Сенсоры линейного перемещения. Поршневые и поплавковые сенсоры.

Известным видом механических чувствительных элементов, в которых первичный сигнал появляется в форме линейного перемещения, являются поршни. На одной стороне подвижного поршня в герметически закрытой части цилиндра находится газ, а с другой стороны – среда, в которой измеряется давление. Это может быть тоже газ или жидкость. Когда измеряемое давление возрастает, подвижный поршень перемещается, сжимая газ в закрытой части цилиндра до тех пор, пока его давление не уравняется с внешним. Когда измеряемое давление уменьшается, то поршень перемещается в противоположном направлении до достижения нового состояния равновесия. А движение поршня приводит в действие механизм отсчета давления. На рис. 3.5, б показан один из поршневых манометров, в котором движение поршня механически превращается в поворот стрелки. Связь поршня с узлом отсчета не обязательно должна быть механической, а может быть, например, магнитной или оптической.

Следующим известным механическим чувствительным элементом с линейным перемещением является поплавок. Это один из древнейших видов сенсоров – такой же древний, как ловля рыбы на удочку, когда поплавок используют в качестве сенсора клёва рыбы. В датчиках уровня жидкости используют тот факт, что поплавок перемещается вместе с перемещением поверхности жидкости. А его перемещения могут быть разными способами преобразованы в электрические, визуальные или другие виды сигналов. На рис. 3.6, а например, показан поплавок 1, жестко связанный с подвижной трубкой. При поднятии уровня жидкости, поплавок всплывает, и вместе с ним поднимается трубка. Ее верхний конец виден сквозь прозрачное окошко 2 со шкалой, установленное над резервуаром. В сенсоре, показанном на рис. 3.6, б, поплавок 1 может свободно перемещаться вдоль трубки 3, отслеживая уровень жидкости в резервуаре. Принцип преобразования линейного перемещения поплавка в электрический сигнал раскрывается на рис. 3.6, в, г. Внутри трубки 3 размещена плата с резисторами, последовательно включенными в электрическую цепь, и микропереключателями, которые приводятся в действие магнитным полем.

Небольшие постоянные магниты размещены в теле поплавка. В каждый момент срабатывает лишь тот переключатель, который располагается внутри поплавка и поэтому подвержен действию магнитов. Сопротивление электрической цепи прямо зависит от местоположения поплавка и, следовательно, – от уровня жидкости.

Еще одна конструкция поплавкового сенсора показана на рис. 3.6, д. Здесь поплавок жестко прикреплен к одному концу трубки, противоположный конец которой закреплен на оси. При повышении уровня жидкости и всплывании поплавка, трубка поворачивается вокруг оси и при некотором уровне жидкости замыкает электрический контакт или перекрывает отверстие, через которое течет жидкость.

Для измерения плотности жидкостей часто применяют ареометры. Ареометр состоит из полой стеклянной, металлической или пластмассовой капсулы 4 (рис. 3.6, е), к которой прикреплена тонкая " шейка" со шкалой 5. Капсулу 4 заполняют дробью с таким расчетом, чтобы капсула была полностью погружена в контролируемую жидкость, но не тонула в ней, а плавала, и часть шейки со шкалой 5 выступала над поверхностью жидкости.

Примером чувствительных элементов, в которых первичные сигналы появляются в виде линейного перемещения, служат также жидкости в сообщающихся сосудах. Одним из примеров является широко известный ртутный барометр – сенсор атмосферного давления, устройство и принцип действия которого Вы, несомненно, проходили в школе. Еще один пример чувствительного элемента с линейным перемещением – подвижная игла " звукоснимателей", которая до середины прошлого века широко применялась для " считывания" речи, пения, музыки, записанных на распространенных тогда граммофонных пластинках.