Глава 11 струнные датчики

§ 11.1. Назначение и принцип действия

Для измерения неэлектрических величин применяется и частотней метод, при котором измеряемая величина преобразует­ся в переменное напряжение, частота которого зависит от этой ве­личины. Достоинством частотного метода измерения является то, что в процессе передачи и дальнейшей обработки частотного вы­ходного сигнала не возникает дополнительной погрешности. Дей­ствительно, если выходным сигналом датчика является напряжение, то при передаче такого сигнала на расстояние происходит падение напряжения на проводах линии связи. Если выходным сигналом датчика является, например, сопротивление, то к нему добавляется сопротивление проводов линии связи. А в частотном методе изме­рения наличие сопротивления проводов линии связи и внутреннего сопротивления измерительного прибора не изменяют частоту сигна­ла. Еще одним достоинством частотного сигнала является удобство преобразования его в цифровой код. Это особенно важно в связи с развитием в последнее время цифровых измерительных приборов и применением в автоматике цифровых вычислительных машин.

Наибольшее развитие для преобразования неэлектрических ве­личин в.частоту получили струнные датчики. Принцип действия струнного датчика основан на зависимости собственной частоты ко­лебаний натянутой струны длиной и массой m от силы натяжения F:

Струнные датчики используются в приборах для измерения си­лы, давления, расхода, температуры и др. При воздействии на струну измеряемой силы струна практически не растягивается, по­этому первичный преобразователь (например, мембрана в датчике давления) работает, почти не деформируясь. Это обстоятельство существенно снижает погрешность измерения из-за механического гистерезиса и упругого последействия материала первичного пре­образователя.

Струнный датчик (рис. 11.1) состоит из струны /, возбудителя 2 и приемника 3. Одним концом струна жестко закреплена, а дру­гим концом соединена с первичным преобразователем, например

мембраной 4 на рис. 11.1. При из­менении давления Р изменяется си­ла натяжения струны. С помощью возбудителя 2, которым может быть электромагнит, струна выво­дится из состояния равновесия и начинает колебаться с частотой f , определяемой давлением Р. Прием­ник 3 преобразует перемещение струны с частотой f в электрический сигнал такой же частоты. В каче­стве приемника 3 может.использо­ваться индуктивный, емкостный или любой другой датчик. На практике

чаще всего применяют электромагнитный датчик. Дело в том, что он может попеременно выполнять функции то возбудителя, то при­емника. Когда на его обмотку подается напряжение, то он соз­дает электромагнитную силу притяжения струны и возбуждает ее колебания. А когда струна уже колеблется, то с этой же об­мотки снимается переменное напряжение, частота которого равна частоте колебаний струны.

Струнные датчики используются в двух режимах: автогенера­торном и в режиме работы по запросу. В первом случае струна по­стоянно колеблется, а во втором — работает в более легких усло­виях, срок службы ее увеличивается и датчик получается несколь­ко проще.