- •Основные определения и понятия предмета технические средства.
- •Классификация элементов систем автоматики
- •1. Состав систем автоматики
- •2. Физические основы работы электромеханических и магнитных элементов
- •3. Статические характеристики
- •4. Динамические характеристики
- •5. Обратная связь в системах автоматики
- •6. Надежность элементов систем автоматики
- •1. Электрические измерения неэлектрических величин
- •2. Мостовая измерительная схема постоянного тока
- •3. Чувствительность мостовой схемы
- •4. Мостовая схема переменного тока
- •5. Дифференциальные измерительные схемы
- •6. Компенсационные измерительные схемы
- •7. Первичные преобразователи с неэлектрическим выходным сигналом
- •1. Типы электрических датчиков
- •2. Контактные датчики с дискретным выходным сигналом
- •1. Назначение. Принцип действия
- •2. Конструкции датчиков
- •3. Характеристики линейного потенциометрического датчика
- •4. Реверсивные потенциометрические датчики
- •5. Функциональные потенциометрические датчики
- •1. Назначение. Типы тензодатчиков
- •2. Принцип действия проволочных тензодатчиков
- •3. Устройство и установка проволочных тензодатчиков
- •4. Фольговые, пленочные, угольные и полупроводниковые тензодатчики
- •5. Методика расчета мостовой схемы с тензодатчиками
- •1. Назначение. Типы электромагнитных датчиков
- •2. Принцип действия и основы расчета индуктивных датчиков
- •3. Дифференциальные (реверсивные) индуктивные датчики
- •4. Трансформаторные датчики
- •5. Магнитоупругие датчики
- •6. Индукционные датчики
- •1. Принцип действия
- •2. Устройство пьезодатчиков
- •3. Чувствительность пьезодатчика и требования к измерительной цепи
- •1. Принцип действия. Типы емкостных датчиков
- •2. Характеристики и схемы включения емкостных датчиков
- •1. Назначение. Типы терморезисторов
- •2. Металлические терморезисторы
- •3. Полупроводниковые терморезисторы
- •4. Собственный нагрев термисторов
- •5. Применение терморезисторов
- •1. Принцип действия
- •2. Материалы, применяемые для термопар
- •3. Измерение температуры с помощью термопар
- •1. Назначение и принцип действия
- •2. Устройство струнных датчиков
- •1. Назначение. Типы фотоэлектрических датчиков
- •2. Приемники излучения фотоэлектрических датчиков
- •3. Применение фотоэлектрических датчиков
- •1. Принцип действия и назначение
- •2. Излучатели ультразвуковых колебаний
- •3. Применение ультразвуковых датчиков
- •1. Физические основы эффекта Холла и эффекта магнитосопротивления
- •2. Материалы для датчиков Холла и датчиков магнитосопротивления
- •3. Применение датчиков Холла и датчиков магнитосопротивления
- •Коммутационные и электромеханические элементы
- •1. Назначение. Основные понятия
- •2. Кнопки управления и тумблеры
- •3. Пакетные переключатели
- •4. Путевые и конечные выключатели
- •1. Режим работы контактов
- •2. Конструктивные типы контактов
- •3. Материалы контактов
- •1. Назначение. Принцип действия
- •2. Основные параметры и типы электромагнитных реле
- •3. Электромагнитные реле постоянного тока
- •4. Последовательность работы электромагнитного реле
- •5. Тяговая и механическая характеристики электромагнитного реле
- •6. Основы расчета магнитопровода электромагнитного реле
- •7. Основы расчета обмотки реле
- •8. Электромагнитные реле переменного тока
- •9. Быстродействие электромагнитных реле
- •1. Назначение. Принцип действия
- •2. Магнитные цепи поляризованных реле
- •3. Настройка контактов и устройство поляризованного реле
- •4. Вибропреобразователи
- •1. Типы специальных реле
- •2. Магнитоэлектрические реле
- •3. Электродинамические реле
- •4. Индукционные реле
- •5. Реле времени
- •7. Шаговые искатели и распределители
- •8. Магнитоуправляемые контакты. Типы и устройство
- •9. Применение магнитоуправляемых контактов
- •Применение увк для построения систем управления современная концепцияавтоматизированных систем управления производством
- •Мировые тенденции развития микропроцессорных птк
- •Локальные промышленные сети
- •Обзор промышленных сетей
- •1. Modbus
- •2. World-fip
- •1. Циклический трафик.
- •2. Периодический трафик.
- •3. Обслуживание сообщений.
- •3. Canbus
- •4. LonWorks
- •5. Hart
- •7. Bitbus
- •8. Profibus
- •Общее заключение
- •Принципы построения увк
- •Современные управляющие вычислительные комплексы
- •1. Классификация исполнительных устройств
- •2. Пневматические исполнительные механизмы
- •3. Гидравлические исполнительные механизмы
- •4. Электрические исполнительные механизмы с контактным управлением электродвигателем
- •5. Регулирующие органы
1. Принцип действия и назначение
Работа ультразвуковых датчиков основана на взаимодействии ультразвуковых колебаний с измеряемой средой. К ультразвуковым относят механические колебания, происходящие с частотой более 20 000 Гц, т. е. выше верхнего предела звуковых колебаний, воспринимаемых человеческим ухом. Распространение ультразвуковых колебаний в твердых, жидких и газообразных средах зависит от свойств среды. Например, скорость распространения этих колебаний для разных газов находится в пределах от 200 до 1300 м/с, для жидкостей — от 1100 до 2000, для твердых материалов — от 1500 до 8000 м/с. Очень сильно выражена зависимость скорости колебаний в газах от давления.
Различны коэффициенты отражения ультразвуковых волн на границе раздела разных сред, различна и звукопоглощательная способность разных сред. Поэтому в ультразвуковых датчиках информация о различных неэлектрических величинах получается благодаря измерению параметров ультразвуковых колебаний: времени их распространения, затухания амплитуды этих колебаний, фазового сдвига этих колебаний.
Ультразвуковые методы измерения относятся к электрическим методам постольку, поскольку возбуждение ультразвуковых колебаний и прием этих колебаний выполняются электрическим способом. Обычно для этого используют пьезоэлементы и магнитострикционные преобразователи. Ранее были рассмотрены пьезоэлектрические датчики, преобразующие давление в электрический сигнал. Это прямой пьезоэффект. Он используется в приемниках ультразвукового излучения. Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в сжатии и растяжении пьезокристалла, к которому приложено переменное напряжение. Для возбуждения ультразвуковых колебаний и используется этот эффект. Таким образом, пьезоэлемент может использоваться попеременно то излучателем, то приемником ультразвуковых колебаний.
Рис. 1. Эхолот с ультразвуковым датчиком
Магнитострикционные излучатели ультразвука используют явление деформации ферромагнитов в переменном магнитном поле.
Поясним работу ультразвукового датчика на примере эхолота — прибора для измерения глубины моря (рис. 1). При подаче переменного напряжения на пьезоэлемент 1 возбуждаются ультразвуковые колебания, направленные вертикально вниз. Отраженный ультразвуковой импульс воспринимается пьезоэлементом 2. Электрический прибор 3 измеряет время t между посылаемым и принимаемым импульсами. Глубина моря пропорциональна этому времени и скорости распространения звука v в воде:
(1)
Шкала прибора градуируется непосредственно в метрах. Аналогично действует ультразвуковой локатор, определяющий расстояние до препятствия на пути корабля в горизонтальном направлении. Некоторые животные (например, летучие мыши и дельфины) имеют органы ориентировки, действующие по принципу ультразвукового локатора.
Ультразвуковые колебания имеют энергию значительно большую, чем звуковые, поскольку энергия пропорциональна квадрату частоты. Кроме того, сравнительно просто осуществляется направленное излучение ультразвука.
С помощью ультразвуковых датчиков обнаруживают дефекты в металлических деталях: трещины в изделиях, полости в отливках и т. д. Ультразвуковые датчики играют важную роль в дефектоскопии, в неразрушаюших методах контроля. Кроме того, ультразвуковые датчики используются в приборах для измерения расхода, уровня, давления.