Студопедия — Вопрос 14 Датчики перемещений.
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Вопрос 14 Датчики перемещений.

Перемещение — это изменение положения объекта относительно исходного состояния. Перемещение может быть линейное и вращательное, включая поворот на определенный угол. Датчики, которые используют для измерения этих величин, называют датчиками соответственно линейных перемещений, частоты вращения и угла поворота.

Для создания датчиков перемещения применяют индуктивные, потенциометрические, индукционные, контактные, фотоэлектрические и другие ПИП (рис. 2.4).

Индуктивные ПИП предназначены для преобразования механического перемещения в электрическую величину — напряжение или ток. По принципу действия индуктивные ПИП представляют собой устройства, в которых изменяется индуктивное сопротивление при изменении положения подвижной части датчика, укрепленной на перемещающемся объекте контроля.

Простейшим преобразователем является индуктивно-плоскостной. Он состоит из катушки с ферромагнитным сердечником 1 и подвижного якоря 2 (рис. 2.5, а). При перемещении якоря изменяются воздушный зазор d, индуктивность катушки и ее полное сопротивление Z, которое можно рассчитать по

, (2.1)

где R - активное сопротивление; Х= 2nfL — индуктивное сопротивление катушки.

Сила тока в катушке преобразователя

Рис. 2.4. ПИП датчиков перемещения и их выходные сигналы:

y1— ток в катушке; у2 — напряжение, снимаемое с потенциометра; у3 — напряжение на выходной обмотке; у4 — индуктированная ЭДС; y5 — состояние контактов электрической цепи; у6 — ток в цепи фотопреобразотеля.

 

где U и f— соответственно напряжение и частота питания; w—число витков обмотки; s — площадь поперечного сечения магнитопровода; k- коэффициент чувствительности.

Экспериментальная статически характеристика (рис. 2.5, б) преобразователя отличается от расчетной вследствие влияния на ток при малых зазоpax магнитного сопротивления стального магнитопровода. При увеличении зазора рост тока ограничен активным сопротивлением цепи R > X.

Передаточная функция преобразователя такая же, как у безынерционного звена:

 

Рис. 2.5. Схема индуктивно-плоскостного преобразователя:

а — конструкция; б— статическая характеристика

———— - экспериментальная; - - - - - - - теоретическая

 

Индуктивно-плоскостные ПИП применяют для преобразования линейных перемещений до 10 мм. Они имеют простую конструкцию. Следует отметить недостатки индуктивных ПИП: для перемещения якоря необходимо большое усилие, чтобы преодолеть силу притяжения якоря сердечником; изменение направления перемещения якоря не вызывает изменения знака выходно­го сигнала (тока I). Эти недостатки устранены в дифференциальных схемах индуктивных преобразователей.

Дифференциально-трансформаторные ПИП. Они представляют собой трансформатор, состоящий из катушки с двумя обмотками и плунжера (рис. 2.6). Их принцип действия основан на изменении индуктивности катушек при перемещении плунжера, кинематически связанного с контролируемым объектом. Первичная обмотка катушки с двумя секциями (wl1 и wl2), включенными согласованно и последовательно, подключена к источнику переменного тока. Выходная обмотка состоит из двух секций (w2.1, w2.2), включенных последовательно и встречно, вследствие чего наводимые в секциях вторичной обмотки ЭДС Е1 и Е2 сдвинуты по фазе на угол 180°. Если плунжер расположен симметрично относительно обмоток, то Е1 = Е2 и напряжение на выходе пре­образователя U вых= 0. При отклонении плунжера от нейтрального положения ЭДС в одной секции увеличивается, во второй — уменьшается. На зажимах выходной обмотки возникает напряжение, равное разности ЭДС. Значение напряжения соответствует степени смещения плунжера, фаза — его направлению. При перемещении плунжера от 50 мкм до 100 мм Uвых изменяется от 50 мВ до 10 В.

 

Рис 2.6. Дифференциально-трансформаторный преобразовать:

а— схема преобразователя; б— старческая характеристика

 

Дифференциально-трансформаторные преобразователи имеют линейную статическую характеристику (рис. 2.6, б), высокую чувствительность (до 1 мВ/мкм) и надежность.

Контактные ПИП. К этим преобразователям относятся конечные выключатели, путевые переключатели и другие элементы, формирующие дискретный выходной сигнал при достижении контролируемым объектом заданного (конечного) положения. Их применяют для отслеживания циклических перемещений различных рабочих органов сельскохозяйственных машин.

Принцип действия контактных ПИП основан на замыкании или размыкании соответствующих контактов в электрической цепи или на перекрывании каналов в пневматических и гидравлических системах при соприкосновении подвижной части датчика (щупа, копира, штока) с перемещающимся механизм (транспортером) либо с неподвижным объектом (растением случае, если датчик размещен на движущемся мобильном сельскохозяйственном агрегате.

Примером таких датчиков могут быть микровыключатели, в которых подвижные контакты кинематически связаны со штоком, соприкасающимся с перемещающимся механизмом. Обычно полный ход штока около 3 мм. Для более мощных устройств применяют микровыключатели с нажимной пружиной. В этом случае ход конца пружины превышает ход штока. Кроме того пружина предохраняет микровыключатель от поломки при выбеге контролируемого устройства.

Кроме конечных выключателей, при работе которых происходит механическое соприкосновение с контролируемым механизмом, широко применяют более надежные выключатели с магнитоуправляемыми контактами и бесконтактные конечные выключатели.

Потенциометрические ПИП. Их применяют для восприятия линейных или угловых перемещений. Конструктивно данный преобразователь представляет собой каркас прямоугольной (для линейных перемещений) или кольцевой (для угловых перемещений) формы с обмоткой из проволоки (рис. 2.7, а).

Наиболее распространены пленочные потенциометры, в которых функцию обмотки из проволоки выполняет пленка из радия, нанесенного на стекло. Если движок потенциометра конструктивно соединить с перемещающимся механизмом, то при перемещении движка вдоль обмотки снимаемое напряжение (рис. 2.7, б) будет соответствовать перемещению х

U = Uпr/R = U п x/l, так как r/R = х/1,

где U п — напряжение питания датчика; r — сопротивление части обмотки; R -полное сопротивление обмотки; х/l — отношение перемещения движка к длине обмотки.

 

Для учёта направления перемещения движка применяют схему со средней точкой потенциометра. При переходе движка через эту точку изменяется знак выходного напряжения.

Преимущества потенциометрических преобразователей: простата конструкций, питание как от источников переменного, так и постоянного напряжения.

Недостатки: наличие подвижного контакта.

Фотоэлектрические ПИП реагируют на изменение светового потока. Их применяют для разнообразных датчиков, в том числе и датчиков перемещения. В последнем случае перемещающаяся деталь механизма должна пересекать путь луча света от его источника до фотопреобразователя, к которому относятся фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы.

Полупроводники, у которых под действием света изменяется проводимость за счет появления дополнительных носителей тока в виде электронов, называют фоторезисторами, а само явление — внутренним фотоэффектом. В большинстве случаев фоторезистор представляет собой нанесенный на стеклянную пластинку (рис. 2.8, а) тонкий слой полупроводникового вещества. Пластинку запрессовывают в пластмассовую оправу с рабочим окном для прохода световых лучей, которое покрывают слоем светопроницаемого лака. В качестве светочувствительного слоя используют сернистые и селенистые соединения кадмия, свинца, висмута, таллия.

Для полупроводниковых преобразователей характерно наличие темнового тока IТ, обусловленного конечным значением сопротивления преобразователя при отсутствии освещенности.

Преимущества фоторезисторов: высокая чувствительность, простая конструкция, малые размеры, практически неограниченный срок службы, возможность работы в цепях переменного и постоянного тока.

К их недостаткам следует отнести зависимость параметров от температуры окружающей среды, нелинейность световой характеристики и относительно высокую инерционность.

Менее инерционными являются фотодиоды – полупроводниковые преобразователи с p-n переходом. Под действием освещения уменьшается обратное сопротивление цепи. В качестве материала для фотодиодов используют германий, кремний.

 

Датчики вращения с фотодиодом. Для контроля частоты вра­щения высевающих дисков свекловичных сеялок применяют ПИП с фотодиодами. Такой ПИП (рис. 2.9) состоит из механи­ческого модулятора и расположенных в противоположных сторо­нах П-образного пластмассового держателя фотодиода VD и ин­фракрасного светодиода VS. При работе сеялки семена из бункера через вращающийся высевающий диск и семяпровод попада­ет в почву. Модулятор устанавливают на дисках, и он вращается вместе с ними.

 

Рис. 2.8. Фоторезистор: а — конструкция; б— световая характеристика; 1— светопроницаемый слой лака; 2- слой полупроводника; 3 — стеклянная пластина; 4— металлические электроды; 5— пла­стмассовая оправ   Рис. 2.9. Датчик вращения с фотодиод 1— П - образный держатель датчика; 2— механический модулятор

При пересечении зубцами модулятора инфракрасного луча светодиода изменяются освещенность фотодиода и соответственно сигнал на входе двухкаскадного усилителя, собранного на транзисторах VT1 и VT2. На выходе формируются импульсы спряжения с частотой, соответствующей частоте пересечения светового луча зубцами модулятора, т. е. с частотой вращения исков. Эти импульсы передаются в блок контроля, расположенный на посевном агрегате, и свидетельствуют о нормальной работе высевающего аппарата. Если происходит нарушение высева, то подача импульсов прекращается или изменяется период их появления. Использование инфракрасного излучения обус­ловлено тем, что оно слабо поглощается в условиях высокой за­пыленности.

Индукционные датчики вращения применяют в системах автоматического контроля частоты вращения валов уборочных машин, высевающих луговых сеялок, в автоматических прореживателе посевов сахарной свеклы. ПИП индукционного датчика вращения вала (рис. 2.10, а) состоит из механического модулятора и преобразователя, в корпусе которого расположены катушка, постоянный магнит и магнитопроводящий сердечник.

Модулятор представляет собой установленную на вращающемся валу металлическую деталь, поверхность которой имеет один или несколько равноудаленных выступов. При вращении вала эти выступы периодически приближаются к торцу преобразователя, шунтируя тем самым его магнитное поле. Поэтому выступы модулятора называют шунтами.

При прохождении шунта мимо торца преобразователя изменяется магнитное поле катушки, что приводит к возникновению импульса напряжения. Число электрических импульсов, формируемых за один оборот вала, равно числу шунтов модулятора. Катушку преобразователя устанавливают по отношению к модулятору таким образом, чтобы зазор L между его торцом и шунтом составлял 1,2...2 мм. На рисунке 2.10, б показано размещение датчиков вращения на кормоуборочной машине.

 

 

Рис. 2.10. Датчик вращения с индукционным ПИП:

а — конструкция датчика; б— размещение датчиков на кормоуборочной машине; 1 — корпус преобразователя; 2- катушка индуктивности; 3— постоянна магнит; 4— сердечник; 5 — двухшунтовый модулятор; б—датчики вращения валов; 7— монитор системы контроля




<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Субъективная сторона преступления. | Формирование уставного капитала организации

Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 1203. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Факторы, влияющие на степень электролитической диссоциации Степень диссоциации зависит от природы электролита и растворителя, концентрации раствора, температуры, присутствия одноименного иона и других факторов...

Йодометрия. Характеристика метода Метод йодометрии основан на ОВ-реакциях, связанных с превращением I2 в ионы I- и обратно...

Броматометрия и бромометрия Броматометрический метод основан на окислении вос­становителей броматом калия в кислой среде...

Виды и жанры театрализованных представлений   Проживание бронируется и оплачивается слушателями самостоятельно...

Что происходит при встрече с близнецовым пламенем   Если встреча с родственной душой может произойти достаточно спокойно – то встреча с близнецовым пламенем всегда подобна вспышке...

Реостаты и резисторы силовой цепи. Реостаты и резисторы силовой цепи. Резисторы и реостаты предназначены для ограничения тока в электрических цепях. В зависимости от назначения различают пусковые...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.014 сек.) русская версия | украинская версия