75419

Сенсори. Аналогові сенсори. Сенсори положення, кута, віддалі та товщини

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Сенсори положення кута віддалі та товщини. Аналогові сенсори За допомогою аналогових сенсорів перетворюють механічні величини наприклад зміну положення або електричні величини наприклад зміну потужності на електричні сигнали напруги або струму. Сигнали з вимірювального перетворювача можуть бути представлені у фізичних величинах наприклад у випадку перетворювача положення в мм. Сенсори положення кута віддалі та товщини Потенціометричні контактні сенсори При пересуванні ковзного контакту в поступальному потенціометрі або повороту...

Украинкский

2015-01-12

575 KB

4 чел.

ЛЕКЦІЯ 16

Сенсори. Аналогові сенсори. Сенсори положення, кута, віддалі та товщини.

Сенсорика

У системах керування, регулювання, нагляду і гарантії використовуються різного виду сенсори (давачі), які інформують про роботу і стан машин та обладнань, що реалізують відповідний процес. В залежності від виду вихідних сигналів, сенсори поділяються на аналогові, бінарні та цифрові.

Аналогові сенсори

За допомогою аналогових сенсорів перетворюють механічні величини, наприклад, зміну положення, або електричні величини, наприклад, зміну потужності, на електричні сигнали напруги або струму.

У випадку спостереження, сенсори можуть використовуватись як вимірювальні перетворювачі.

Під спостереженням розуміється встановлення зв'язку між вимірювальною величиною і показом. Сигнали з вимірювального перетворювача можуть бути представлені у фізичних величинах, наприклад, у випадку перетворювача положення в мм.

Сенсори положення, кута, віддалі та товщини

Потенціометричні контактні сенсори

При пересуванні ковзного контакту в поступальному потенціометрі або повороту контакту в обертальному потенціометрі змінюється його опір(рис. 16.1 і рис. 16.2). Використовуючи потенціометр як подільник напруги отримуємо сигнал напруги , який залежить від поступального або кутового переміщення контакту (рис. 16.3).

       

               Рис. 16.1. Поступальний потенціометр.          Рис. 16.2. Обертальний потенціометр.

Рис. 16.3. Потенціометр як подільник напруги.

Коли потенціометр ненавантажений або мало навантажений (), наприклад, під час під'єднання до нього цифрового вольтметра або вимірювального підсилювача, вихідний сигнал напруги пропорціональний поступальному або кутовому переміщенню контакту. При струмовому навантаженні залежність між переміщенням і вихідним сигналом нелінійна.

У вимірювальних потенціометрах шар опору виконаний з провідної синтетики, яка стійка до стирання - дозволяє виконати до  ковзань. Контакти виконуються з дорогоцінних металів в багатопальцевому вигляді, з еластичними амортизаторами коливань. Нелінійність типового потенціометра не перевищує 1%. Довжина відомих поступальних потенціометрів є у межах від 10 мм до 2 м. Обертальні вимірювальні потенціометри мають діапазон вимірювання від 0° до 360°.

Поступальні потенціометри застосовуються як перетворювачі, наприклад, для вимірювань положення частин машин. Обертальні потенціометри застосовуються для вимірювань кута повороту, наприклад, для вимірювання кутового положення суглобів в промисловому роботі.

Безконтактні потенціометричні сенсори

В безконтактних потенціометрах елементом опору є диференціальний магніторезистор (рис. 16.4). 

Магніторезистори - це малі напівпровідникові елементи, опір яких збільшується при збільшені напруженості магнітного поля. В поступальних та обертальних перетворювачах застосовуються два магніторезистори, на які діє постійний магніт (рис. 16.5).

                           

                             Рис. 16.4.

Магніторезисторний потенціометр.                                                 Рис. 16.5.

                                                                            Структура, схемасполучень і х-ка                                                                                              магніторовідногообертального сенсора

У випадку наближення керувального магніту, збільшується напруженість магнітного поля в околі магніторезистора R1, тоді як напруженість магнітного поля в околі магніторезистора R2 зменшується. Завдяки цьому опір R1 збільшується, а опір R2 зменшується (рис. 16.5). Відповідно до співвідношення опорів змінюється вихідний сигнал сенсора. Ця безконтактна зміна опору уможливлює безконтактну будову сенсора. Похибку зумовлює тільки опір тертя в опорах. Помилка на лінійній ділянці характеристики становить біля 2 %.

Обертальні магніторезисторні потенціометри використовуються для вимірювання коливань, для контролю положення підшипників, як давачі положення у відповідальних системах керування в педалях гальм та руху транспортних електричних засобів.

Поступальні магніторезисторні потенціометри використовуються для вимірювання малих переміщень, наприклад, в захоплювачах роботів, а також як давачі початкового положення частин машин.

Індуктивні сенсори положення з феритовим осердям

В індуктивних сенсорах положення чутливим елементом є диференціальна обмотка на залізному осерді (рис. 16.6). Коли залізне осердя знаходиться посередині сенсора, опір обидвох частин обмотки однаковий. Якщо осердя пересувається вліво, збільшується індукція лівої половини обмотки і зменшується правої. Одночасно з цими змінами відповідно змінюються імпеданси в обидвох частинах обмотки.

Рис. 16.6. Індуктивний сенсор положення зі схемою перетворення.

Визначення змін імпедансів відбувається за допомогою вимірювального мостика змінного струму (рис. 16.6). Він складається з напівмостика опорів, який доповнений імпедансами до повного моста, генератора змінного струму частотою 5 кГц, який живить мостик, системи врівноваження модуля і фази для виставлення нуля, підсилювача та демодулятора - випростувача.

Під час пересування залізного осердя рівновага мостика порушується, при цьому виникає поперечна напруга ~. Щоб визначити зміну положення на підставі зміни напруги ~, необхідна демодуляція сигналу через випрямлення. З цією метою вивертається фаза кожної парної півхвилі генерованої напруги (рис. 16.7.).

Рис. 16.7. Демодуляція через випрямлення.

Індуктивні сенсори виконуються як стержневі або штовхальні для переміщень від 1 мм і до 1 м. У штовхальній версії стержень підпирається пружиною. Роздільна здатність вихідного сигналу становить біля 0,1 %, тобто при номінальному діапазоні переміщення 10 мм ще може бути розпізнана зміна положення порядку 10 мкм. Лінійність становить біля 1 %. тобто при номінальному діапазоні переміщень 10мм похибка становить біля 100 мкм.

Індуктивні сенсори положення застосовуються для вимірювання товщини деталей, як перетворювачі переміщення машинних столів, в захоплювачах роботів для вимірювання переміщення хапальних кінцівок, для вимірювання коливань в дослідницьких системах тощо.

Індуктивні сенсори положення

Принцип дії цих сенсорів базується на зміні індуктивності  котушки при наближенні до феромагнітного предмету, наприклад, стального (рис.  16.8).

Рис. 16.8. Безконтактний індуктивний сенсор положення.

Друга котушка з стальною пластинкою, яка служить для настроювання і яка розміщена всередині сенсора, уможливлює вимірювання з використанням мостика змінного струму.  Залежність між вихідним сигналом сенсора і положенням контрольованого предмету лінійна тільки для дуже малих змін положення і залежить від феромагнітних властивостей і вигляду предмету, який наближається. Ця залежність визначається експериментально. Називається ця дія калібруванням. Вимірювані віддалі - до 1 мм. Безконтактні індуктивні сенсори положення використовуються для вимірювання переміщень рухомих предметів, наприклад, крен веретена токарного верстата при навантаженні або для вимірювання зварювальних щілин та положення краю бляхи при зварюванні за допомогою роботів.

Сенсор зміни власної індуктивності (FLDT), (англ. швидкий лінійний перетворювач переміщень) складається з циліндричної котушки з феритовим екраном, вбудованої  у втулку з благородної сталі (рис. 16.9).

Рис. 16.9. Сенсор зміни власної індуктивності (FLDT).

В котушку входить рухома алюмінієва трубка з товщиною стінок біля 1 мм. Котушка живиться змінним струмом частотою І біля 100 кГц. Створюване високочастотне магнітне поле наводить в зовнішньому шарі алюмінійової трубки  вихрові струми, які згідно з правилом Ленца, нейтралізують магнітне поле в частині зануреної в сенсор трубки. В результаті цього індуктивність котушки залежить від довжини тієї частини трубки, в якій ще є магнітне поле. Отже, переміщення алюмінієвого осердя впливає на зміну індуктивного опору.

Сенсор зміни взаємної індуктивності –трансформаторний (LVDT), англ. лінійно змінний диференційний трансформатор) є диференційним трансформатором. Оснащений рухомим феромагнітним осердям та двома вторинними обмотками (рис. 16.10). Принцип вимірювання полягає в зміні магнітної взаємодії між первинною і вторинною обмотками.

Рис. 16.16. Трансформаторний сенсор (LVDT).

В дуже спрощеній вимірювальній системі (рис. 16.11) кожна з вихідних напруг випрямляється в одному з двох протилежних мостикових систем. Результуючі струми І21 і I22 протікають через вимірювач струму А, який - у випадку однакових вихідних напруг - показує нульове значення. При пересуванні осердя ці струми приймають різні значення. Показ вимірювача струму відповідає величині переміщення осердя, знак - напрямку переміщення.

Рис. 16.11. Диференціальний трансформатор зі спрощеною схемою вимірювання.

Трансформаторні сенсори оснащені електронними системами, які виробляють змінну напругу живлення частотою біля 20 кГц, а також системами демодуляції, фільтрування та підсилення сигналу на виході трансформаторних обмоток. Ці сенсори можуть живитися також постійною напругою. Трансформаторні сенсори звичайно оснащені інтегрованою електронікою і можуть живитися постійною напругою.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2915. Несущие конструкции деревянного каркаса здания 2.69 MB
  Несущие конструкции деревянного каркаса здания Классификация, особенности конструирования и расчета дощатоклееных колонн, балок, рам и арок, цельнодеревянных и металлодеревянных ферм. Дощатоклееные балки обладают рядом преимуществ перед другими сост...
2916. Курс Теоретической Механики 1.71 MB
  Курс Теоретической Механики. Теоретическая механика – изучает равновесие и движение тел под действием приложенных к ним сил. СТАТИКА. Статика рассматривает: замена одной системы сил другой, ей эквивалентной, равновесие тел под действием при...
2917. Бухгалтерский учет 2.08 MB
  В условиях перехода страны на рельсы рыночных отношений бухгалтерский учет является основным звеном формирования экономической политики, инструментом бизнеса, одним из главных механизмов управления производственным процессом и продажей продукции (ра...
2918. Доказательство эквивалентности условий минимальности, индуктивности и обрыва убывающих цепей 1.19 MB
  Одной из наиболее важных и принципиальных аксиом математики является аксиома математической индукции. Как правило, она формулируется и применяется для упорядоченного множества натуральных чисел N. Наиболее распространенная ее форма имеет вид: Если ...
2919. Способы измерения производительности компрессоров 1.95 MB
  Способы измерения производительности компрессоров Цель: Изучить способы и устройства  для измерения производительности (подачи) компрессоров и определить производительность поршневого компрессора в конкретных условиях эксплуатации...
2920. Электрические машины 1.68 MB
  Получение теоретических и практических знаний по математическим методам исследования электромеханических переходных процессов в электрических машинах (ЭМ), влияния различных технологических факторов и параметров ЭМ и питающей сети на статические и д...
2921. Физические основы электроники 85.5 KB
  Выпрямительные ПП диоды. Особенности конструкции. ВАХ. Основные параметры. Уравнения коллекторных токов для схем включения ОБ и ОЭ. Коэффициенты передачи тока, их соотношения. Выпрямительные ПП диоды. Выпрямительный...
2922. Разработка маршрутной технологии изготовления вала-шестерни 741 KB
  В данном курсовом проекте в качестве узла представлен фрагмент червячно-цилиндрического редуктора. Редуктором называют механизм, состоящий из одной или нескольких механических (зубчатая, цепная, червячная и т.д.) или гидравлических передач...
2923. Висячие мосты 1.64 MB
  Висячий мост — мост, в котором основная несущая конструкция выполнена из гибких элементов (кабелей, канатов, цепей и др.), работающих на растяжение, а проезжая часть подвешена. Работа висячих конструкций на растяжение позволяет полностью...