Конструкция датчиков - Основные понятия автоматики
Конструктивно потенциометрический датчик (рис. 1.8) состоит из каркаса 1, на который намотана в один слой обмотка 2 из тонкого провода. По виткам обмотки скользит движок (щетка) 3, который механически связан с объектом, перемещение которого надо измерить. Обмотка выполнена из изолированного провода, а дорожка, по которой скользит движок, предварительно очищена от изоляции.
Рис. 1.8 Конструктивная схема потенциометрического датчика
Каркас выполнен обычно плоским или в виде цилиндра. Материалом каркаса может быть изолятор (текстолит, гетинакс, пластмасса, керамика) или металл, покрытый слоем изоляции. Металлические каркасы благодаря лучшей тепло-проводности позволяют получить большую мощность электрического сигнала на выходе датчика. В качестве материала для такого каркаса может быть нанесен слой оксидированного алюминия толщиной около 10 мкм.
Для обмотки потенциометрического датчика чаще всего применяют провод из манганина, константана и других проводниковых материалов, имеющих малый температурный коэффициент сопротивления. При больших усилиях прижатия движка используется провод диаметром 0,1--0,3 мм, при малых усилиях прижатия -- провод из сплавов, в состав которых входят платина, серебро, иридий, рубидий, осмий и др. Диаметр провода в таких точных датчиков выбирается в пределах 0,03--0,01 мм. При диаметре провода 0,1-0,3 мм движок потенциометрического датчика выполняется в виде пластинчатых щеток из серебра, серебра с палладием или (реже) фосфористой бронзы. Контактное усилие при этом принимается равным 0,05--0,1 Н, что обеспечивает силу трения не более 3 * 10-2 Н. Для точных датчиков при диаметре менее 0,1 мм движок делается из сплавов платины с иридием, бериллием или серебром в виде двух--пяти тонких параллельных проволок. Контактное усилие при этом принимается равным 10-3--10-2 Н, т. е. иногда оно достигает 2*10-4 Н (20 мг) на отдельный контакт. Столь малые контактные усилия необходимы для высокоточных потенциометрических датчиков, используемых, например, в ответственных косми-ческих объектах.
На рис. 1.7 приведена конструкция потенциометрического датчика для измерения угловых перемещений. Так же как и датчик линейных перемещений, он состоит из каркаса 1 с обмоткой 2, по которой скользит движок 3. Для съема сигнала с перемещающегося движка служит добавочная щетка 4, скользящая по токосъемному кольцу 5. Выходное напряжение датчика угловых перемещений пропорционально углу поворота подвижной части первичного измерителя, соединенного с осью движка.
Рис. 1.9 Конструкция потенциометрического датчика перемещения и реохорда
В некоторых автоматических приборах в качестве потенциометрического датчика используют так называемый реохорд (рис. 1.6). Он представляет собой натянутую проволоку, по которой скользит ползунок. Сопротивление реохорда пропорционально перемещению ползунка. Часто реохорд используют не в потенциометрической схеме, а включают в плечо мостовой схемы.
Индуктивные датчики
Простейший индуктивный датчик представляет собой дроссель с переменным воздушным зазором в магнитопроводе. На рис. 1.7 показаны две наиболее распространенные конструктивные схемы индуктивных датчиков на одном сердечнике. Это одинарные индуктивные датчики. На сердечнике 1 из электротехнической стали размещена обмотка 2, подключаемая к источнику переменного напряжения. Магнитный поток в сердечнике замыкается через якорь 3, который может перемещаться относительно сердечника 1. Якорь 3 механически связан с деталью, перемещение которой необходимо измерить. Эта деталь на рисунке не показана, но перемещение х ее может происходить в вертикальном (рис. 1.7, а) или в горизонтальном направлении (рис. 1.7, б). Перемещение якоря изменяет магнитное сопротивление магнитной цепи, состоящей из сердечника, якоря и воздушного зазора Д. Следовательно, изменится индуктивность обмотки 2, ее индуктивное сопротивление. С увеличением воздушного зазора индуктивное сопротивление обмотки уменьшается (рис. 1.8а) и ток в обмотке увеличивается (рис.1.8б)
Рис. 1.10 Простые индуктивные датчики
Рис. 1.11 Характеристики индуктивного датчика
В зоне х < хА воздушный зазор очень мал, индуктивное сопротивление обмотки максимально и ток минимален, но не равны нулю (так как индуктивное сопротивление обмотки не бесконечно большое) как должно быть у идеального датчики (штриховая линия). В зоне х >хБ индуктивное сопротивление обмотки почти минимально. Возрастания тока почти нет.
На практике диапазон изменения воздушного зазора для индуктивных датчиков по рис. 1.7, а не превышает 4-5 мм. Значительно больший диапазон изменения входного сигнала (перемещения) имеют индуктивные датчики по рис. 1.7, б. Такие датчики имеют близкую к линейной статическую характеристику при перемещениях якоря до 10-15 мм. Величину начального воздушного зазора д0 (т. е. исходное положение якоря, при котором входной сигнал равен нулю) рекомендуется выбирать в середине линейного участка статической характеристики датчика.
Одним из недостатков одинарного индуктивного датчика является то, что на его якорь действует сила притяжения к сердечнику. Эта сила вносит погрешность в работу датчика тем большую, чем меньше перестановочное усилие детали, перемещение которой надо измерить. Кроме наличия электромагнитной силы притяжения индуктивные датчики имеют также и другие серьезные недостатки: при изменении знака входного сигнала не меняется знак выходного сигнала (т. е. датчик не является реверсивным); диапазон изменения входного сигнала, при котором сохраняется линейность статической характеристики, невелик. Указанные недостатки ограничивают область применения одинарных индуктивных датчиков. На практике они нашли применение в качестве бесконтактных датчиков положения и концевых выключателей при управлении механизмами, имеющими значительные перестановочные усилия. В таких схемах автоматики наиболее полно проявляются достоинства одинарных индуктивных датчиков: простота конструкции и высокая надежность.
Дифференциальные (реверсивные) индуктивные датчики
Дифференциальные индуктивные датчики представляют собой совокупность двух одинарных (нереверсивных) датчиков с общим якорем. Предназначены дифференциальные индуктивные датчики для получения реверсивной статической характеристики и для компенсации электромагнитной силы притяжения якоря.
Рассмотрим работу дифференциального индуктивного датчика (рис. 1.9, а), состоящего из двух одинаковых сердечников 1 и 2 с обмотками и расположенного между сердечниками якоря 3, способного перемещаться влево и вправо относительно среднего симметричного положения.
Питание дифференциального датчика осуществляется от трансформатора с выводом от средней точки вторичной обмотки. Сопротивление нагрузки Rн включается между этой средней точкой и общей точкой обмоток сердечников 1 и 2. Ток в сопротивлении нагрузки можно представить как алгебраическую суму двух токов: в левом и правом контурах. Каждый контур состоит из половины вторичной обмотки трансформатора, одинарного индуктивного датчика и сопротивления нагрузки Rн, общего для обоих контуров.
Рассмотрим направления контурных токов в момент времени, когда во вторичной обмотке трансформатора индуцируется условно положительный полупериод напряжения: плюс + у левого зажима; минус - у правого. Контурный ток I1 будет течь по часовой стрелке, а I2 против часовой. Если якорь находится в среднем положении, то д1=д2. Это даст два одинаковых индуктивных сопротивления обмоток. I1=I2. Через Rн ток течь не будет. Если якорь отклонился влево д1<д2. Индуктивное сопротивление левой обмотки больше чем правой. I1<I2. Через Rн течет разностный ток I2-I1 и направленный в сторону большего тока т. е. совпадает с направлением тока I2. При перемещении якоря в правую сторону все будет наоборот. Выходная характеристика представлена на рис.1.9б.
Рис. 1.12 Дифференциальный индуктивный датчик
Таким образом, статическая характеристика дифференциального датчика будет реверсивной, зависящей от знака входного сигнала. А дифференциальным датчик называется потому, что выходной сигнал формируется как разность сигналов двух одинаковых датчиков.
Силы притяжения якоря к сердечникам возникают и в этом случае, но направлены они в противоположные стороны и поэтому почти полностью взаимно компенсируются. Поэтому для перемещения якоря требуется незначительное усилие. Очень важной особенностью дифференциального датчика является равенство нулю выходного сигнала при нулевом входном сигнале. Напомним, что в одинарном датчике выходной сигнал (ток через обмотку) был не равен нулю даже при нулевом воздушном зазоре.
Для получения реверсивной зависимости выходного напряжения от перемещения используют и мостовую схему включения индуктивных датчиков (рис. 1.13, а).
Рис.1.13 Мостовая схема индуктивного реверсивного датчика
Плечи моста образованы обмотками двух сердечников 1 и 2 с индуктивностями соответственно L1, и L2 и двумя постоянными резисторами с сопротивлением R. К одной диагонали моста подводится напряжение питания U0 переменного тока, со второй диагонали снимается выходное напряжение. Если якорь 3 занимает среднее положение, то индуктивности одинаковы и мост сбалансирован. Выходное напряжение Uвых при этом равно нулю. При отклонении якоря от среднего положения баланс моста нарушается, так как индуктивность одной обмотки увеличивается, а другой - уменьшается. Изменение направления перемещения якоря вызывает изменение фазы выходного напряжения на 180°, т. е. характеристика мостовой схемы индуктивных датчиков является реверсивной (см. рис. 1.13, б).
Похожие статьи
-
Измерительные преобразователи (датчики), Потенциометрические датчики - Основные понятия автоматики
Электрические датчики относятся к наиболее важным элементам систем автоматики. С помощью датчиков контролируемая или регулируемая величина преобразуется...
-
Функциональные потенциометрические датчики - Основные понятия автоматики
Для получения выходного сигнала, изменяющегося по определенному закону, применяют функциональные потенциометрические датчики. В этих датчиках зависимость...
-
Реверсивные потенциометрические датчики - Основные понятия автоматики
Выходное напряжение реверсивных датчиков изменяет знак (полярность) при изменении знака входного сигнала. В системах автоматического регулирования обычно...
-
Структура и назначение систем автоматики и телемеханики - Основные понятия автоматики
Отрасль науки и техники, разрабатывающая методы и средства контроля и управления производственными процессами, носит название автоматики и телемеханики....
-
Введение - Основные понятия автоматики
Применение автоматики и вычислительной техники позволяет механизировать трудоемкие и тяжелые работы, экономить средства. Автоматика и вычислительная...
-
Особенность синхронного дискретного устройства состоит в необходимости обеспечения синхронизации сигналов при его схемной реализации. Для синтеза...
-
Основные схемы включения операционных усилителей - Разработка дифференциального усилителя
Рассмотрим некоторые виды ОУ наиболее часто встречающиеся в линейных схемах. Линейность схемы определяется зависимостью входного и выходного сигнала т....
-
ПОНЯТИЕ ДАТЧИКА - Датчики, используемые в современном автомобиле
Процесс управления заключается в приеме информации о состоянии объекта управления, ее контроле и обработке центральным устройством и выдачи им...
-
Точностные параметры - Основные параметры линейных стабилизаторов напряжения
Основное назначение стабилизаторов - поддерживать выходное напряжение неизменным, равным номинальному значению в условиях изменяющегося входного...
-
Назначение трансмиссии и ее общие данные Трансмиссия или силовая передача, служит для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя к ведущим...
-
Назначение работ по видам ремонтов производится по фактическому состоянию пути, определяемому по результатам комплексной оценки состояния пути,...
-
Микроэлектроника. Основные понятия. Микроэлектроника - это раздел электроники, охватывающий исследования и разработку качественно нового типа электронных...
-
Коммуникация - Процесс, с помощью которого осуществляются и развиваются все многообразные человеческие взаимоотношения; символы и знаки, а также средства...
-
Электрические элементарные преобразователи - Типы преобразователей
Наиболее распространенные электрические элементарные преобразователи рассмотрены в данном разделе. Ими являются: реостат, неуравновешенный мост,...
-
Целью данного курсового проекта является разработка интегрирующего усилителя с выходным каскадом на транзисторах и проведение графоаналитического расчета...
-
Получение искусственной общей точки - Основные параметры линейных стабилизаторов напряжения
Часто при питании электронных устройств от батарей возникает необходимость получения из одного гальванически изолированного напряжения аккумуляторной...
-
Определение мощности двигателя Мощность двигателя можно определить КВт (1) = = 90,90 кВт Где GA - полный вес автомобиля, Н: GA = G0+ GГ, GA = 1360+550...
-
Основные понятия и классификация маневровой работы Маневрами называются передвижения подвижного состава (отдельных вагонов или групп вагонов, одиночных...
-
Датчики в автомобильных охранных сигнализациях - Датчики, используемые в современном автомобиле
По конструктивному исполнению автосигнализации делятся на два типа: компактные и модульные. Сигнализация в компактном исполнении представляет собой...
-
Принцип работы пьезоэлектрического датчика на примере датчика давления - Пьезоэлектрические датчики
Рассмотрим работу пьезоэлектрического датчика на примере датчика давления. На рис. 1 показано, как можно воспользоваться пьезоэлектрическим эффектом в...
-
Элементы промышленной электроники - Общая электротехника и электроника
Выпрямители . Выпрямитель - это устройство, предназначенное для преобразования переменною напряжения в постоянное. В зависимости oт числа фаз питающего...
-
Жизненный цикл железнодорожного подвижного состава. Этапы и работы, выполняемые на стадии "производство подвижного состава": ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ПОДВИЖНОГО...
-
Электрическими аппаратами называются устройства, служащие для включения, выключения и регулирования тока в электрических цепях электровоз. Предназначены...
-
Обоснование критерии данного ремонта пути : А) замена креплений с КБ на АРС; Б) увеличение скорости движения для пассажирских поездов с 120 км/ч до 160...
-
Датчик частоты вращения коленчатого вала - Датчик давления
1. кронштейн крепления 2. магнитный сердечник 3. задающий диск (диск синхронизации) 4. провод 5. уплотнитель 6. магнит 7. корпус 8. обмотка Датчик...
-
Датчики знімання ЕКС - Температурні датчики. Термістори
Всі пристрої знімання медичної інформації поділяють на 2 групи: електроди і датчики (перетворювачі). Електроди використовуються для знімання електричного...
-
Физические процессы в р-n-переходе Основным элементом большинства полупроводниковых приборов является электронно-дырочный переход (р-n-переход),...
-
Датчик давления во впускном коллекторе - Датчик давления
Датчик давления во впускном коллекторе является одним из датчиков, используемых в электронной системе управления бензинового двигателя. Данные, которые...
-
Светодиод (СИД) представляет собой полупроводниковый прибор с p - n переходом, протекание электрического тока через который вызывает интенсивное...
-
Базовые понятия - Триггеры: общая характеристика
Триггер -- это запоминающий элемент с двумя (или более) устойчивыми состояниями, изменение которых происходит под действием входных сигналов и...
-
Классификация систем автоматики - Строительные машины и оборудование
Автоматические системы, используемые в строительных машинах и оборудовании для контроля, регулирования и управления, можно классифицировать по ряду...
-
КЛАССИФИКАЦИЯ ДАТЧИКОВ - Датчики, используемые в современном автомобиле
При классификации датчиков в качестве основы часто используется принцип их действия, который, в свою очередь, может базироваться на физических или...
-
Понятие устойчивости - Устойчивость САР
Для того чтобы замкнутая САР была работоспособной, она должна быть устойчивой. Устойчивой является САР, реакция которой на ограниченное воздействие...
-
Железнодорожный транспорт станция маневренный Изучения курса <<Управления эксплуатационной работой железных дорог>> необходимо для получения знаний...
-
В результате проведенного обзора научно-технической и патентной литературы было установлено, что более 30 % всех отказов электровозов (ВЛ-60к и ВЛ-80с)...
-
Понятие маневра и его классификация Маневром называется существенное изменение скорости и (или) направления движения ТС (например, торможение, остановка,...
-
Основные технические характеристики - Плата КП632
Изделие используется в составе блока КБ 63 МВРИ 468.366.002 стойки контроля КС-6 МВРИ 468.261.002 в качестве блока управления. Плата содержит...
-
Цель и особенности основных видов испытаний ВОК - Методы испытания волоконно-оптических кабелей
Как указывалось выше, при прокладке и монтаже кабель подвергается минимально двукратному изгибу, поэтому при испытаниях он должен выдержать также минимум...
-
ОСНОВНЫЕ СИМВОЛЫ, ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ - Алгоритмический язык Pascal
Основные символы языка-буквы, цифры и специальные символы составляют его алфавит. ТУРБО ПАСКАЛЬ включает следующий набор основных символов: 1) 26...
-
Адресация компьютеров - Основные проблемы построения сетей
Еще одной новой проблемой, которую нужно учитывать при объединении трех и более компьютеров, является проблема их адресации. К адресу узла сети и схеме...
Конструкция датчиков - Основные понятия автоматики