Влияние эксплуатационных факторов на параметры и работоспособность датчиков линейного перемещения .

Оглавление


Введение
Датчики – основа современных АСУ
Основные эксплуатационные факторы, влияющие на работу датчиков
Воздействие эксплуатационных факторов на работу датчиков
Заключение
Использованные источники

Влияние эксплуатационных факторов на параметры и работоспособность датчиков линейного перемещения .

Количественно температурные изменения могут достигать от -256 С (например, при изменении давления в баллоне с жидким водородом), до 3000 С и выше (при измерениях давления в камере сгорания реактивного двигателя).Вибрации. Измерения при воздействии вибраций весьма часто имеют место при проведении различного рода экспериментальных исследований, например, при отработке узлов современных автомобилей, дизелей, самолетов.Диапазоны амплитуд и частот вибраций различны для различных объектов и их узлов и достигают 1000g (g 9,81 м/с2) по амплитудам виброускорений и 50 000 Гц по частоте.Вибрационный процесс так же, как и тепловой, может носить стационарный и нестационарный характер. Стационарный вибрационный процесс имеет ограниченный частотный диапазон и может описываться спектром амплитуд виброускорений. Однако более широкое распространение получило задание зависимости амплитуды виброускорений от частоты с отдельными указаниями о величинах виброперемещений на низких частотах, например такое: амплитуда виброускорений изменяется линейно в пределах от 1 м/с2 до 300 м/с2 в диапазоне частот от 20 Гц до 10 кГц; амплитуда виброперемещений составляет 1 мм на частоте 10 Гц. Таких указаний, как правило, оказывается достаточно для проектирования системы виброзащиты и организации испытаний.Нестационарный вибрационный процесс отличается от стационарного наличием ударов. Удар представляет собой затухающий переходный процесс с высокой интенсивностью фронтального импульса. Удар характеризуется длительностью импульса и амплитудой ударного ускорения. Существенное значение для проведения испытаний датчиков имеет количество ударов и их частота.Вибрации вызывают повреждения конструкции в местах сочленения узлов, обрыв проводников вследствие относительного перемещения, повреждения усталостного характера при продолжительном действии вибраций, перенапряжение конструкции вследствие приложения больших усилий.Уровень акустического давления. Для характеристики эксплуатации датчиков в условиях воздействия акустических шумов обычно задают максимальный уровень акустического давления и частотный диапазон звуковых колебаний. При испытании современных технических устройств и в процессе их эксплуатации на датчики могут действовать акустические шумы интенсивностью 150 -175 дБ и выше.Влажность. Влажность практически постоянно присутствует в числе характеристик комплекса внешних условий. Она задается в относительных единицах (процентах) при определенной температуре, например: относительная влажность 80% при температуре 40° С. Высокая влажность может привести к быстрому разрушению электрических и механических элементов датчиков, снижению сопротивления изоляции, электрическому пробою, коррозии металлических элементов, снижению их механических характеристик. Основные способы защиты от влажности - герметизация, применение влагостойких покрытий и различного рода влагопоглотителей.Пониженное давление. В условиях пониженного давления датчики могут работать на самолетах, радиозондах, в космическом пространстве. Пониженное давление задается в миллиметрах ртутного столба или в паскалях. В реальных случаях датчик может оказаться в условиях пониженного давления(0,1-5 мм рт. ст.). В условиях пониженного давления происходит выделение газов различными материалами и резко понижается сопротивление изоляции воздушных промежутков. Основное средство защиты - герметизация.Колебания питающих напряжений. Они в той или иной мере оказывают влияние на выходные характеристики практически всех датчиков, в основном приводя к изменению их чувствительности. Это в равной степени относится как к напряжению переменного тока промышленной сети, так и к автономным источникам питания, находящимся на борту различных движущихся объектов. Основное средство защиты - стабилизация напряжения.Электромагнитные поля. Влияние магнитного поля Земли и других источников электромагнитного излучения на датчики проявляется в возникновении паразитных ЭДС, наводимых в катушках индуктивности. Защита от электромагнитных полей, как правило, заключается в использовании проводящих металлических материалов для изготовления корпусов (кожухов и т. и.) датчиков.Агрессивная среда. Работа в агрессивных средах имеет место при контроле и исследовании режимов и параметров различных химических процессов, измерении давлений и расходов химически активных веществ в резервуарах, баках, трубопроводах и т. п. Элементы датчика, находящиеся в процессе эксплуатации В контакте с агрессивной средой, выполняют из материалов, стойких к воздействию соответствующей среды, например из различных марок нержавеющих сталей. В противном случае возможно быстрое разрушение материалов, ухудшение их механических и электрических свойств. Внутренние полости датчиков, как правило, герметизируют.Радиация. Радиация - сложное физическое явление. Это потоки частиц, электронов, нейтронов, -излучение и т. д., причем каждые из них обладают энергией. Энергии частиц или -квантов, проходящая в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной к излучению, называется интенсивностью излучения. Интенсивность излучения может оцениваться его ионизационной способностью, определяемой значением экспозиционной дозы.Основные методы защиты: экранирование слоем материала с высокой плотностью или мощным магнитным полем.В числе прочих факторов, определяющих условия эксплуатации датчиков, можно назвать статическое давление (для датчиков пульсирующих давлений), линейные и угловые низкочастотные ускорения и др.В отдельных руководствах и нормалях, выпускаемых различными ведомствами, условия эксплуатации датчиков разделяют на категории и группы в соответствии с интенсивностью и количеством воздействующих факторов. Такое разделение весьма удобно как для изложения требований технических заданий, так и для организации процесса проектирования и испытаний.Вообще говоря, влияние внешних условий на датчик и связанную с ним систему может быть трех видов. Во-первых, непосредственное воздействие внешних условий на сам датчик. Возможно, что температура окружающей среды преобразователя давления является чрезмерно высокой и вызывает плавление деталей прибора или датчик, измеряющий температуру двигателя, не выдерживает вибраций, возникающих при нормальной работе последнего.Во-вторых, если известно, что датчик непосредственно под действием внешних условий не разрушается, то надо выяснить, сохраняет ли он точность в течение длительного времени. Может оказаться, что у прибора под действием внешних условий ухудшаются с течением времени точностные характеристики до уровня, который был неприемлем в момент его установки в систему. Если датчик ухудшает свои точностные характеристики, его нужно заменить на новый, однако эта проблема является особой и здесь не рассматривается.В-третьих, влияние внешних условий на линии связи между потребителем информации и датчиком, хотя при этом они влияют на датчик косвенно.Воздействие эксплуатационных факторов на работу датчиковНа смену кнопочно-релейным пультам приходят микропроцессорные автоматические системы управления технологическим процессом высочайшей производительности и надежности, датчики оснащаются цифровыми интерфейсами связи, однако это не всегда приводит к повышению общей надежности системы и достоверности ее работы. Причина заключается в том, что сами принципы действия большинства известных типов датчиков накладывают жесткие ограничения на условия, в которых они могут использоваться. [3, 36]Влияние температурыТемпература влияет как на электрические, так и на магнитные параметры преобразователей построенных электро-магнитных принципах вызывая паразитные тепловые токи в цепях. [4,230] . Например, магниторезистивное отношение сильно зависит от температуры. Нагрузочная способность магниторезистора определяется тем предельным значением температуры перегрева, который допускается для магниторезистора при условии, что он не будет выведен из строя. Значение этой температуры равно примерно 150-327 С. Значение нагрузочной способности в значительной степени определяется условиями теплоотдачи магниторезистора. Так, например, она возрастает примерно в 10 раз, если магниторезистор наклеивается на массивное металлическое основание. Температурный коэффициент сопротивления магниторезисторов зависит от материала, магнитной индукции и температуры. Чем больше чувствительность магниторезистора, тем больше его ТКС. Для температурной компенсации применяют добавочные сопротивления и на магнитные шунты с соответствующим образом подобранными температурными коэффициентами. В результате воздействия повышенной температуры н потенциометрические датчики происходит тепловое старение, в результате чего параметры потенциометра претерпевают необратимые изменения. Максимальная допустимая температура нагрева ограничивается заданной допустимой температурой окружающей среды и допустимой температурой нагрева резистивного элемента и конструкционных элементов потенциометра. Использование потенциометров в условиях, превышающих эти ограничения, недопустимо, так как может привести к резкому, а в ряде случаев и к необратимому изменению параметров, способствует ускоренному окислению проводящих материалов и контактов, изменению модулей упругости пружин и ухудшению изоляционных свойств диэлектриков. При высоких уровнях перегревов происходит перегорание резистивного элемента (обрыв).[3,стр. 36]При отрицательных температурах на поверхности подвижного контакта и контактной дорожки могут конденсироваться из окружающей среды пары влаги н продукты испарения изоляционных материалов оснований, корпусов и т. п. Это является одной из основных причин встречающихся в эксплуатации случаев резкого увеличения контактного сопротивления и даже нарушения контактирования. Наиболее радикальным средством борьбы с указанными явлениями является герметизация потенциометров (с заполнением сухим инертным газом).При циклическом изменении температуры (от крайней положительной до крайней отрицательной) в местах соединений разнородных по тепловому расширению материалов и внутри них возникают знакопеременные перенапряжения. Они могут привести к появлению микротрещин, к ослаблению винтовых соединений, расшатыванию деталей и узлов. При последующей эксплуатации в микротрещины возможно проникновение влаги. Для уменьшения влияния этого фактора на этапе проектирования необходимы правильный выбор н согласованность коэффициентов теплового линейного расширения элементов конструкции потенциометра.Струнные же датчики имеют низкую температурную чувствительность. А вот эффективность использования лазерного интерферометра в значительной мере зависит от стабильности коэффициента преломления среды, который в свою очередь сильно зависит от температуры среды.Влияние давления и влажностиИзменения давления и влажности также сильно меняют коэффициент преломления среды, что вносит погрешность в работу лазерного интерферометра.Повышенная влажность окружающей среды наиболее сильное влияние оказывает на электрическую прочность, сопротивление изоляции и на контактное сопротивление. [3, стр. 37]На поверхности корпусов, осей и выводов потенциометров, а также на деталях подвижной системы и резистивиом элементе, находящихся в воздушной среде, всегда имеется пленка адсорбированной влаги. Толщина и загрязненность этой пленхи определяют в основном степень влияния ее на параметры потенциометра. Толщина пленки влаги зависит от относительной влажности, температуры и загрязненности поверхности материалов потенциометра. Влага может проникать и во внутрь материалов через микропоры и даже через межмолекулярную и внутримолекулярную пористость. Уменьшение сопротивления и электрической прочности изоляционных материалов происходит в результате объемного и поверхностного увлажнения.