4.2.2. Потенциометрические сенсори
Потенциометрические сенсори також входять у групу електричних контактів і реалізують реостатний принцип перетворення кутових і лінійних переміщень в електричні сигнали. На мал. 4.5, а показана схема сенсора, де R - повний опір потенціометра, Rx – опір ділянки, Rj - опір у режимі холостого ходу (Rj = ∞), BR – повзунок понциометра, а на рис 4.5,6 - його характеристика керування при різних коефициентах тепловіддачі αн.
На мал.4.6 представлені деякі конструкції потенциометрических сенсорів положення компанії «Инпромтех» [4], застосовуваних для сделения й контролю точного положення виконавчого механізму, наприклад, пневматичного штокового або бесштокового циліндра.
Максимальні робочі швидкості зазначених сенсорів можуть досягати 20 м/с. Можливі довжини ходу бігунка становлять 25, 50, 75, 100 і 150 мм. Конструкції з виконавчим механізмом на поверхні датчика й кульовим з'єднанням для вільного переміщення можуть мати робочі швидкості порядку 10 м/с і стандартну довжину ходу від 100 до 3000 мм.
Щоб уникнути мимовільного від'єднання або втрати контакту потенциометрические датчики забезпечуються надійними сполучними розніманнями, що дозволяють забезпечувати динаміку пристрою протягом виробничого циклу.
При необхідності докладні розрахунки герконов, відкритих контактів і потенциометрических сенсорів, що включають у себе довжину області спрацьовування, особливості керування, вибір матеріалу контактів і інші можна знайти в роботі [1].
4.3. Безконтактні сенсори
4.3.1. Ємнісні сенсори
Принцип дії ємнісних сенсорів заснований на зміні електричної ємності конденсатора при зміні якої-небудь неелектричної величини. Ємнісні сенсори служать в основному для виміру переміщень, габаритів виробів, рівнів рідини, температури й т.д.
Ємнісна вимірювальна система заснована на тім, що з виміром розміру контрольованої деталі змінюється ємність конденсатора датчика. Вимірюючи тим або іншим шляхом цю ємність, можна судити про розмір виробу.
Ємнісний метод контролю може бути як контактним, так і безконтактним. При безконтактному методі однієї із пластин конденсатора служить сам контрольований виріб; при контактному методі ємнісний сенсор являє собою плоский або циліндричний конденсатор, одна із пластин якого пов'язана з вимірювальним стрижнем. Безконтактний метод знаходить обмежене застосування.
Ємнісні сенсори працюють тільки з перетворюючими електричними схемами. Застосовуються в основному два типи схем: перетворююча схема, що працює як прецизійний вимірник ємності по методу мосту, в одне із плечей якого включений сенсор, і схема із включенням ємнісного сенсора в контур генератора, що задає. У першому типі схем при зміні ємності сенсора в діагоналі мосту виникає напруга розбалансу, що може бути використане безпосередньо для відліку або як напруга, що приводить у дію сервосистему, що здійснює нульовий баланс мосту. У другому типі схем при зміні ємності міняється частота генератора. По величині зміни частоти можна судити про розмір виробу. Ця схема значно дошкульніше бруківці, але більше піддана всіляким впливам ззовні.
Ємнісні безконтактні сенсори (ЄС) мають чутливий элемет у вигляді винесених до активної поверхні пластин конденсатора. Упрощеная функціональна схема ЄС зображена на малюнку 4.8 [12].
Наближення об'єкта з будь-якого матеріалу до активного поверхност веде до зміни ємності конденсатора, параметрів генератора й в остаточному підсумку до перемикання комутаційного елемента. Як керуючий об'єкт для ємнісного датчика можуть використовуватися будь-які матеріали: магнітні й немагнітні, провідники й діелектрики, тверді й рідкі.
Об'єкти з металу або з діелектрика з більшому діелектричної постійної, наприклад вода, впливають на ЄС більшою мірою. Дрібні або тонкі об'єкти слабко впливають на ЄС.
Відстань впливу ємнісних безконтактних вимикачів у значній мірі визначається параметрами керуючого об'єкта. Чим менше діелектрична проникність матеріалу об'єкта й чим менше його розміри, тим менше повинне бути відстань між об'єктом і чутливою поверхнею датчика для його спрацьовування. Відстань впливу виміряється за допомогою нормованої пластини зі сталі, пластина заземлюється. Пластина товщиною 1 мм має форму квадрата зі стороною, рівної діаметру чутливої поверхні датчика або потрійній номінальній відстані впливу Sв залежно від того, яка величина більше.
Для визначення фактичної номінальної відстані впливу можна використовувати наступні поправочні коефіцієнти, що зменшують номінальну відстань впливу:
метал - 1,0
вода - 1,0
стекло - 0,5
дерево - 0, 2-0,7
масло - 0,1
При використанні діелектриків як керуючий об'єкт залежність номінальної відстані впливу від діелектричної проникності можна визначити за допомогою графіка, наведеного на мал. 4.9.
Ємнісні сенсори мають ряд переваг перед іншими датчиками: лінійна зміна параметра (ємності) у досить широких межах робочого ходу, що забезпечує при цьому дуже високу точність виміру (до часток мікрона); вимірювальне зусилля сенсора може бути настільки незначним (кілька грамів), що сенсор може конкурувати з безконтактними методами виміру; при включенні у відповідну схему ємності сенсора можуть бути використані для диференціальних вимірів.
На мал. 4.10 наведена типова схема включення ємнісного сенсора. На нерухливі електроди сенсора подається змінна напруга із частотою 10 Гц від трансформатора Тр із заземленою середньою крапкою. При зсуві подвжного електрода У відносно нейтрального положення на сітці лампи з'являється напруга, що після посилення подається до електродвигуна Д.
Принцип дії ємнісних сенсорів положення полягає в тому, що поява в зоні спрацьовування об'єкта змінює діелектричну проникність конденсатора, внаслідок чого відбувається зміна частоти відповідного RC-Генератора. Значення вихідного напрузі функціонально пов'язане з дійсним значенням ємності між електродом сенсора й статичним екраном. Ємнісні сенсори здатні сприймати наближення й присутність тіл, виконаних з різний матеріалів. Наприклад, сенсори компанії АНТРЕЛ [6] конструктивно виконані в циліндричних і прямокутних корпусах.
Основні технічні характеристики зазначених пристроїв такі:
Гарантована зона реагування: 0 - 1,4, 0 - 4, 0 - 8, 0 - 10, 0 - 15, 0 - 40 мм;
2-2-, 3-, 4-провідна схема підключення;
Частота спрацьовування: 1,10 Гц;
Тип виходу: PNP, NPN, NAMUR (по стандарті DIN 19234);
Напруга живлення: 10-35, 10-60 У постійного струму, 20-253 У змінного струму;
Клас захисту: IP65,1Р67;
Діапазон робочих температур: -25...+70°С.
Наведені параметри сенсорів свідчать про їх досить високу чутливість і універсальність у схемах механотроники.