10. Магнитные выключатели. Оптические, радиоактивные, ультразвуковые, генераторные дпо.

Для контроля положения объектов, обладающих ферромагнитной массой, используют датчик ДКПУ-21.Чувствительный элемент датчика представляет собой 2 катушки с магнитной связью между собой. При появлении объекта (достаточном его приближении к воспринимающей части датчика) увеличивается взаимоиндукция (магнитная связь) катушек.

Схема датчика ДКПУ-21: ПЭ – пороговый элемент (нуль-орган с усилителем); U_оп – опорное напряжение; ФМ – ферромагнитная масса объекта

При U_вх > U_оп включается реле К1 и на выходе датчика появляется логическая «1».

Оптические, радиоактивные, ультразвуковые ДПО Принципы построения таких датчиков одинаковы и могут быть пояснены.

Обобщенная структура ДПО, действующего на принципе изменения потока света, ультразвука или радиоактивного излучения.

По этой схеме выполняют фотореле, γ-реле, ультразвуковое реле (УЗР).

Появление объекта перекрывает поток (снижает интенсивность γ-потока, ультразвука или света от источника к приемнику), что приводит к срабатыванию выходного реле К1 и появлению на выходе логической «1». Ниже приведены примеры оптических ДПО.

Генераторные ДПО используют изменение индуктивности катушки колебательного контура генератора при перемещении металлического объекта в его зоне действия. При этом происходит срыв колебаний генератора и появляется сигнал на выходе. Генераторные ДПО делятся на щелевые, плоскостные и торцевые.

За рубежом наиболее распространены генераторные ДПО торцевого типа.

Конструктивно ДПО выполнен в виде неразборного болта (втулки) Ø 8–12 мм и длиной 50–60 мм. Внутри болта размещены автогенератор (АГ) с изменяемой индуктивностью в колебательном контуре, нуль-орган (НО) и выходной усилитель-формирователь (УФ). Чувствительный элемент – катушка индуктивности в колебательном контуре генератора.

Генераторный ДПО торцевого типа

11. Датчики перемещений (дп). Назначение и классификация.

ДП предназначены для измерения перемещений и приближения (удаления) объектов к заданной точке пространства (определение расстояния до объектов).

Датчики перемещения классифицируются следующим образом:

1. По наличию механической связи с объектом: Контактные; Бесконтактные.

По виду выходного сигнала: Аналоговые; Импульсные; Цифровые (шифраторы).

По типу измерительного преобразователя датчика различают следующие аналоговые ДП:

Потенциометрические (резисторные); Индуктивные (дифференциально-индуктивные); Магнитные (дифференциально-трансформаторные, сельсины, синус-косинусные вращающиеся трансформаторы, индуктосины); Емкостные.

По типу чувствительного элемента датчика различают следующие цифровые ДП:

Щеточные (электроконтактные); Оптические (фотоэлектрические); Магнитные.

По методу измерения расстояний до объектов различают следующие локационные датчики (дальномеры): Ультразвуковые; Оптические (лазерные); Радиоволновые и др.

12. Принцип работы потенциометрических, индуктивных, магнитных (сельсины индуктосины), ёмкостных, цифровых, локационных датчиков перемещений.

Потенциометрические ДП. Эти датчики относятся к контактным, выполняются на базе проволочных потенциометров, которые преобразуют линейные или угловые перемещения в электрический сигнал – напряжение на выходе.

Проволочный потенциометр круговой или линейный представляет собой каркас 1, на котором намотана проволочная спираль 2. Ось потенциометра связана со скользящим контактом (щеткой) 3 и соединяется с объектом, перемещение или х которого требуется измерить. Потенциометр подключается к источнику питания с напряжением U_п.

Потенциометрические ДП: а – круговой; б – линейный; в – линейный со средней точкой с

Принцип действия индуктивных ДП заключается в изменении индуктивности катушки с сердечником при изменении положения последнего в катушке, а также при приближении к катушке объекта, обладающего ферромагнитными свойствами (в этом случае объект выполняет функции якоря).

Индуктивные ДП имеют разнообразные конструкции, применяются для измерения как малых, так и сравнительно больших перемещений, работают на переменном токе с частотой от 50 до 1000 Гц. Их преимущество – это надежность (отсутствует скользящий контакт) и высокая механическая прочность. К недостаткам индуктивных ДП следует отнести невысокую чувствительность, зависимость от колебаний частоты источника.

В качестве примера ниже приводится дифференциально-индуктивный ДП соленоидного типа, применяемый для измерения больших перемещений (несколько сантиметров).

Датчик состоит из двух катушек с подвижным сердечником 1, связанным с объектом. Питание датчика осуществляется от трансформатора Т1 со средней точкой. К средним точкам а и б вторичной обмотки трансформатора и катушек датчика подключается нагрузка R_н.

При перемещении сердечника внутри катушек индуктивное сопротивление одной из них возрастает, а другой падает (в зависимости от направления движения). Это приводит к изменению токов I₁ и I₂, протекающих в катушках, и появлению тока в нагрузке, определяемого выражением

Действие магнитных ДП основано на принципе изменения взаимоиндукции (взаимной индуктивности) между двумя или более магнитосвязанными катушками в зависимости от перемещения сердечника или катушек, обусловленного движением объекта.

Сельсины в системах автоматики используются в качестве датчиков угловых (или линейных с преобразователем движения) перемещений объектов, а также как датчики углового рассогласования (разности угловых перемещений).

Сельсин – датчик угла – представляет собой малую электрическую машину переменного тока, на роторе которой имеется обмотка возбуждения, а на статоре расположены три обмотки синхронизации, соединенные в Y (в бесконтактных сельсинах все обмотки располагаются на статоре).

Индуктосины используются в металлорежущих станках для контроля линейных и угловых перемещений с высокой точностью (до 1 мкм для линейных индуктосинов).

Индуктосин (ИС) – это воздушный датчик (без магнитопровода) с печатными обмотками, которые наносятся на изоляционные пластины (линейные, круговые), располагаемые с зазором 0,1 – 0,5 мм. В ИС используется принцип электрической редукции, заключающийся в том, что одному периоду изменения положения (обороту или шагу) механизма соответствует несколько периодов изменения выходного электрического параметра датчика положения.

Чувствительным элементом емкостных ДП является плоский (или цилиндрический) конденсатор, емкость которого изменяется под воздействием перемещающегося объекта. В емкостных ДП чувствительный элемент включается в одно из плеч измерительного моста, питаемого высокочастотным источником, для повышения чувствительности датчика. Выходной сигнал моста через усилитель включается в схему контроля или управления.

Цифровые ДП преобразуют линейное или угловое перемещение в цифровой код. Они точнее аналоговых – разрешающая способность цифрового кодирования перемещений может быть весьма высокая.

Структурная схема цифрового датчика перемещения: НК – носитель кода перемещения; ЧЭ – чувствительный (считывающий) элемент; ИЦП – импульсно-цифровой преобразователь; х – перемещение объекта; N – цифровой код перемещения.

При перемещении объекта на выходе ЧЭ (считывающего элемента) образуются электрические импульсы. Преобразование этих импульсов в цифровой код может быть осуществлено абсолютными или относительными шифраторами. В первом случае каждому значению перемещения х объекта на выходе шифратора образуется соответствующая кодовая комбинация (код), а во втором варианте выходной код соответствует приращению измеряемого перемещения (при включении всякий раз отсчет начинается с нуля).