3. Охарактеризуйте устройство и работу электроконтактных датчиков

Электроконтактные датчики представляют собой релейно-контактные элементы, преобразующие входную величину в скачкообразное изменение сопротивления контактов.

Основным элементом электроконтактных датчиков являются контакты. Для изготовления контактов, рассчитанных на токи малой величины, применяют медь, олово, платину и другие цветные металлы и сплавы. Для больших токов контакты изготавливают из вольфрама, молибдена. От материала контактов зависят стабильность, надежность и срок службы электроконтактных датчиков.

Порог чувствительности электроконтактных датчиков зависит от минимального расстояния между контактами, значение которого ограничено опасностью пробоя или возникновением дуги.

Основными достоинствами электроконтактных датчиков являются их простота, надежность, высокая точность, возможность работы как на постоянном, так и на переменном токе, способность обеспечить работу исполнительных элементов и контрольных приборов без дополнительных усилителей.

Основными недостатками являются: электрический, химический и механический износы контактов. Необходима регулировка контактов.

К электроконтактным датчикам относятся также концевые и путевые выключатели и переключатели, определяющие предельные и характерные положения отдельных элементов машин и механизмов. Например, концевые выключатели лебедки .предэкранного занавеса.

Концевой выключатель, работающий на переключение (рис. 11), состоит из измерительного элемента — подвижного. штока 6, связанного с рычажно-пружинной системой, состоящей из рычага 3, пружины 4, связанных шарнирно с осью 5. При нажатии на шток 6 поворачивается рычаг 3. Когда линия, соединяющая ось роликов 8 с осью 5, будет перпендикулярной к профилю скобы 9 в точке касания роликов, рычажно-пружинная система будет в неустойчивом состоянии. При дальнейшем повороте рычага 3 пружина 4 повернет скобу 9 относительно оси 10, переключив контакты. Пружина 11 .возвращает шток в исходное положение. Кнопка 12 и пружина 13 — устройство, дающее штоку дополнительный ход после переключения контактов.

Контактные датчики широко применяют в машиностроительной промышленности при автоматическом контроле и сортировке по линейным размерам изделий, в киноаппаратуре и т. д.

3. Охарактеризуйте устройство и работу реостатных потенциометрических датчиков

Реостатные и потенциометрические датчики представляют собой переменное сопротивление, движок которого связан с чувствительным элементом измерительного устройства. Входной величиной датчика является линейное или угловое перемещение, выходной — ток или напряжение, снимаемое потенциометра.

Статическая характеристика ненагруженного датчика или. датчика, в котором сопротивление нагрузки значительно пре­вышает его собственное, представляет собой прямолинейную зависимость:

Uвых=l/lmaxU0=σU0

где l — длина рабочей части датчика

lma x — наибольшая длина датчика

U0 — напряжение питания датчика.

Статическая характеристика нагруженного датчика нели­нейна, так как на выходное напряжение оказывает влияние шунтирующее действие сопротивления нагрузки (рис. 13). Чувствительность датчика определяется выражением:

S=U0/lmax

где U0 — напряжение источника питания;

lmax — наибольшая длина рабочей части датчика.

Кроме однотактной схемы включения практическое при­менение находят следующие двухтактные схемы:

Рис 13

1. 

   Схема с отводом от средней точки (рис. 14,а) и схема с искусственной средней точкой, создаваемой резисторами R1 и R2 (рис. 14, б), дают возможность получить выходное напряжение различного знака в зависимости от направления перемещения движка.Рис.14

2. Схема с двумя потенциометрами, каждый из которых соединен с отдельным чувствительным элементом, даёт возможность получить выходное напряжение, пропорциональное разности скоростей двух подвижных элементов (рис.15). При синхронном перемещении движков потенциометров Rд1 и R_Д2 выходное напряжение отсутствует. Оно появляется только в том случае, если скорости не равны, и напряжение будет тем больше, чем больше величина ΔU=U1—U2

3. Мостовая схема включения реостатного датчика (рис. 16) также дает возможность получить разнополярные напряжения. При определенных соотношениях сопротивлений R1, R2 и RЗ потенциалы точек а и б будут равны между собой и выходное напряжение будет отсутствовать. Под действием чувствительного элемента происходит перемещение движка в ту или иную сторону, что ведет к нарушению ра­венства потенциалов, приводящему к появлению выходного напряжения. Величина этого напряжения зависит от величины перемещения движка, а знак или фаза •— от направления перемещения.

Рис16

С помощью потенциометрических датчиков можно выполнять операции сложения и умножения нескольких напряжений, .получать различные функциональные зависимости между перемещением движка потенциометра и выходным напряжением. Это достигается применением специальных профилей каркасов (рис. 17), шунтированием отдельных участков намотки постоянным сопротивлением (рис. 18), намоткой потенциометра проводом переменного сечения, неравномерным перемещением движка.

Рис.17 Рис.18

Реостатные и потенциометрические датчики имеют простую конструкцию, работают на постоянном и на переменном токах, имеют высокую точность и стабильность, мало подвержены влиянию помех со стороны электромагнитных полей, имеют малый вес и т. п. Все это определяет их широкое применение в системах автоматики.

Недостатки этих датчиков — наличие подвижного контакта, что снижает надежность работы, срок службы датчика, и нелинейность характеристик. Реостатные датчики применяются для передачи показа­ний измерительных приборов, манометров, измерения уровня жидкости.

Потенциометрический датчик (рис. 4.1), являющийся датчиком линейных или угловых перемещений, представляет реостат с подвижным контактом — щеткой, включенной по схеме потенциометра.

Перемещение подвижного контакта такого датчика преобразуется в напряжение, снимаемое со щетки и одной клеммы обмотки потенциометра (см. рис. 4.1, а). ^/

Характеристика потенциометра линейна, если сопротивление и ручки значительно больше его сопротивления.

Динамические свойства потенциометра также зависят от его и нагрузки; при активной нагрузке он практически безинерционен, При емкостной и индуктивной нагрузках изменение его выходного сигнала будет отставать от изменения входного сигнала, так динамические процессы в электрических цепях с реактивным сопротивлением протекают не мгновенно.

Чувствительность потенциометрических датчиков при измерении перемещений составляет 3...5 В/мм.

а

Рис. 4.1. Потенциометрический датчик:

а— электрическая схема; б— вариант конструкции;

в — статическая характеристика

Конструкции потенциометра разнообразны. Наиболее распространены потенциометр с каркасом цилиндрической формы (см. рис.4.1. б), которая обеспечивает небольшие его габариты и позволяет снизить усилия, необходимые для перемещения щетки, а цельно, уменьшить зону нечувствительности, что очень важно при измерении малых перемещений.

Каркасы потенциометров делают из пластмасс, керамики, оксидированного алюминия, а обмотки— из сплавов с высоким удельным сопротивлением (константана, сплавов платины, золота). Для намотки используется проволока малого диаметра (до сотых долей миллиметра), так как чем меньше диаметр проволоки, тем меньше ступенчатость статической характеристики (см. рис. 4.1,в)

Щетки потенциометров изготовляют из сплавов серебра, платины, иридия, палладия и др. Применяются и потенциометры с каркасами другой формы, например, если надо произвести измерения большого линейного перемещения с большой точностью, — прямолинейные, большой длины.

Достоинства потенциометрического датчика — простота конструкции и схемы, малые габаритные размеры и масса; недостаток — наличие скользящего контакта, который, во-первых, снижает надежность, а во-вторых, ограничивает срок его эксплуатации, так как со временем происходит истирание проволоки и характеристика потенциометра меняется.