пр. Практическое занятие Датчики и сенсоры для мехатронных систем. Занятие. Датчики и сенсоры для мехатронных систем Цель занятия

• Название: Занятие. Датчики и сенсоры для мехатронных систем Цель занятия
• Дата: 16.03.2023
• Размер: 19.82 Kb.
• Имя файла: Практическое занятие Датчики и сенсоры для мехатронных систем.docx
• Тип: Занятие; #994133

1. Практическое занятие. Датчики и сенсоры для мехатронных систем

Цель занятия: научиться подбирать датчики под конкретные нужды.

Краткие теоретические сведения

Автоматизация различных технологических процессов, эффективное управление различными агрегатами, машинами, механизмами требуют много- численных измерений разнообразных физических величин.

Датчики (в литературе часто называемые также измерительными преоб- разователями), или по-другому, сенсоры являются элементами многих систем автоматики – с их помощью получают информацию о параметрах контролиру- емой системы или устройства.

Датчик – это элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую величину (темпе- ратуру, давление, частоту, силу света, электрическое напряжение, ток и т.д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а иногда и для воздействия им на управляемые процессы. Или проще, датчик – это устройство, преобразующее входное воздействие любой физической вели- чины в сигнал, удобный для дальнейшего использования.

Используемые датчики весьма разнообразны и могут быть классифици- рованы по различным признакам: датчики механических перемещений (линей- ных и угловых), расходомеры, датчики скорости, ускорения, усилия, темпера- туры, давления и др.

В настоящее время существует приблизительно следующее распределе- ние доли измерений различных физических величин в промышленности: тем- пература – 50 %, расход (массовый и объемный) – 15 %, давление – 10 %, уро-

вень – 5 %, количество (масса, объем) – 5 %, время – 4 %, электрические и маг- нитные величины – менее 4 %.

По виду выходной величины, в которую преобразуется входная величина, различают неэлектрические и электрические: датчики постоянного тока, датчи- ки амплитуды переменного тока, датчики частоты переменного тока, датчики сопротивления (активного, индуктивного или емкостного) и др.

Большинство датчиков являются электрическими. Это обусловлено сле- дующими достоинствами электрических измерений:

• 
  электрические величины удобно передавать на расстояние, причем пе- редача осуществляется с высокой скоростью;
  
• 
  электрические величины универсальны в том смысле, что любые другие величины могут быть преобразованы в электрические и наоборот;
  
• 
  они точно преобразуются в цифровой код и позволяют достигнуть вы- сокой точности, чувствительности и быстродействия средств измерений.
  

По принципу действия датчики можно разделить на два клас- са: генераторные и параметрические (датчики-модуляторы). Генераторные дат- чики осуществляют непосредственное преобразование входной величины в электрический сигнал.

Параметрические датчики входную величину преобразуют в изменение какого-либо электрического параметра датчика.

По принципу действия датчики также можно разделить на омические, реостатные, фотоэлектрические (оптико-электронные), индуктивные, емкост- ные и др.

Различают три класса датчиков:

• 
  аналоговые датчики, т. е. датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал, пропорционально изменению входной величины;
  
• 
  цифровые датчики, генерирующие последовательность импульсов или двоичное слово;
  
• 
  бинарные (двоичные) датчики, которые вырабатывают сигнал только двух уровней: "включено/выключено" (иначе говоря, 0 или 1); получили широ- кое распространение благодаря своей простоте [5].
  

Методические указания к работе

Выбор датчиков осуществляется путем определения процесса измерения и его ключевых параметров.

Выбрать датчики согласно следующим требованиям:

• 
  однозначная зависимость выходной величины от входной;
  
• 
  стабильность характеристик во времени;
  
• 
  высокая чувствительность;
  
• 
  малые размеры и масса;
  
• 
  отсутствие обратного воздействия на контролируемый процесс и на контролируемый параметр;
  
• 
  работа при различных условиях эксплуатации;
  
• 
  различные варианты монтажа;
  
• 
  стоимость.
  

В работе необходимо проводить сравнение параметров, для выбора наилучшего решения.

Задание

Выбрать один из перечисленных ниже объектов, и подобрать датчики в соответствии с указанными характеристиками. Провести сравнение 3-4 датчи- ков каждого типа и выбрать наилучший. Описать их принципы действия.

1. 
   Контроль качества прокатного цеха. Датчики: измеритель толщины (бесконтактный, диапазон измерений от 1 до 8 мм, погрешность не боле 0,5 %), температуры листа (бесконтактный, диапазон измерений от 60 °C до 200 °C, погрешность не более 1 %) и времени (точность до 1 мс).
   
2. 
   Климат-контроль помещения. Датчики: температуры воздуха (диапа- зон измерений от 0°C до 40 °C, погрешность не более 0,5 %), влажности возду- ха (диапазон измерений от 30 % до 60 %, погрешность не более 0,1 %), загазо- ванности (диапазон от 350 до 450 ppm, погрешность не более 1 %).
   
3. 
   Производство стеклопакетов. Датчики: контроля высоты резака (диа- пазон регулировки высоты от 5 до 20 мм, погрешность не более 2 %), распозна- вания стекла (диапазон толщины стекла от 4 до 12 мм, погрешность не более 1 %), скорости вращения щеток в моющей машине (фотопрерыватель – 5 мм, погрешность не более 1 %).
   
4. 
   Очистные сооружения. Датчики: уровня жидкости (бесконтактный, диапазон измерений от 8 до 12 м, погрешность не более 5 %), давления (диапа- зон от 1 до 3 МПа, погрешность не боле 5 %), температуры (диапазон от 10 °C до 70 °C, погрешность 1 %).
   
5. 
   Система отопления здания. Датчики: расходометр ГВС (диапазон рас- хода от 0,1 до 1200 м³/ч, погрешность 5 %), давления (диапазон от 1 до 3 МПа, погрешность не более 5 %), датчик расхода электроэнергии (диапазон номи- нального напряжения от 120 до 240 В, погрешность 0,5 %).