Диплом. Обоснование выбора датчиков проектируемого прибора
 Скачать 2.23 Mb.
|
ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯВ датчике перемещения измеряется расстояние подвижной точки на объекте от неподвижно закрепленной точки, при этом используются как аналоговые, так и цифровые датчики. Аналоговые датчики для измерения перемещения изготовляются обычно на основе пассивных резистивных чувствительных элементов, а также индуктивных (Рис2,а-г). Датчики со скачкообразно меняющимся сигналом для измерения любого перемещения с резистивными, индуктивными, электродинамическими и фотоэлектрическими чувствительными элементами (рис. 2,з) выдают импульсы, пропорциональные перемещению. В цифровых датчиках используются различные способы кодирования.  Рис. 2. Устройства для регистрации перемещений S: а- г- с аналоговыми датчиками; д-з - с датчиками со скачкообразно изменяющимися сигналами; а-с резистивным датчиком R; б - с тензорезисторным датчиком , в- с индуктивным датчиком, г - с индуктивным бессконтактным датчиком; д - с переключающим элементом; е - с индуктивным бесконтактным датчиком; ж - с электродинамическим чувствительным элементом (индукционной катушкой или магнитофонной воспроизводящей головкой, расположенной у намагниченного слоя);з –с фотоэлектрическим чувствительным элементом . Аналоговые датчики перемещенияПотенциометрический датчик с резистивным чувствительным элементом R (рис.2,а) при правильном выборе схемы измерения сопротивления дает выходное напряжение, линейно зависящее от пути S. Номинальные измеряемые значения S лежат в пределах от 10 до 1500 мм при R=10 Ом-50 кОм, максимально достижимое разрешение Q s при потенциометрах из провода не превышает 0,05%, а при потенциометрах из проводящих пластмасс оно близко к 0. Наименьшая относительная линейная погрешность Fлин=0,01 % , максимальная допустимая скорость перемещения движка приблизительно равна 0,25 м/с, срок службы - более 30 млн. перемещений движка. Применяют также датчики перемещения, в качестве чувствительного элемента которых используется пластина из полупроводникового магнитного материала, перемещаемая в постоянном магнитном поле. При этом изменяется ее сопротивление в диапазоне от 100 до 500 Ом прямо пропорционально перемещению. Сопротивление как мера перемещения или другой пропорциональной ему величины может измеряться приборами для измерения сопротивления. В устройстве с тензорезисторами R1 и R2 (рис.2,б) деформация пластины, на которой закреплены датчики, прямо пропорциональна перемещению S. В индуктивных датчиках перемещения и изменения расстояния в качестве чувствительных элементов используются дифференциальные дроссели или трансформаторы и схемы мостов с включением датчиков в соседние плечи и измерительные усилители с несущей частотой. Номинальный измеряемый путь Sм серийно выпускаемых датчиков составляет примерно 80 % длины катушки и равен обычно от ±0,5 до ±500 мм максимальная чувствительность датчиков для конечного измеряемого пути равна U ==80 мВ на 1В питающего напряжения. Частотный диапазон измерений составляет от 0 до 1250Гц. Комбинированный датчик перемещения (рис.3) содержит чувствительный элемент - дифференциальный трансформатор ДТ, генератор несущей частоты Г и демодулятор Д в миниатюрном исполнении. Он питается постоянным напряжением Uо = 6-24 В, и при диапазонах измеряемых перемещений от ±1 до ±100 мм общая чувствительность Ss составляет 5—0,1 В/мм. Бесконтактный индуктивный датчик пути (рис.2, г) с чувствительным элементом в виде простого дросселя.  Рис.3. Комбинированный датчик для измерения пути s. Бесконтактный индуктивный датчик пути (рис.2, г) с чувствительным элементом в виде простого дросселя, в котором практически отсутствуют силы трения, пригоден для измерения расстояний при любых металлических объектах, кроме магнитных сердечников электромагнитов. При их использовании применяют либо измерительные мосты с несущей частотой, либо более распространенные высокочастотные колебательные схемы. При этом катушка L является элементом колебательного контура, колеблющегося, например, с резонансной частотой fо= 4 МГц. Высокочастотное поле катушки создает в металлическом сердечнике вихревые токи, изменяется добротность колебательного контура, а вместе с этим и потребляемый контуром ток в зависимости от положения сердечника. Кроме того, добротность зависит от материала объекта измерения. Путем подбора электронной согласующей схемы достигается линейная зависимость выходного напряжения от расстояния между катушкой и поверхностью объекта. Измерительная катушка и схема согласования могут быть совмещены конструктивно в датчике. В зависимости от типа бесконтактных датчиков линейный диапазон измерений расстояния составляет 0,1— 1 мм или 3—30 мм. Чувствительность при стальной поверхности объекта Sg==10 мВ/мм, частотный диапазон измерений - от 0 до 10 кГц. Эти датчики пригодны при измерениях перемещений загрязненных маслом или, пылью деталей машин и для измерения толщины непроводящих слоев материалов. Датчики приращения расстояния со скачкообразным изменением сигнала Принцип действия этих датчиков, служащих для измерения перемещения или угла поворота, заключается в простом подсчете импульсов, поступающих от резистивного, индуктивного или электродинамического чувствительного элемента (см. рис.2, г—ж). Каждый импульс (квант пути SQ) связывается с регистрируемым сигналом, и показание счетчика z определяет расстояние s= SQ z. Погрешности измерения любого импульса сказываются на общем результате. Нулевая точка может быть легко установлена вновь, однако измеряемая информация не обладает избыточностью, так как погрешности вызывают уменьшение регистрируемых импульсов по сравнению с действительными.  Рис. 4. Кодовые растровые пластины с пятью дорожками для двоичного (а) и одноступенчатого (б) кодирования с отверстиями для прохождения считывающего луча лазера. Синхронно-индуктивный способ измерений с регистрацией перемещений основан на использовании устройства с катушкой, выполненной зигзагообразно проводом на поверхности объекта, и измерении переменного напряжения вдоль катушки. По длине 250 мм при шаге катушки 2 мм максимальное разрешение SQ может достигать 1 мкм. Датчики перемещения с фотоэлектрическими чувствительными элементами содержат растровую пластинку, дискретно отражающую или пропускающую свет (рис2.3) при ее движении, В устройствах с несколькими дорожками на пластине (рис. 4) результат измерение представляется сразу в цифровой форме. Истинное перемещение при использовании этого способа может быть найдено, например, с помощью двух фоточувствительных датчиков и логической схемы. В устройствах для измерения поступательного движения максимальная номинальная длина может достигать 3 м, наименьшая абсолютная погрешность масштаба ±1 мкм, максимальное абсолютное разрешение 0,5мкм. [ 2 ] |