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

31024. Внешняя политика Петра 1 28.5 KB
  Вместо борьбы с Турцией за южные моря Россия начала борьбу со Швецией намереваясь отвоевать потерянные в Смутное время русские владения у Финского залива. В 1700 русские объявили шведам войну. После в Прибалтике началась малая война русские и шведы вели бои местного назначения. В 1710 русские захватили Ригу Таллин Выборг.
31025. Внешняя и внутренняя политика России 1725 – 1796 18.91 KB
  Екатерина золотой век русского дворянства просвещенная монархия. 1733 1735 польская кампания поддерживали Августа III 1735 1739 русскотурецкая война 1736 захват русскими Азова действия войск в Крыму 1737 взятие крепости Очаков Сентябрь 1739 Белградский мир между Россией и Турцией 1741 1743 Русскошведская война началась по инициативе шведов 1743 Абоский мир 1756 1763 Семилетняя война 1757 Россия вступает в войну победа в сражении при ГроссЕгерсдорфе Апраксин 1758 взятие Кенигсберга Цорндорф...
31026. Внешняя политика в царствование Александра I 20.61 KB
  Участие России в 3й 1805 и 4й 1806 антинаполеоновских коалициях Переговоры России и Франции в г. Тильзит 1807 Русско шведская война 1808 1809 Переговоры России и Франции в г. По его условиям: А Финляндия в состав России как Великое княжество с широкой автономией БШвеция обязывалась порвать союз с Англией и присоединиться к континентальной блокаде. 25 декабря издание Манифеста о полном изгнании противника из пределов России Янв март 1813 освобождение Пруссии русской армией Лето 1813 образование 6...
31027. Основные направления внутр. И внешней политики Николая 1 552.1 KB
  Один из самых реакционных правителей России. III отделению передают корпус жандармов; страна поделена на несколько жандармских округов в России создана эффективная полицейская система. Консерватор трезво смотрящий на экономику России. Долг России после войны 102 млн.
31029. Внешняя политика второй половины XIX века 17.39 KB
  Наполеон III хотел заручиться поддержкой России рассчитывая обеспечить ее нейтралитет в войне с Австрией. Русскофранцузское сближение не было крепким а союз Пруссии и России был выгоден обоим государствам. Январьмарт 1871 Лондонская конференция: отмена нейтрализации Черного моря у России право держать там флот введение нового режима проливов. Образование германской империи привело к новой расстановке сил на континенте что способствовало сближению России с Германией и АвтроВенгрией.
31030. ВНЕШНЯЯ ПОЛИТИКА РОССИИ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ XIX в 13.9 KB
  Сложившийся против России англоавстрофранцузский блок так называемая Крымская система был нацелен на сохранение ее политической изоляции и военностратегической слабости обеспеченной решениями Парижского конгресса. дальневосточное направление во внешней политике России постепенно изменяло свой периферийный характер. добровольным вхождением Мерва территория пограничная с Афганистаном в состав России.
31031. РЕВОЛЮЦИЯ 1905-1907 гг. 44 KB
  Причины Нерешенность аграрного вопроса: малоземелье крестьян при господствующем помещичьем землевладении Противостояние самодержавия и либеральнонастроенных слоев общества вызванное отсутствием политических гражданских свобод Высокая степень эксплуатации рабочих Поражение России в РусскоЯпонской войне Неравноправие народов национальных окраин империи Задачи: Свержение самодержавия Введение демократических свобод Сокращение рабочего дня Равноправие всех народов По задачам буржуазный характер по движущим силам...
31032. НЭП 19.38 KB
  Ленин заставил ЦК послать обоих т. Крестьяне по Ленину должны набраться терпения: большевики восстановят промышленность вернут долг и будет всем светлое будущее аля Ленин: коммунистическое производство и распределение. Ленин Троцкий Платформа рабочей оппозиции Коллонтай Шляпников Платформа демократического централизма Бубнов Осинский Сапронов Профсоюзы школа коммунизма. Приняли ленинский проект о профсоюзах.