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

42257. Микропрограммирование кмашинных манд СМ ЭВМ 72 KB
  Знакомство с принципами микропрограммной эмуляции ЭВМ с программным управлением, микропрограммирование машинных команд СМ ЭВМ.
42258. Создание экспертной системы с помощью программы VP-EXPERT 97 KB
  VP-EXPERT – интеллектуальная программа, способная делать логические выводы на основании знаний в конкретной предметной области и обеспечивающая решение специфических задач. VP-EXPERT и другие экспертные системы призваны заменить специалиста в конкретной предметной области, то есть решать задачи в отсутствии эксперта
42259. ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТАКТОРОВ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 79 KB
  В работе исследуются коммутационные процессы и динамические характеристики по результатам осциллографирования соответствующих процессов на контакторах постоянного МК1 и переменного РПУ1 тока. Исследование нагрузочной характеристики производится на препарированном образце контактора постоянного тока серии МК1. Устройство контакторов Контактор постоянного тока серии МК1 выполнен на номинальный ток 40 А и напряжение 220 В.
42260. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИЗМ 344.5 KB
  Определив погрешности для нескольких положений призмы и решив систему уравнений связывающих погрешности с клиновидностью развертки находят абсолютное значение углов и величину пирамидальности призмы. Измерив расстояние между ними по горизонтали Г и вертикали В рассчитывают  45 и пирамидальность  призмы: Рис. Погрешность взаимного расположения поверхностей образующих угол 90 90 контролируют по схеме работы призмы как БР 180 рис. Точку пересечения ребер призмы находят по трем подвижным бликам.
42261. Дослідження запиленості і очистки повітря 171 KB
  Мета роботи вивчити запилення повітря дисперсність пилу ефективність пило очистки. При оцінці токсичної дії пилу враховуються такі фактори: хімічний склад дисперсність форма частинок розчинність у воді. В результаті цього залежно від токсичності пилу уражуються ті чи інші органи людини.10 мало небезпечні речовини – 10 Для попередження професійних захворювань необхідно щоб в вітрі робочої зони вміст пилу був нижчий гранично допустимої концентрації ГДК .
42263. Экспертные системы. Продукционные экспертные системы 67 KB
  Экспертные системы интеллектуальная программа способная делать логические выводы на основании знаний в конкретной предметной области и обеспечивающая решение специфических задач.
42264. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЕ КОММУТАЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ МКС 26 KB
  Изучение конструкции и исследование коммутационных возможностей МКС на АТСК100 2000. Изучить конструкцию 2х и 3х позиционных МКС. Определить коммутационные возможности каждого типа МКС.
42265. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ОСИ В ОДНООСНЫХ КРИСТАЛЛАХ КОНОСКОПИЧЕСКИМ МЕТОДОМ 4.42 MB
  Поэтому при изготовлении деталей необходимо знать положение оптической оси относительно рабочих поверхностей детали. Одним из методов определения ее положения является коноскопический основанный на том что в направлении оптической оси кристалла у одноосного кристалла оптическая ось совпадает с кристаллографической анизотропия оптических свойств отсутствует. Он состоит из широкого источника света S скрещенных поляризатора П и анализатора А кристаллической пластины К вырезанной перпендикулярно оптической оси кристалла и двух...