Технические измерения и приборы. Вопрос Преобразователи механических величин и системы дистанционной передачи
![]()
|
Вопрос № 1.1.Преобразователи механических величин и системы дистанционной передачи.К механическим параметрам (величинам) относят: линейные и угловые перемещения; механические усилия, деформации, напряжения, моменты и т.д. Реостатные преобразователи.Предназначены для преобразования линейных и угловых перемещений в омическое сопротивление. Достоинства: высокая точность – до 0,05% и высокая мощность. Реостатный преобразователь – каркас, на который намотана проволока из манганина или константана (из металла с низким температурным коэффициентом сопротивления). При высоких температурах используется нихром или сплав палладия с вольфрамом. Отличия от обычного реостата: очень тщательная линейная намотка с равномерным шагом; материал намотки должен обладать низким температурным коэффициентом сопротивления (ТКС); температурные коэффициенты линейного расширения каркаса и проводника должны быть одинаковы. х ![]() ro- шаг намотки, сопротивление на единицу длины. ![]() ![]() Статическая характеристика ступенчатая: ![]() ![]() аддитивная погрешность дискретности ![]() ![]() Для a характеристика линейная. Для получения линейной статической характеристики реостатные преобразователи включают в цепи следящего астатического уравновешивания. ![]() RП – реостат приемник RД – датчик На РД будет ноль, когда движки на сопротивлениях будут находиться в одинаковом положении. Тензометрические преобразователи.Предназначены для измерения упругих деформаций и механических напряжений в узлах и деталях машин при статических и динамических нагрузках. Принцип действия основан на использовании тензоэффекта, т.е. на изменении сопротивления проводника при его деформации. ![]() где ρ– удельное сопротивление; l– длина; S – площадь поперечного сечения. ![]() Возьмем полный дифференциал выражения (1): ![]() Разделим левую и правую части этого равенства на (1) и перейдем к конечным приращениям: ![]() Обозначим ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Тогда ![]() Обозначим ![]() Материал тензодатчика должен обладать высоким удельным сопротивлением и низким температурным коэффициентом сопротивления. Для изготовления используется константан (до 300ºС), сплавы никеля и молибдена (до 500ºС), нихром (до 700ºС), сплавы на основе платины (до 1000ºС). Тензодатчики бывают двух типов: проволочные и фольговые. Проволочный тензодатчик: ![]() база = 1,5 ÷ 100 мм Ø проволоки = 0,01 ÷ 0,05 мм Недостаток – наличие поперечной тензочувствительности (0,2 ÷ 0,1% от продольной тензочувствительности). Фольговые тензодатчики изготавливаются травлением или электростатическим напылением. Достоинство – отсутствие поперечной тензочувствительности, хороший тепловой контакт с деформируемой деталью. Размеры: толщина = 5 ÷15 мкм; база 0,1 ÷ 0,5 мм Тензодатчики включают в качестве плеч неравновесных мостов. Чтобы исключить температурную погрешность измерения включают два тензодатчика. ![]() недеформируемую, но имеющую ту же температуру. Выходной сигнал моста подают на усилитель, т.к. Uпит не может быть большим. У – усиливает выходной сигнал. Усилитель многоканальный (до 24 каналов) (для одновременного контроля нескольких деталей). Индуктивные преобразователи.![]() Предназначены для преобразования линейных и угловых перемещений в индуктивное сопротивление. В простейшем случае индуктивный преобразователь состоит из магнитопровода и подвижного элемента, который связан с перемещаемым узлом. Может работать и в режиме переменной толщины зазора и в режиме переменной площади зазора. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Т.к. ![]() ![]() Тогда магнитное сопротивление ![]() ![]() ![]() Характеристика линейна по отношению к ![]() пропорциональна ![]() x – перемещение (либо ![]() ![]() Z = f ( ![]() Z = f ( ![]() Поэтому на производстве в основном используют датчики в режиме переменной толщины воздушного зазора. Недостаток – обратное воздействие на чувствительный элемент со стороны якоря (он притягивается). Для устранения этого недостатка используют дифференциальные индуктивные преобразователи. У них чувствительность в 2 раза больше. В ![]() ![]() режиме переменной толщины. В режиме переменной площади. Роторный индуктивный преобразователь (индуктивный круговой дискретный).Предназначен для преобразования угловых перемещений в переменный сигнал индуктивности. ![]() Магнитная цепь состоит из двух концентричных зубчатых сердечников, сдвинутых между собой на 1/2 шага зубьев. При повороте ротора изменяется взаимное расположение зубьев, а следовательно и полное сопротивление катушек индуктивности. Это сопротивление изменяется периодически, с периодом Т = ![]() ![]() Получаем импульсы: когда зубья совпадают – индуктивность максимальна; когда зуб попадает на впадину – индуктивность минимальна. Высокая точность такого преобразователя обеспечивается тем, что точность изготовления отдельных зубьев не влияет на точность работы, т.к. используются только суммарные величины. Сдвиг зубьев на 1/2 шага позволяет определить направление угла поворота ротора. Аналогичный преобразователь может быть выполнен в виде линейки. ![]() Чаще ползуны закреплены, а линейка движется; редко, наоборот. Вращающиеся (поворотные) трансформаторы.Предназначены для преобразования угловых перемещений в напряжение переменного тока. Эти преобразователи имеют электромашинное исполнение, с обмотками на статоре и роторе. Выходной сигнал зависит от взаимного расположения обмоток. ![]() ![]() U2 – выходной сигнал, U1 – напряжение источника, W – число витков обмотки, ![]() Недостаток: при нагрузке вторичной обмотки, ее магнитный поток оказывает обратное размагничивающее действие на первичную обмотку. Для устранения этого явления на статоре и роторе размещают по две обмотки, сдвинутые между собой на 90º. ![]() ![]() ![]() статор ротор Балластное сопротивление Rб и сопротивления нагрузки Z1 и Z2 подбирают так, чтобы во вторичных обмотках сила тока не менялась при повороте ротора. Рассмотренные преобразователи относят к преобразователям накапливающего типа (преобразователи отрезков шкал) Вопрос № 1.2. Оптический преобразователь, работающий с датчиками накапливающего типа.Имеется диск с двумя дорожками, на которых есть светлые и темные участки. ![]() Д1 и Д2 – дифференцирующие элементы (одновибраторы); У1 и У2 – усилители; К1 и К2 – ключи; Т – триггер; Счетчик при движении вправо накапливает; влево – сбрасывает. Вправо – по шине А; Влево – по шине B. Абсолютные (кодирующие) преобразователи перемещений – более совершенные.В этих преобразователях каждому значению угла поворота соответствует своя кодовая комбинация. Маска двоичного кода не применяется из-за больших ошибок при считывании. Вместо них используются маски циклических кодов, в которых ошибка при считывании может быть только в самом младшем разряде. Наибольшее распространение получил код Грея. Чтобы найти циклический код десятичного числа, необходимо найти его двоичный эквивалент, а затем перевести его в циклический по правилу: Если в старшем разряде двоичного кода стоит ноль, то в данном разряде циклического кода цифра не меняется, а если единица, то в данном разряде циклического кода цифра меняется на обратную.
маска двоичного кода маска циклического кода Обратный переход от кода Грея к двоичному осуществляется по правилам: Все цифры в старших разрядах до первой 1 - в двоичном коде такие же, как и в коде Грея. В остальных разрядах цифры совпадают, если перед данным разрядом (со стороны старших) было четное число единиц. Если число единиц в коде Грея было нечетным, то данная цифра в двоичном коде заменяется на обратную. Пример: 1100101 - код Грея 1000110 - двоичный код С ![]() хема преобразователя: диск Д – диафрагма; Ф – фотоприемник; П – преобразователь; ДШ – дешифратор; ЦОУ – цифровое отсчетное устройство. На вращающемся диске нанесен код Грея. Рассмотрим работу преобразователя П: ![]() 2 – для получения инверсного сигнала; Г – импульсный генератор; БЗ – блок задержки; На триггер Т со счетным входом подаются импульсы кода Грея, начиная со старшего разряда. С выхода 1 триггера импульсы подаются на первый вход логического элемента И. На второй вход И через БЗ синхронно с импульсами кода Грея подаются импульсы от тактового генератора Г. БЗ задерживает импульсы Г, чтобы триггер успел переброситься из одного устойчивого состояния в другое. Пример: 1100 = 8 в коде Грея 1000 = 8 в двоичном коде. Вопрос № 1.3.Дифференциально-трансформаторные преобразователи перемещений.Предназначены для преобразования линейных перемещений в диапазоне от –5 до +5мм в нормализованный выходной сигнал в виде взаимоиндуктивности от –10 до +10мГн. Н ![]() ![]() Величина взаимоиндуктивности зависит от расстояния между катушками I и II и положения плунжера внутри катушек, который связан с чувствительными элементами датчика, который преобразует перемещения. Плунжер выполнен из магнитомягкого железа. ![]() ![]() Если плунжер находится в среднем положении, то результирующая взаимоиндукция будет рана нулю. Если его поднять, то М3 увеличится, а М4 уменьшится, и наоборот при опускании. Возникает разностный сигнал: ![]() Линейная статическая характеристика. Угол ее наклона (чувствительность) можно изменять, меняя расстояние между катушками. Класс точности 0,5. Ф |