Автоматизация технологических процессов в производстве (стр. 4 из 32)

∆U=U/ŵ

Рис. 2-9

Применение: Линейные реостаты используются в качестве датчика перемещения, а круговые в качестве датчиков повышающих точность реостатных датчиков, определяется диаметром провода и линейным размером каркаса, и соответствуют сопротивлению одного витка.

2. Потенциометрические датчики

Эти датчики по конструкции аналогичны реостатным датчикам, но работают в качестве делителя, поэтому они должны обладать следующими свойствами.

1) Высокое входное сопротивление, чтобы меньше нагружать источник питания, поэтому его изготавливают из высокоомного провода с малым температурным коэффициентом сопротивления и малым диаметром в сечении.

2) Обладают высокой чувствительностью, чем меньше диаметр, тем больше чувствительность.

3) Имеет минимальный коэффициент трения.

4) Малую ступенчатость.

5) Малую зависимость изменения сопротивления от условий работы (нагрузка, температура, окружающая среда).

6) Небольшим переходным сопротивлением в месте контакта.

7) Имеет устойчивость контактов против карозии.

8) Устойчивость км износу.

Сопротивление датчика определяется по формуле

R=l*ω*ρ/S;

Где l- длина витка, в м; ω- количество витков;

ρ- удельное сопротивление провода, в Ом/мм² ;

S- сечение провода, в м²;

Для увеличения чувствительности и точности датчика обмотки укладываются плотно виток к витку. В качестве изоляции используется окисная пленка материала, из которого изготавливается датчик.

Потенциометрические датчики изготавливаются:

а) с ограниченным перемещением движка и неограниченным.

б) по выполняемым операциям: задающие и принимающие.

в) по характеру воспроизведения функций линейные и нелинейные.

г) по количеству отводов: двухотводные, круговые трехотводные, круговые

четырехотводные.

Корпус А А А

а) б)

Рис. 2-10 - преобразователь для изменения линейных перемещений.

2.3 Схемы включения датчиков

Рис. 2-12

Эта схема имеет линейную характеристику, зависимость выходного напряжения от перемещения (х)

Рис. 2-13

Рис. 2-14

Разница между схемами:

Нагруженная схема используется если управление идет током в схемах, а не нагруженная если в схемах идет напряжение.

3) Нагруженная двухтактная.

Uвых=δUвх/2

Uвх δ=Х/Хмах-Хмин

Х

Uвых

Rн

Рис. 2-15

Перемещение движения от средней точки в одну сторону дает отрицательное значение перемещения, а в другую сторону положительное. Эти датчики применяются в качестве делителей напряжения, а также в следящих системах, в качестве чувствительного элемента в месте слежения.

Угольные датчики

Датчики работают на изменение сопротивления под действием механической силы. Состоит из угольных пластин и чаще всего имеет форму цилиндра. Достоинства этих датчиков сопротивление изменяется плавно, т.е. не имеет ступенчатой характеристики на выходе.

Недостаток - механически очень хрупкие.

Их сопротивление пропорционально применяемой силе Rx~F. F

F

0

F Fн

Рис. 2-17- угольный датчик и его характеристика

Контактные датчики

Это датчики, в которых механическое перемещение преобразуется в замкнутое или разомкнутое состояние контактов управляющих одной или несколькими схемами. Они имеют щуп, с помощью которого фиксируется перемещение. (Рис.2-18)

При размыкании контакта активное сопротивление датчика изменяется от бесконечного значения до наименьшего. При размыкании контактов, наоборот, от меньшего значения до бесконечного. Контакты являются самым важным элементом этих датчиков. Надежность и точность работы контактов в большой степени зависит от материала и качества их изготовления, а также чем меньше мощность, разрываемая контактами, тем выше точность работы контактов. В качестве материалов для изготовления датчиков применяются серебро, вольфрам, золото, платина. Эти датчики широко применяются для контроля, сортировки и сигнализации о перемещении. Достоинства - простота конструкции, сравнительно высокая точность до 1-2 мкм. Недостаток - обгорание контактов, поэтому возникает необходимость зачищать их и регулировать.

Датчики пути и положения

К датчикам пути относятся: электроконтактные датчики, индуктивные, емкостные.

Электроконтактные датчики

Самые простые это концевые выключатели, путевые переключатели, микропереключатели.

Электроконтактные датчики представляют собой двухконтактную механическую

систему с одним устойчивым положением.

HS

HP

Рис. 2-19 - схема электроконтактного датчика.

HS - нормально замкнутый контакт без внешнего воздействия

HP - нормально разомкнутый контакт без внешнего воздействия

Принцип действия датчика основан на том что их устанавливают на неподвижных рабочих органах в определенном положении, а движущие рабочие органы достигшие определенного значения воздействуют на датчик вызывая его срабатывание (кодовый переключатель).

Индуктивные датчики

Все индуктивные датчики работают на индуктивном токе. Принцип действия основан на изменении индуктивности катушки с магнитопроводом при перемещении якоря.

Рис. 2-20 - индуктивный датчик и его характеристика

Если перемещать якорь то изменяется воздушный зазор, соответственно изменяется индуктивность катушки. Индуктивность зависит от зазора обратнопропорционально. I=U/Z, где Z- полное сопротивление

I=U/√R²+X², где R- активное сопротивление; X- индуктивное сопротивление X=2πfL, где f- частота питающего напряжения

I=Kδ, где K- коэффициент пропорциональности

Реальная характеристика зависит только от воздушного зазора и имеет небольшую нелинейность. Большинство индуктивных датчиков предназначены для работы на относительно низких частотах напряжения питающей сети (до 5000 Гц). При более высоких частотах значительно растут потери стали на перемагничивание и реактивное сопротивление обмотки.

Достоинства: простота конструкции, надёжность, бесконтактны, сравнительно большая отдаваемая мощность, могут работать на переменном токе промышленной частоты.

Они используются в основном для измерения перемещений угловых и линейных, а также силы давления. Изготавливаются с подвижным якорем, с подвижным сердечником, поворотным якорем.

Емкостные датчики

Представляют собой плоский конденсатор с изменяемой ёмкостью. В отличие от индуктивных датчиков они применяются на переменном токе с частотой выше 1 кГц. Принцип их действия основан на изменении ёмкости при перемещении.

C=ES/d4π, где E- диэлектрическая проницаемость; S- площадь пластины; d- расстояние между пластинами.

S

Рис. 2-21- емкостной датчик.

Чтобы увеличить ёмкость необходимо увеличивать диэлектрическую проницаемость и площадь пластины, но уменьшать расстояние между пластинами. В зависимости от этого изготавливаются датчики различных типов:

1)С подвижной пластиной - одна из пластин жёстко закрепляется, другая подвижная и она связана с валом механизма или элементом определённой системы. При перемещении элемента по заданному закону пластина датчика перемещается, соответственно изменяя расстояние между пластинами и ёмкость, а изменение ёмкости вызывает изменение напряжения на выходе датчика. 2)С переменной площадью пластин (количество пластин может быть у всех разное).

S

Рис. 2-22

У этих датчиков одна из пластин жёстко закреплена, а другая связана с валом, т.е. подвижна. При вращении вала под действием исполнительного элемента подвижная пластина меняет угол поворота, соответственно увеличивая площадь датчика. Изготавливаются с несколькими расположенными параллельно пластинами. Имеют широкое применение в радиотехнике и для изменения угловых перемещений.

3) С переменной диэлектрической проницаемостью. стержень