4.7. Тензорезисторные сенсори

Тензорезисторные перетворювачі (тензорезисторы) засновані на явищі тензометричного ефекту, що полягає в зміні активного опору провідникових і напівпровідникових матеріалів при їхній механічній деформації.

По конструкції й принципу дії тензорезисторы можуть бути дротовими, фольговими й напівпровідниковими. Для дротових і фольгових тензопреобразователей широко використовуються мостові вимірювальні схеми, у яких розбаланс мосту, викликаний зміною опору тензопреобразователя, компенсується відомою зміною опору іншого плеча. Перевагою такого методу є його висока точність і застосовність при малих змінах опору.

Найбільше подовження тензопреобразователя не повинне перевищувати меж пружної деформації. Звичайно відносне подовження становить близько 1%. Температурний діапазон працездатності від -40 до +70° С.

Основними достоїнствами дротових і фольгових тензопреобразователей є: практично повна відсутність їхнього впливу на деформацію деталі; лінійність характеристики; низька вартість.

При вимірах з напівпровідниковими тензопреобразователями зміна опору виявляється значним і використання врівноваженого мосту в ряді випадків стає невиправдано складним і громіздким. Більше просте рішення виходить при використанні неврівноваженого мосту, тобто, при визначенні величини дисбалансу по величині струму або напруги у вимірювальній діагоналі.

Компанія «Каратів» робить різні конструкції тензометричних сенсорів, зовнішній вигляд яких представлений на мал. 4.29 [14].

У цей час тензометричні сенсори мають трохи більше вузьку область застосування через малу гнучкість, нелінійної характеристики й невисокий механической міцності. Це приводить до нестабільності параметрів і великому розкиду технічних характеристик однотипних перетворювачів.

Крім того, технологічно важко забезпечити деякі конструктивні параметри сенсорів, наприклад, товщину чутливої нитки або пластинки, що може привести до перекручування вихідних сигналів. При наклеюванні чутливих елементів на контрольовані поверхні об'єктів необхідно враховувати пружні характеристики клеячи, а також термопластичность при зміні навколишньої температури.

4.8. Сенсор Холу

Магнітоелектричний сенсор Холу одержав свою назву по ім'ю американського фізика Э.Холу, що відкрив в 1879 р. важливе гальваномагнітне явище. Безконтактні клавішні перемикачі на основі цього ефекту застосовувалися за рубежем досить широко вже з початку 70-х років. Достоїнства цього перемикача - висока надійність і довговічність, малі габарити, а недоліки - постійне споживання енергії й порівняно висока вартість.

Якщо на напівпровідника, по якому протекаеть струм, впливати магнітним полем, то в ньому виникає поперечна різниця потенціалів (э.д.с. Холу).

Виникаюча поперечна э.д.с. може мати напруга тільки на 3 У менше, ніж напруга живлення. Розглянемо напівпровідникову пластинку розміром 5x5 мм (мал. 4.30, а). Якщо по пластинці між двома паралельними сторонами пропустити струм і одночасно піднести до неї постійний магніт, а до двох інших сторін квадрата приєднати проведення, то одержимо генератор Холу (мал.4.30, б). Якщо між магнітом і напівпровідником помістити екран, що переміщається, із прорізами, одержимо імпульсний генератор Холу.

Принцип дії сенсора Холу полягає в наступному: а - немає магнітного поля, по напівпровіднику протікає струм живлення - АВ; б - під дією магнітного поля - Н з'являється э.д.с. Холу - EF; в - сенсор Холу.

Сенсор має щілинну конструкцію. З однієї сторони щілини розташований напівпровідник, по якому при включеному запалюванні протікає струм, a з іншого боку - постійний магніт. У щілину сенсора входить сталевому циліндричний екран із прорізами. При обертанні екрана, коли його прорізи виявляються в щілині сенсора, магнітний потік впливає на напівпровідника зі струмом, що протікає по ньому, і керуючі імпульси сенсора Холу подаються в комутатор, у якому вони перетворяться в імпульси струму й первинній обмотці котушки запалювання.

Перевірку сенсора Холу найпростіше робити заміною на свідомо справний, але можна скористатися й звичайним вольтметром (або тестером). У справного сенсора вольтметр включений на виміри постійної напруги й підключений до виходу сенсора, у міру обертання вала сенсора розподільника повинен різко міняти показання від приблизно 0,4 У до величини, не більше ніж на 3 У, що відрізняється від напруги живлення.

Як приклад приведемо конструкцію сенсора Холу серії TLE4905L компанії «Интерсервис», зображену на мал. 4.31 [17, 18].

Подібні конструкції являють собою неполярні сенсор і магнітне поле й застосовуються для визначення змінних магнитны полів, наприклад для визначення частоти обертання. Основні параметр конструкції типу TLE4905L - цифровий вихідний сигнал 3, 5-24В, струм максимум 50мА. корпус: SSO-3-2; виконання - під пайку.

Як відзначалося, завдяки своїй мініатюрній конструкції й високій надійності електронної схеми, сенсори Холу широко застосовуються в автомобілебудуванні в електронних схемах запалювання.

Розглянуті в справжній главі сенсорні пристрої й cxемы перетворення сигналів дозволяють зробити вивід про визначальну роль сенсорів у системах механотроники. Що збирається й перетворена ними інформація є основою для керування або регулювання контрольованого об'єкта або системи, а також послідовності обмірюваних і зареєстрованих сигналів, служить об'єктивною інформаційною базою для керуючих контролерів або мікро-эвм.

Вони, у свою чергу, забезпечують контроль правильності одержання й своєчасності видачі сигналів для керування об'єктом. Правильний вибір параметрів сенсорів і апаратного забезпечення, тобто, вторинної вимірювальної й апаратури, що реєструє, є запорукою надійності роботи всієї механотронной системи.

Більшою перевагою наведених у даній главі ємнісних, індуктивних і оптичних сенсорів є їхнє безконтактне виконання, що виключає зношування контактів і підвищує надійність одержання керуючих і контролюючих сигналів. Це, у свою чергу, істотно підвищує надійність роботи механотронной системи або модуля з погляду якості розпізнавання контрольованого об'єкта й своєчасності подачі керуючого сигналу.

Крім цього, широке застосування зазначених, сенсорних систем в автоматизовані й механотронных лініях і модулях спрощує їхнє регулярне обслуговування й налагодження, підвищує точність відпрацьовування рухів і положення виконавчих пристроїв, наприклад, штоків гідравлічних і пневматичних циліндрів або інших виконавчих двигунів обертального або поступального руху.

Удосконалювання конструкцій сенсорів як первинних елементів і цифровий вимірювальної й що реєструє (вторинної) апаратури дозволить ще більше розширити діапазон і виробничі умови застосування сенсорів. Це приведе до зростання швидкодії й точності роботи як окремих модулів, так і механотронной системи в цілому.

Таким чином, сенсорна частина механотронной системи представляється одним з найважливіших аспектів функціонування й удосконалювання автоматизованого виробничого процесу.