77941

ИНДУКТИВНЫЕ И ЕМКОСТНЫЕ ДАТЧИКИ В ЛТК

Лекция

Производство и промышленные технологии

Поэтому магнитное поле зондирования делают переменным питая подмагничивающую катушку датчика током от генератора сигнала синусоидальной формы. Иногдав целях упрощения используют сигналы прямоугольной формы но разные спектральные компаненты сигнала преобразуются датчиком по разному и сигналы нерабочих участков спектра являются помехами. Любое изменение симметрии приведет к нарушению баланса и появлению отличного от нуля сигнала. Возможно два варианта формирования управляющего сигнала: Выпрямление преобразование в постоянный ток сигналов от...

Русский

2015-02-05

94 KB

4 чел.

Л.10 ИНДУКТИВНЫЕ И ЕМКОСТНЫЕ ДАТЧИКИ В ЛТК

Позиционирование свариваемых и разрезаемых изделий при технологических процессах как правило производится по программе которая исполняется приводами перемещения изделия и/или лазера. Однако возможны отклонения от запрограммированной траектории в силу:

неточности установки изделия на координатный стол

неточности установки детали на изделие

неточности изготовления детали

термических деформаций при обработке

Лазерные технологии требуют точности наведения луча на стык свариваемых не хуже 0.1 мм в горизонтальной плоскости и немногим более в вертикальном направлении. При резке вертикальные допуски жестче, особенно при применении короткофокусных линз.

Для того, чтобы выдержать жесткие допуски при обработке не удорожая технологию ужесточением допусков на детали и их установку можно применять датчики реального расположения изделия относительно луча. Наиболее широкими возможностями обладают ранее рассмотренные телевизионные датчики, однако существуют более дешевые датчики положения вполне успешно выполняющие конкретные задачи наведения.

Наиболее распространены магнитные датчики стыка. Принцип его работы состоит в фиксации искажений симметрии переменного магнитного поля при его взаимодействии с материалом изделия. Очевидно, характер взаимодействия, а следовательно и все характеристики датчика сильно зависят от материала изделия.

Немагнитные диелектрики не искажают магнитного поля и не могут влиять на магнитные датчики.

Ферромагнетики искажают статическое магнитное поле, что используется в дефектоскопии.Для фиксации результатов искажений используются обмотки, в которых наводится напряжение, пропорциональное скорости изменения потока. Поэтому магнитное поле зондирования делают переменным, питая подмагничивающую катушку датчика током от генератора сигнала синусоидальной формы.Иногда,в целях упрощения,используют сигналы прямоугольной формы, но разные спектральные компаненты сигнала преобразуются датчиком по разному и сигналы нерабочих участков спектра являются помехами. В чистом виде поле можно считать статическим до единиц герц. При больших частотах на всех материалах, кроме непроводящих ферромагнетиках (типа ферритов) проявляются вихретоковые эффекты.

Диа-и парамагнетики искажают магнитное поле за счет наводимых в них вихревых токов. Для рабочих частот в районе десятков килогерц глубина проникновения в металл ограничивается долями миллиметра. Эта толщина растет при уменьшении проводимости материала. Следовательно, следует выбирать частоту настолько высокой, чтобы толщина материала не оказывала влияние на результат работы датчика.

Контроль искажения поля обычно фиксируется асиметрично включенными обмотками симметричной электромагнитной конструкции например:

Магнитное поле возбуждается в сердечнике током по обмотке возбуждения и замыкается по воздуху, проходя через половины измерительной обмотки так, чтобы при симметричном рассеянии сигналы, наведенные в них взаимно вычитались. Любое изменение симметрии приведет к нарушению баланса и появлению отличного от нуля сигнала.

Наиболее благоприятная траектория распостранения магнитного поля блокирована металлом и магнитное поле замыкается по воздуху другими путями. При нарушении сплошности металла в месте стыка нарушается короткое замыкание вихревых токов. Если это нарушение симметрично воздействует на поток через обе контрольные катушки (стык посредине) то разбаланса нет и сигнал с выхода датчика нулевой. При смещении стыка нарушается баланс токов и на выходе датчика формируется управляющее напряжение.

Возможно два варианта формирования управляющего сигнала:

Выпрямление (преобразование в постоянный ток сигналов от каждой из контрольных катушек с последующим сравнением их на операционных усилителях.

Вычитание сигналов противофазным включением обмоток с последующим измерением фазы оставшегося при вычитании сигнала относительно сигнала подмагничивания. Простейшим фазовым детектором является логический элемент " исключающее или ". При совпадении фазы рассогласование, вызванное смещением стыка положительно, при противофазном сигнале - отрицательно.

В представленном виде датчик используется редко из за того, что фиксируемое рассогласование вызывают следующие причины:

смещение стыка

превышение кромок

разнородность материалов

несимметричность расположения окружающих деталей

Отделить одну причину от другой в одном сигнале невозможно и все модификации датчиков направлены на получение специфических сигналов от факоров, не связанных со смещением стыка. Основным методом их фиксации будет измерение рассогласования поля рассеяния вдали от стыка. Конструкции для этого представлены ниже.

Вихретоковый датчик слежения за стыком разработки МНПО " СПЕКТР " представляет собой пластину диэлектрика 15Х15 мм в фрезерованые пазы которой уложены измерительные обмотки. Генераторная обмотка намотана по периметру ABCD.

Пары измерительных обмоток намотаны в пазах AGHB и DLMC, LEM и GHF.

Линейной комбинацией сигналов с обмоток формируется четыре выходные величины:

отклонение стыка

превышение кромок

размер зазора в стыке

высота стыка над деталью

Датчик краевого эффекта разработки МВТУ располагается на ферритовом сердечнике:

Пары обмоток 2 и 3 измеряют асимметрию внутри и снаружи датчика соответственно. В результате датчик измеряет те же параметры, но за счет применения сердечника его чувствительность к внешним полям понижена.

Емкостные датчики используются для измерения расстояния до электропроводных или иных деталей. Емкость С пластины площадью S на расстоянии А от поверхности составит:

C = 0.0885 * S / A

При изменении расстояния до поверхности емкость меняется по гиперболическому закону, который в узком диапазоне можно принять линейным. При этом чувствительность датчика растет при уменьшении расстояния до поверхности.

Преобразование изменения емкости в изменение параметров электрического сигнала возможно следующими путями:

включение емкости в колебательный контур генератора с последующим измерением генерируемой частоты

измерение амплитуды сигнала стабильной частоты, проходящего через частотнозависимую цепь, в которую включена измеряемая емкость

измерение амплитуды стабильного опорного сигнала после его прохождения через емкостной делитель, одно из плеч которого образовано измеряемой емкостью

На практике одинаково часто используются все методы и получают кратковременную точность лучше процента от диапазона измерения. С течением времени и при изменении температуры погрешность увеличивается. Причиной тому является изменение входных и выходных емкостей и сопротивлений электрических блоков, подключаемых к датчику. Наиболее актуально это при применении полупроводниковых активных элементов. Радикальным методом увеличения долговременной и температурной стабильности будет такое построение схемы, при котором эти проводимости не влияют на точность измерения. Покажем такую возможность на примере применения емкостного делителя в системе слежения за высотой лазерной головки над разрезаемым материалом, разработанноЙ в МГТУ. Такая схема может работать и при работе по диелектрикам за счет изменения емкости при изменении диэлектрической проницаемости окружающего датчик пространства.

Генератор вырабатывает высокочастотные (несколько мегагерц) противофазные колебания. На входе фазового детектора они суммируются, проходя по двум цепям. Равенство затуханий в цепях регулируют конденсатором С1, добиваясь нулевого уровня сигнала на входе фазового детектора при заданной высоте головки. При изменении высоты емкость С4 изменяется, на входе появляется сигнал, по фазе соответствующий знаку смещения, который выделяет фазовый детектор. Изменение входной емкости компаратора не влияет на момент баланса. Емкости схемы образуются тремя концентрическими кольцами. Крайнее подключено к нижнему выводу генератора, среднее заземлено, а внутреннее подклчено к компаратору и через регулирующий конденсатор С1 к выходу генератора.

Таким образом емкости С2 и С3 образуются воздушным зазором между внутренним и внешним кольцами, емкость С4 зависит от близости поверхности.

В качестве фазового детектора использован элемент "исключающее или". Напряжение с его выхода через инерционную цепь и усилитель мощности питает электродвигатель сервопривода вертикального перемещения головки резака. При логическом нуле на выходе фазового детектора двигатель опускает головку вниз, при единице - поднимает вверх. При отсутствии сигнала на входе компаратора (емкостной мост в балансе) на выходе фазового детектора присутствуют колебания с частотой задающего генератора, которые на инерционной цепи преобразуются в постоянное напряжение уровнем в половину напряжения питания при котором электродвигатель не вращается, поскольку второй конец якоря подключен к клемме с таким же потенциалом.

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ:

Перечислите вредные последствия ошибок:

наведения луча на стык в горизонтальной плоскости при сварке.

отклонения от оптимума в вертикальном направлении при сварке и резке.

Перечислите механизмы взаимодействия поля магнитныого датчика с материалом изделия.

Перечислите механизмы взаимодействия поля емкостного датчика с материалом изделия.

Почему в магнитных датчиках для работы с ферромагнетиками с целью упрощения и снижения энергозатрат не используются постоянные магниты?

Нарисуйте временные диаграммы емкостного датчика слежения за высотой лазерного резака.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учебн. пособие для вузов./ Н.Н. Евтихиев и др.- М.: Энергоатомиздат, 1990. с. 137...142, 148...160.

2. Мейздра. Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений: Пер с англ.- М.: Мир, 1990. с.327...332


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34412. Балансовый и нормативный методы ПиП, их взаимосвязь и направления совершенствования 29.5 KB
  В непроизводственной сфере применяются нормы характеризующие необходимый размер общей и жилой площади на 1 жителя потребление воды на 1 человека и др. В практике ПиП применяется система норм и нормативов включая нормы расхода сырьевых и топливноэнергетических ресурсов; нормы затрат труда; нормы и нормативы использования основных производственных фондов; нормативы капитальных вложений и капитального строительства; нормы и нормативы характеризующие эффективность общественного производства; финансовые нормы и нормативы; социальные нормы ....
34413. Программно-целевой метод планирования, его сущность и область применения 30 KB
  На втором этане выдается задание на разработку программы для решения определенной проблемы. На третьем этапе разрабатываются задания и мероприятия для реализации программы. Четвертый этап предполагает расчет основных показателей и ресурсного обеспечения программы. Определяются затраты материальных трудовых финансовых ресурсов необходимых для реализации программы.
34414. Принципы организации ПиП 29.5 KB
  Организация прогнозирования и планирования охватывает систему органов планирования на всех уровнях управления народным хозяйством определение их функций установление порядка разработки прогнозов и планов доведение важнейших показателей до исполнителей и организацию обеспечения их выполнения. Научными основами организации прогнозирования и планирования являются принципы т. В современных условиях важнейшими принципами организации планирования являются: децентрализация и демократизация; демонополизация; экономически выгодное участие...
34415. Органы ПИП 46 KB
  К центральным экономическим органам относятся: Министерство экономики; Министерство финансов; Министерство труда; Министерство статистики и анализа; Министерство предпринимательства и инвестиций; Министерство по управлению государственным имуществом и приватизации. Министерство экономики подчиняется Совету Министров и в своей деятельности руководствуется законодательством республики и положением которым определены его задачи и функции.; методическое и научное обеспечение проведения экономических реформ; разработка принципов...
34416. Порядок разработки планов-прогнозов и утверждения важнейших показателей 38 KB
  Порядок и сроки разработки плановпрогнозов экономического и социального развития определяются правительством. Основой разработки годовых плановпрогнозов являются: Национальная стратегия устойчивого социальноэкономического развития; Программа социальноэкономического развития на среднесрочную перспективу; Программы и решения президента и правительства по важнейшим направлениям экономического развития межгосударственные соглашения. Всю работу по составлению планапрогноза можно подразделить на ряд этапов: Аналитическая...
34417. Макроэкономические показатели, характеризующие экономический рост 32 KB
  в применяемую систему макроэкономических показателей был введен валовой национальный продукт ВНП с целью обеспечения международных сравнений более точного измерения результатов экономической деятельности и в связи с переходом к системе национальных счетов. Главная отличительная особенность показателя ВНП состоит в том что он характеризует результаты экономической деятельности как материального производства так и непроизводственной сферы и не содержит повторного счета. Модификацией ВНП является показатель валового внутреннего продукта...
34418. Методы прогнозирования ВВП 38.5 KB
  Широко используются методы экстраполяции дефляции экономикоматематические модели факторные межотраслевые затраты выпуск эконометрические производственный распределительный методы и метод конечного использования ВВП. Метод экстраполяции предполагают исследование возможных тенденций изменения рядов динамики показателей ВВП и др. Суть факторных моделей экономического роста состоит в установлении количественных связей между объемом и динамикой производства ВВП и объемом и динамикой производственных ресурсов.
34419. Прогнозирование и планирование структуры экономики 41.5 KB
  Формирование структуры общественного производства является одним из важнейших этапов прогнозирования и планирования развития экономики. Стоимостная структура экономики формируется под влиянием отраслевых структурных изменений решения проблем повышения эффективности общественного производства снижения материалоемкости энергоемкости фондоемкости. Мировой опыт регулирования экономики свидетельствует о постоянном поиске механизмов которые обеспечивают непрерывные и гибкие изменения отраслевой и внутриотраслевой структуры производства в...
34420. Критерии и показатели эффективности общественного производства. Методы их прогнозирования и планирования 31 KB
  Методы их прогнозирования и планирования Согласно экономической теории эффективность производства означает результативность т. Повышение эффективности производства – это рост результативности производства за счет лучшего использования ресурсов : материальных трудовых финансовых природных и т. Основной метод расчета эффективности – это сопоставление полезного результата производства с затратами или используемыми в производстве ресурсами.