Датчики

         Первичные приборы, датчики или первичные преобразователи предназначены для непосредственного преобразования измеряемой величины в другую величину, удобную для измерения или использования. Выходными сигналами первичных приборов, датчиков являются как правило унифицированные стандартизованные сигналы, в противном случае используются нормирующие преобразователи (см. рис.1.8).

         Различают генераторные, параметрические и механические преобразователи:

  1. Генераторные осуществляют преобразование различных видов энергии в электрическую, то есть они генерируют электрическую энергию (термоэлектрические, пьезоэлектрические, электрикинетические, гальванические и др. датчики).
  2. К параметрическим относятся реостатные, тензодатчики, термосопротивления и т.п. Данным приборам для работы необходим источник энергии.
  3. Выходным сигналом механических первичных преобразователей (мембранных, манометров, дифманометров, ротаметров и др.) является усилие, развиваемое чувствительным элементом под действием  измеряемой величины

                Основные структурные схемы подключения первичных преобразователей:

Рисунок 1.8 - Основные структурные схемы подключения первичных преобразователей

Пояснения к рисунку 1.8.
       Первичный преобразователь, датчик Д может иметь выходной унифицированный сигнал см.рис.1.8.а и неунифицированный сигнал см.р ис.1.8.б. Во втором случае используют нормирующие преобразователи НП.
         Нормирующий преобразователь НП выполняет следующие функции: преобразует нестандартный неунифицированный сигнал (например, mV, Ом) в стандартный унифицированный выходной сигнал; осуществляет фильтрацию входного сигнала; осуществляет линеаризацию статической характеристики датчика; применительно к термопаре, осуществляет температурную компенсацию холодного спая.
         Нормирующий преобразователь НП применяется, также в следующих случаях: когда необходимо подать сигнал измеряемой величины на несколько измерительных или регулирующих приборов; а также когда необходимо передать сигнал на большие расстояния, например сигнал от термопары передается на малые расстояния - до 10м, а унифицированный сигнал постоянного тока может передаваться на большие расстояния - до 100м.
         В современных промышленных регуляторах нормирующий преобразователь НП как правило является обязательной составной частью входного устройства регулятора.

1.7.1 Первичные преобразователи для измерения температуры:
По термодинамическим свойствам, используемым для измерения температуры, можно выделить следующие типы термометров:

  • термометры расширения, основанные на свойстве температурного расширения жидких и твердых тел;
  • термометры газовые и жидкостные манометрические;
  • термометры конденсационные;
  • электрические термометры (термопары);
  • термометры сопротивления;
  • оптические монохроматические пирометры;
  • оптические цветовые пирометры;
  • радиационные пирометры.


            1.7.2 Первичные преобразователи для измерения давления:
           По принципу действия:

  • жидкостные (основанные на уравновешивании давления столбом жидкости);
  • поршневые (измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень);
  • пружинные (давление измеряется по величине деформации упругого элемента);
  • электрические (основанные на преобразовании давления в какую-либо электрическую величину).
  •  


            По роду измеряемой величины:

  • манометры (измерение избыточного давления);
  • вакуумметры (измерение давления разряжения);
  • мановакуумметры (измерение как избыточного давления, так и давления разряжения);
  • напорометры (для измерения малых избыточных давлений);
  • тягомеры (для измерения малых давлений, разряжений, перепадов давлений);
  • тягонапорометры;
  • дифманометры (для измерения разности или перепада давлений);
  • барометры (для измерения барометрического давления).

       1.7.3 Первичные преобразователи для измерения расхода пара, газа и жидкости:
Приборы, измеряющие расход, называются расходомерами. Эти приборы могут быть снабжены счетчиками (интеграторами), тогда они называются расходомерами-счетчиками. Такие приборы позволяютизмерять расход и количество вещества.

       Классификация преобразователей для измерения расхода пара, газа и жидкости:

          Механические:

  • Объемные: ковшовые, барабанного типа, мерники.
  • Скоростные: по методу переменного или постоянного перепада давления, напорные трубки, ротационные.

           Электрические:

  •  электромагнитные, ультразвуковые, радиоактивные.

    1.7.4 Первичные преобразователи для измерения уровня:
             Под измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной поверхности, принятой за начало отсчета. Приборы, выполняющие эту задачу, называются уровнемерами.
    Методы измерения уровня: поплавковый, буйковый, гидростатический, электрический и др.

 House