|
|
|
ДАТЧИКИ ТОЛЩИНЫ И УРОВНЯДетектор разрыва проволочек состоит из нескольких тонких проводков, вмонтированных в абляционный слой на разных известных уровнях. Когда процесс разложения доходит до очередного проводка, он разрушается, тем самым разрывая электрическую цепь. На рис. 7.46А проиллюстрирована эта концепция. Иногда во все проволочки встраиваются термопары [ 14], которые располагаются строго друг под другом. Такая конструкция обеспечивает строгую очередность разрушения термопар и позволяет оценить температурный профиль защитного слоя и его изменение во времени. 
Рис. 7.46. Встроенные датчики абляции: А — на основе
детектора разрыва проволочек с термопарами из разных металлов х и у, Б — на
основе световодов. В — измерение тонкого слоя жидкости емкостным методом
Рис. 7.47. Принципиальная схема наружного резонансного
датчика абляции (А) и его внешний вид (Б)
Датчик абляции на основе световодов состоит из кварцевых оптоволоконных световодов, встроенных в защитный слой на известной глубине (рис. 7.46Б). Когда процесс разложения доходит до очередного световода, на выходе соответствующего фотодиода появляется электрический сигнал. Этот метод позволяет получить данные о прохождении фронта разложения через определенные точки слоя, но не дает возможности измерить температуру в этих точках, что обеспечивал предыдущий способ. Наружный датчик абляции может быть реализован емкостным методом. В этом случае датчик представляет собой два электрода, которые могут иметь различную форму [13]. Этот датчик включается последовательно с катушкой индуктивности и резистором, подсоединенных к волноводу (к примеру, коаксиальному кабелю). Устройство, отображенное на рис. 7.47, очень напоминает структуру: передатчик — антенна. Резонансная частота полученного RLC контура приблизительно равна: При выполнении условий резонанса вся электромагнитная энергия, поступившая в контур, рассеивается на резисторе. Однако, если вследствие изменения емкости меняется частота контура, часть энергии отражается назад к источнику. Если емкость продолжит изменяться, доля отраженной энергии возрастет. Когда речь идет об антенне, работающей подобным образом, говорят, что она расстроилась. Для определения доли отраженной энергии между источником радиочастотного сигнала и волноводом ставят мостовой измеритель коэффициента отражения (ИКО), часто называемый панорамным измерителем, постоянное напряжение того пропорционально этой доле. После чего производят настройку антенны, для чего выходное напряжение мостовой схемы делается минимальным, при этом передаваемая энергия становится максимальной. Детекторы толщины пленок Датчики для измерения толщины пленок бывают механическими, оптическими, электромагнитными и емкостными. Оптические методы могут применяться только с прозрачными и полупрозрачными пленками. Плоские электроды, имитирующие конденсатор с параллельными пластинами, позволяют получать большие изменения выходного сигнала. Для обеспечения точности измерений эти пластины должны быть строго параллельны исследуемой пленке. Поскольку пленка может быть нанесена на поверхность любой формы, под каждый конкретный случай разрабатываются электроды специальной формы. 
Рис. 7.48. Емкостной датчик для измерения толщины сухой
диэлектрической пленки (А) и форма передаточной функции (Б) [16]
Описан простой емкостной датчик, измеряющий толщину жидких пленок. В нем определяется емкость между двумя некрупными электродами, выступающими над поверхностью жидкости (рис. 7.46В). Жидкость выполняет роль диэлектрика между пластинами конденсатора. Если диэлектрическая проницаемость жидкости отличается от проницаемости воздуха, изменение уровня жидкости приведет к изменению емкости датчика. Этот конденсатор входит в состав частотного модулятора, на вход того подается фиксированная частота. Выходная частота модулятора определяется величиной емкости конденсатора датчика. В работе [16] описан датчик со сферическим электродом, используемый для измерения толщины сухой диэлектрической пленки. Емкость измеряется между металлической сферой (шариком из нержавеющей стали диаметром 3...4 мм) и проводящей подложкой (рис. 7.48А). Для уменьшения краевых эффектов шарик помещается в активный экран, помогающий направлять электрическое поле через диэлектрическую пленку на подложку. Датчики уровня жидкости Известно много способов измерения уровня жидкости. Для этого подходят и ре-зистивный (рис.7.1 Б), и оптический (рис.7.28), и магнитный (рис. 7.24), и емкостной (рис.3.8 главы 3) датчики. Выбор датчика для каждого конкретного случая определяется многими факторами, но, пожалуй, основным из них является тип жидкости. Сложнее всего измерять уровень сжиженных газов, особенно жидкого гелия, обладающего низкой плотностью и низкой диэлектрической проницаемости, не считая того, что он должен храниться в закрытых сосудах Дюара при криогенных температурах. Для таких сложных случаев наиболее подходят датчики, реализованные на основе линии передач. Принцип действия этих сенсоров подобен принципу сенсоров абляции (см. рис. 7.47). На рис. 7.49 отображена конструкция датчика для измерения уровня жидкостей на основе линии передач. Чувствительный элемент напоминает емкостной датчик уровня, отображенный на рис. 3.8 главы 3, однако, его принцип действия не заключается в изменении диэлектрической проницаемости жидкости. Сенсор представляет собой длинную трубку с внутренним электродом, окруженную внешним цилиндрическим электродом. Вся эта конструкция погружается жидкость, заполняющую пространство между электродами до уровня х. На электроды подается высокочастотный сигнал (порядка 10 МГц). Длина сенсора по отношению к длине волны может быть любой, но для обеспечения линейности рекомендуется. Чтобы она была меньше (1/4)Л, [17]. Измерять толщину материала приходится практически везде: и при производстве любых изделий, и при контроле их качества, и при проведении разнообразных исследований и т.д. Существуют различные методы определения толщины: от оптических до ультразвуковых и рентгеновских. В этом сайте будут коротко рассмотрены менее известные из них. Датчики абляции Абляция — это рассеяние тепла при расплавлении или удалении защитного слоя происходящее под действием высоких температур. Системы тепловой защиты (СТЗ), построенные на этом принципе, используются для предохранения внутренних конструкции и оборудования космических кораблей от перегрева во время спуска при входе в атмосферу Земли. Такие СТЗ основаны на химическом разложении или фазовых переходах (или на том и другом вместе) определенных веществ, т.е. на реакциях, проходящих с поглощением тепла при температурах ниже критических для защищаемых объектов. В этом случае попадающая на объект тепловая энергия направляется на плавление, сублимацию или разложение абляционного материала. Скорость удаления абляционного материала прямо пропорциональна тепловому потоку на поверхности объекта. Оценить этот тепловой поток можно, измерив толщину защитного слоя. Следовательно, датчики абляции — это разновидность сенсоров перемещений, которые определяют положение защитного слоя над внешней поверхностью объекта. По полученным данным оценивается толщина оставшегося абляционного слоя и тепловой поток, действующий на объект. Датчики абляции могут быть внутренними (встроенными в защитный слой) и наружными. Встроенные датчики реализуются на основе либо детектора разрыва проволочек, либо преобразователя излучений, либо световодов [13]. Высокочастотный сигнал проходит вдоль линии передач, сформированной двумя электродами. Поскольку диэлектрическая проницаемость жидкости отличается от проницаемости паров, свойства линии передач будут определяться положением границы между жидкостью и паром (другими словами, уровнем жидкости). Высокочастотный сигнал будет частично отражен от поверхности раздела жидкость-пар и вернется назад в верхнюю часть сенсора. В нетой степени эта система напоминает радар, посылающий сигнал к объекту и принимающий отраженный сигнал. Измеряя сдвиг фаз между переданным и отраженным сигналами, определяется положение границы раздела. Сдвиг фаз измеряется при помощи фазового компаратора, на выходе того вырабатывается постоянное напряжение. Более высокая диэлектрическая проницаемость обеспечивает более высокий коэффициент отражения и, соответственно, лучшую чувствительность датчика (рис. 7.49Б). 
Рис. 7.49. Датчик на основе линии передач (А) и его
передаточная функция (В) [17]
.
Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями. |
По вопросам размещения статей пишите на email:
|
