Поплавковые преобразователи (рис.1.10,а) применяются в основном для непрерывного определения уровня, когда положение поплавка вызывает изменение какого-либо параметра преобразующего элемента. Их выходной сигнал отображает текущее значение уровня.
Определение уровня путем измерения проводимости
Если электроды поместить в жидкость, уровень которой измеряется, то изменение проводимости будет отражать ее уровень. Этот метод может быть реализован лишь при измерении уровня электропроводящей жидкости.
Емкостной метод определения уровня жидкости
Электроды погружены в жидкость (рис.1.10,б), уровень которой измеряется. Жидкость используется как диэлектрик между двумя электродами, которые образуют конденсатор. Изменение уровня жидкости означает, что изменяется диэлектрическая постоянная и, следовательно, емкость преобразователя. Этот метод может быть реализован при измерении уровня лишь не проводящих электрический ток жидкостей.
Рис. 12.10
Ультразвуковой метод определения уровня жидкости
Ультразвуковой метод определения уровня жидкости применяется для измерения как дискретных, так и непрерывных значений уровня.
Принцип действия датчиков для определения дискретных уровней жидкостей заключается в том, что ультразвук в жидких средах распространяется иначе, чем в газе. Излучатель (И) и детектор (Д) монтируются в емкости так, что между ними образуется прямой путь волны в газе (рис.1.11,а). Когда уровень жидкости поднимается и она перекрывает преобразователь, ультразвуковые волны существенно поглощаются при прохождении к ранее определенной точке переключения.
Принцип действия датчиков для определения непрерывных уровней жидкостей основан на отражении ультразвуковых волн от поверхности жидкости (рис.1.11,б). Импульсы излучения попадают на поверхность жидкости, отражаются от нее и попадают в детектор. Промежуток времени между излучением и приемом импульса характеризует расстояние от поверхности жидкости до преобразователя.
Рис. 12.11
Измерение температуры
Для измерения температуры наиболее часто используются резистивные или полупроводниковые датчики, термопары. Для измерения высоких температур используются пирометры.
Полупроводниковые датчики, для линейности характеристики которых в них используется p-n-переход в режиме прямого смещения, позволяют получить термометры для измерения температур в диапазоне от –50 до +150°С.
Чтобы ослабить влияние технологического разброса величины начального значения напряжения на p-n-переходе и для увеличения коэффициента передачи чувствительного элемента, несколько p-n-переходов в чувствительном элементе могут включаться последовательно.
В качестве резистивных датчиков температуры в промышленности широко применяются платиновые или медные сопротивления. Наиболее широко распространенными стандартами являются стандарты, представленные в табл.1.1.
Таблица 12.1
| Стандарт | R| t = 0°C, Ом | DR/°C, Ом |
| 50М | 50 | 0,2 |
| 100М | 100 | 0,4 |
| 50Р | 50 | 0,2 |
| 100Р | 100 | 0,4 |
Для преобразования информации от резистивных датчиков обычно используются схемы измерительных преобразователей, которые имеют компенсацию начального значения сопротивления датчика. К таким схемам относятся мостовые или дифференциальные схемы включения. В схеме (рис.1.12, а) в качестве дифференциального усилителя (DA1) используют схему ОУ с высокоимпедансным входом.
Рис. 12.12
Баланс моста соблюдается при Rд = Rо, т.е.
, (12.1)
где RL — сопротивление линии связи. Для получения полностью сбалансированного моста обычно R1 = R2 = R3 = Ro.
Влияние сопротивления линии связи RL на выходное напряжение моста будет существенно ослаблено благодаря автоматическому перераспределению тока I между плечами моста (I1, I2). Входное напряжение усилителя DA1 при этом будет пропорционально изменению сопротивления датчика.
Медные датчики позволяют измерять температуру в пределах от -100 до +200°С, платиновые — от -200 до +500°С. Для измерения температуры в более широком диапазоне используются датчики на основе термопар. Учитывая, что термо-ЭДС пропорциональна разности температур горячего и холодного спаев датчика, при построении приборов необходимо компенсировать температуру холодного спая, для чего могут использоваться медные или полупроводниковые измерители температуры холодного спая. Такие типы датчиков (рис.1.12,б) позволяют измерять температуры до 1000°С.
Интеллектуальные датчики
Термин "интеллектуальные" относится к измерительным преобразователям с подключенной системой датчиков, которые способны выполнять одну из перечисленных ниже функций.
Функции интеллектуальных датчиков:
расширение динамического диапазона преобразования измеряемой величины за счет автоматического выбора предела измерения;
возможность согласования измерительного преобразователя с системой разнородных чувствительных элементов для создания первичного измерительного комплекса;
оптимизация потока измерительной информации, передаваемой по линии связи, за счет использования алгоритмов сжатия и блокирования измерительного процесса;
первичная обработка измерительной информации в виде применения фильтрующих алгоритмов или алгоритмов быстрого преобразования Фурье.
