Классификация датчиковПо назначению различают датчики перемещения, усилий, угла поворота, частоты вращения и др. По принципу действия датчики могут быть электрическими, механическими, акустическими, тепловыми, радиоактивными, радиоволновыми и др. По способу преобразования неэлектрической величины в электрическую датчики подразделяются на следующие типы. · активного сопротивления (потенциометрические, тензометрические, термосопротивления); · индуктивные; · емкостные; · индукционные; · фотоэлектрические; · радиоволновые.
Датчики бывают контактными и бесконтактными. Чувствительный элемент в контактных датчиках непосредственно соприкасается с контролируемым веществом, а в бесконтактных датчиках не соприкасается (эти датчики создают вокруг себя поле, а контролируемая величина изменяет параметры этого поля). В контактным датчикам относятся, например, потенциометрические, тензометрические, емкостные. К бесконтактным относятся радиоактивные, ультразвуковые, фотоэлектрические, микроволновые и др. К преимуществам бесконтактных датчиков относятся высокая надежность и большой срок службы. Величина (обычно неэлектрическая), воспринимаемая и контролируемая датчиком называется входной – индекс Х, а величина, преобразованная датчиком или выработанная им, - выходной – индекс У.
Датчики систем автоматического управления
Потенциометрические датчики Датчики служат для преобразования линейного или углового перемещения в электрический сигнал. Они выполнены в виде переменного сопротивления, например реостата, подвижный контакт которого механически связан с преобразуемым элементом. Характеристика потенциометрического датчика представляет собой зависимость изменения сопротивления выходного напряжения от непрерывного изменения регулируемого параметра (перемещения Сопротивление зависит от величины перемещения движка который связан с исполнительным механизмом машины.
Потенциометрические датчики перемещения: а - схема включения; б - статическая характеристика Тензометрические датчики (тензорезисторы) Датчики предназначены для измерения статических или динамических деформаций в строительных конструкциях и узлах строительных машин и преобразования этих деформаций в изменение активного сопротивления. В основу работы тензодатчиков положено свойство материалов изменять свое электрическое сопротивление под действием силы, приложенной к ним. Проволочные тензодатчики представляют собой отрезок проволоки диаметром 0,02...0,5 мм. При растяжении или сжатии конструкции происходит соответственно растяжение или сжатие проволоки датчика, что приводит к изменению длины / площади поперечного сечения S и удельного сопротивления ρ; проволоки. Если до растяжения электрическое сопротивление константановой или нихромовой проволоки было равно, то при растяжении оно стало R + ΔR. Относительное изменение сопротивления тензодатчика прямо пропорционально усилию приложенному к нему: ΔR/R = ƒ(Р). Значение коэффициента чувствительности проволочного тензодатчика зависит от материала проволоки и находится в пределах 1,8...2,5. Сопротивление проволочного тензодатчика от 50 до 400 Ом. Номинальный (допустимый) рабочий ток составляет примерно 30 мА. Максимальная допустимая относительная деформация не превышает 0,3%. При измерениях тензодатчики включают, как правило, по мостовой схеме. Они имеют небольшие габариты и низкую стоимость.
Проволочные тензометрические преобразователи: а) - на сжатие; б) - на растяжение: 1 - корпус; 2 - проволока; 3 - выводные клеммы; в - статическая характеристика Индуктивные датчики Датчики основаны на изменении индуктивного сопротивления электромагнитного дросселя при перемещении одной из подвижных его деталей, обычно якоря. Они широко применяются для измерения малых угловых и линейных механических перемещений, деформаций, а также для управления следящими системами. Индуктивный датчик представляет собой электромагнитный дроссель с переменным воздушным зазором δ, обмотка 1 которого включена последовательно с сопротивлением нагрузки ZH. Индуктивные датчики: а - схема включения индуктивного датчика дроссельного типа; б - поворотно-трансформаторный датчик Магнитопровод и якорь обычно выполнены из магнитомягкого материала. При изменении воздушного зазора δ (входная величина) меняется индуктивность обмотки дросселя Lдр, а также сопротивление обмотки Zдр. При увеличении длины зазора δ; индуктивность обмотки дросселя уменьшается, а это, в свою очередь, приводит за счет уменьшения Zдр к увеличению тока в нагрузке. К достоинствам нереверсивного индуктивного датчика следует отнести: высокую чувствительность, надежность и долговечность, отсутствие контактных устройств, значительную величину выходной мощности (до сотен вольт-ампер), простоту конструкции и удобство эксплуатации. Реверсивные датчики имеют чувствительность в 2 раза выше.
Емкостные датчики В общем случае емкостный датчик представляет собой конденсатор, в котором емкостное сопротивление изменяется при изменении измеряемой (регулируемой) неэлектрической величины.
Емкостные датчики: а - схема емкостного дифференциального датчика; б - характеристика изменения емкости Измеряемая (регулируемая) величина вызывает изменение расстояния d между пластинами. При перемещении подвижной пластины на расстояние ± Х значение d увеличивается, что приводит к уменьшению емкости датчика и к снижению реактивного и соответственно полного сопротивлений. Основными достоинствами емкостных датчиков являются: высокая чувствительность, отсутствие подвижных трущихся деталей, простота конструкции, малые размеры, масса и инерционность.
Тахометрические датчики К тахометрическим датчикам относятся тахогенераторы, которые представляют собой маломощные электрические машины, преобразующие механическое вращение в электрический сигнал. Тахогенераторы на выходе дают напряжение, пропорциональное частоте вращения, и применяются в качестве электрических датчиков угловой и линейной скорости (лента конвейера). В зависимости от вида выходного напряжения и конструкции они делятся на тахогенераторы постоянного и переменного тока. Тахогенераторы постоянного тока конструктивно представляют собой электрические генераторы постоянного тока и выполнены с возбуждением от постоянных магнитов. При вращении якоря тахогенератора с частотой n с его щеток снимается ЭДС, значение которой выражается в В: С увеличением частоты вращения тахогенератора до определенного момента его выходное напряжение Uвых растет пропорционально и только при большой частоте линейность характеристики нарушается.
Тахогенераторы постоянного тока: а - схема тахогенератора с возбуждением от постоянных магнитов; б - схема тахогенератора с независимым электромагнитным возбуждением; в - выходная характеристика
Микро ЭВМ и микропроцессоры
Внедрение в практику автоматизации строительных машин и строительных процессов микропроцессорной техники позволило значительно повысить общий технический уровень строительного производства. Учитывая необычайно широкие возможности современной микровычислительной техники для автоматизации машин, в частности наличие компактных запоминающих устройств, обладающих большой емкостью и позволяющих хранить в них довольно сложные программы управления, можно создать с помощью микропроцессорной техники машины с очень высоким уровнем автоматизации. Микропроцессорная техника придает системам автоматического управления новую технологическую, функциональную, эксплуатационную гибкость и универсальность, простоту программирования и перепрограммирования при изменении состава технологического оборудования и самого процесса, сравнительную дешевизну и надежность работы систем управления. Новые средства автоматизации технологических процессов в строительстве имеют ряд преимуществ но сравнению с традиционными, как в части их построения, так и функциональных возможностей: · простота перестройки системы с пульта управления за счет изменения программы при замене технологического оборудования и изменении условий производства (схемные решения заменяются программными); · возможность диагностики работы строительных машин и оборудования и тестирования отдельных элементов самих систем управления; · широкая информация о технологическом процессе, контроле и учете горючесмазочных материалов; · оптимизация технологических процессов в целях уменьшения расхода сырья, топлива, энергии, снижения брака и др.; · формирование и регистрация объективной технико-экономической информации (учет производительности, простоев, брака, расхода топлива и др.); · высокая надежность и резкое сокращение нестандартного оборудования; · возможность постепенного вытеснения разнотипных традиционных средств локальной автоматики.
ЛИТЕРАТУРА
1. Добронравов, С.С. Строительные машины и основы автоматизации: учеб. для строит. вузов/ С.С. Добронравов, В.Г. Дронов. – М.: Высш. шк., 2001. – 575с.: ил. 2. Волков, Д.П. Строительные машины: учеб. Изд. 2-е, перераб. и доп./ Д.П. Волков, В.Я. Крикун. – М.: Изд-во ассоциации строительных вузов, 2002. – 376 с.: ил.
|
