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

34440. Новая экономическая политика: мероприятия и итоги 35 KB
  Оценки сущности и значения нэпа. началось восстание моряков в Кронштадте Основным содержанием нэпа стало широкое использование рыночных отношений. Итоги нэпа: Быстро восстанавливался довоенный уровень промышленности и сельского хозяйства был ликвидирован транспортный кризис Развивалась частная инициатива появился слой предпринимателей нэпманов Стабилизировалась финансовая система Полки магазинов заполнились товарами Выросла безработица уровень жизни большинства народа оставался низким Противоречивость нэпа: в экономике:...
34441. Образование СССР: причины и принципы создания союза 34 KB
  После гражданской войны на месте бывшей Российской империи появились новые государства: Финляндия Польша Латвия Стали независимыми государствами с буржуазными правительствами Литва Эстония Россия Украина Стали Советскими республиками Белоруссия Закавказская Федерация Бухарская республика Хорезмская республика Дальневосточная республика Предпосылки образования СССР: Экономическая взаимозависимость республик которые раньше существовали в рамках одного государства Необходимость противостоять общим врагам Все...
34442. Строительство социализма в СССР в 1920 – 1930-е гг.: становление тоталитарного режима, проведение индустриализации и коллективизации, культурная революция 42.5 KB
  В середине 20х годов перед советским государством встала задача модернизации экономики и превращения СССР из аграрноиндустриальной страны в индустриальную. СССР мог производить любой вид промышленной продукции Индустриализация тяжело отразилась на положении крестьян. С одной стороны был сделан гигантский скачок в развитии страны СССР вышел на 2 место в мире по производству промышленной продукции.
34443. Великая Отечественная война 1941 – 1945 гг.: основные этапы, события и итоги. Источники и значение победы 43 KB
  Этапы войны: 22 июня 1941 г. Причины неудач Красной Армии в первые месяцы войны: Неожиданность нападения Германии войска не были приведены в полную боевую готовность; Не было завершено перевооружение Красной Армии новую технику не успели освоить. В начале войны многие части не имели связи со своими штабами что затрудняло получение сведений о враге и приводило к окружению и плену. Центральным событием начального этапа войны стала битва за Москву 30 сентября – 56 декабря 1941 г.
34444. Развитие СССР в 1953 – 1964 гг. Десятилетие реформаторского порыва 33.5 KB
  На ХХ съезде партии Хрущев осудил культ личности Сталина. Не допускалась критика партии и социализма. была принята новая программа партии которая ставила задачу построения коммунизма за 20 лет. Первым секретарем партии стал Л.
34445. СССР в середине 1960-середине 1980-х гг.: основные тенденции и противоречия социально-экономического развития 34.5 KB
  СССР в середине 1960середине 1980х гг. В новой Конституции СССР принятой в 1977 г. Под руководством председателя Совета министров СССР А. Результатом стало все большее отставание СССР от стран Запада.
34446. Перестройка в СССР: попытки реформирования экономики и обновления политической системы 39.5 KB
  Политические и социальноэкономические преобразования в СССР в период правления Горбачева получили название перестройка. Сократились доходы СССР от внешней торговли в связи с падением мировых цен на нефть и газ. была отменена 6ая статья конституции СССР о руководящей роли КПСС Был введен пост Президента СССР им стал М.
34447. История как наука. Исторические источники и вспомогательные исторические дисциплины 33.5 KB
  Сама наука сложилась намного позднее. Историческая наука оперирует точно установленными фактами которые извлекаются из источников. Геральдика – наука о гербах.
34448. ВОСТОЧНЫЕ СЛАВЯНЕ В ДРЕВНОСТИ 32 KB
  ВОСТОЧНЫЕ СЛАВЯНЕ В ДРЕВНОСТИ. Предки славян стали выделяться из племен индоевропейцев во II тыс. Прародиной славян считается Центральная Европа – в верховьях рек Вислы Одера и Дуная. Натиск кочевников оттеснил славянские племена на северовосток и в VI веке они заселили территорию восточной Европы смешиваясь с балтами и финноугами.