Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

Одной из основных общих черт современных технологических машин, определяющих практически все современные производственные технологии, является проведение точных и достоверных прецизионных измерений параметров технологических процессов.

Для, например, машиностроительных технологий наиболее важным оказывается проводить с максимальной точностью измерение величин, называемых механическими: перемещения, скорости, ускорения, силы деформации, давления и др. В то же время, по вполне понятным причинам, всего удобнее измерять электрические величины: силу тока или напряжение в какой-либо цепи, плотность зарядов и т. д. Поэтому «сердце» практически любого современного датчика - так называемый МЭП - механоэлектрический преобразователь, который измеряемой механической величине ставит в однозначное соответствие значение некоторый набор электрических величин.

Запатентованы десятки МЭП. Некоторые из них устарели и вытесняются или уже вытеснены более совершенными. Некоторые пока существуют большей частью на бумаге; в силу технологических или иных причин их время еще не наступило. Разнообразие МЭП продиктовано целесообразностью: случается так, что, например, относительно малые скорости удобнее измерять датчиками одного типа, средние - другого, большие - третьего и так далее, в зависимости от требуемой точности и рассматриваемых скоростей.

В основу действия любого механоэлектрического преобразователя положен некоторый физический принцип. Зная его, можно понять, как работает датчик. Рассмотрим вначале элементарные принципы.

Тензорезисторы - близкие и более универсальные родственники устаревших реостатных преобразователей. Первая часть слова «тензорезистор» обозначает «натягивать», «напрягать», вторая- «сопротивление». При воздействии механических нагрузок на проводящие элементы происходит их деформация, и все величины, от которых зависит электрическая проводимость, изменяются. Следовательно, в тензорезисторах собственно силам, моментам, давлениям - опять-таки сопоставляется определенная сила тока в некоторой цепи.

Электродинамические эффекты

Работа многих МЭП связана с электродинамическими эффектами, проявляющимися, в частности, в силу законов Фарадея и Ампера. Такие МЭП связаны с двумя фундаментальных явлениями - электромагнитной индукции (возникновении ЭДС в замкнутом проводящем контуре при изменении параметров магнитного поля, в которое этот контур помещен), и возникновении силового взаимодействия между проводником с током и магнитным полем.

Преобразователи такого типа используются широко. Они не требуют привлечения сторонних источников энергии и экономичны.

Емкостные и индуктивные МЭП

Так как уменьшение зазора между пластинами конденсатора его емкость вырастет, а реактивное сопротивление, оказываемое переменному току - упадет. Поэтому, если сконструировать преобразователь в виде конденсатора с одной подвижной пластиной, то с его помощью легко мерить даже сверхмалые перемещения. Аналогичные измерения можно проводить и при изменении длины подвижного сердечника, вводимого в катушку индуктивности.

Интересно отметить, что силовые факторы могут и непосредственно влиять на индуктивность катушек. Это обстоятельство связано с явлением магнитоупругости: при организации силового воздействия на ферромагнитный сердечник создается механическое напряжение, изменяющее его магнитную проницаемость, а следовательно, и индуктивность катушки, и ток в анализируемой цепи.

Использование пьезоэффекта

При растяжении или сжатии некоторых кристаллов (самый известный - кварц) на их границах возникают поверхностные электрические заряды. В наиболее простом случае это выглядит так. Изготовленный из специальной пьезокерамики или кристалла пьезоэлемент, имеющий, например, форму прямоугольного параллелепипеда, снабжают плоскими металлическими электродами. Один ставят на верхней грани элемента, второй - на нижней. Если кристалл сдавить, то на верхнем электроде образуются, например, отрицательные заряды (на нижнем - соответственно положительные). Очевидно, такой элемент может служить прекрасным МЭП. Пьезоэлектрические МЭП - одни из самых распространенных. При их посредстве измеряют силы, деформации и ускорения и другие величины.

В настоящее время работа над новыми типами датчиками переживает настоящий «бум». С очевидностью можно констатировать, что в ближайшие годы будет осуществлен тотальный переход к бесконтактным методам измерений.