Точечные путевые датчики

Тема лекции 14

Точечные путевые датчики

Датчики предназначены для преобразования контролируемой входной величины в другую физическую величину, более удобную для передачи воздействия на последующий элемент системы автоматики и телемеханики. Датчик качественно преобразует воздействия.

Широкое и разностороннее использование датчиков в системах автоматики и телемеханики обусловливает их большое разнообра­зие. По принципу действия датчики подразделяют на электромеха­нические, термоэлектрические, оптические, радиоизотопные и др.

Датчики, преобразующие изменение входной величины в измене­ние электрического параметра (сопротивления, индуктивности, ем­кости), называют параметрическими. Они относятся к пассивным элементам, требующим источник питания. Примерами пассивных датчиков могут служить фоторезисторы, угольные микрофоны и др.

Датчики, преобразующие входную величину в электрическую энергию (э.д.с.) на выходе, называют генераторными. Эти датчики не требуют дополнительного источника питания. Примерами генера­торных датчиков могут служить тахогенераторы, в которых напряжение на выходе пропорционально частоте вращения; термопары, э.д.с. которых пропорциональны разности температур в точках соединения разнородных проводников; пьезодатчики, э.д.с. на выхо­дах которых пропорциональны давлению, и др.             

На железных дорогах датчики применяют для контроля про­следования подвижного состава в системах полуавтоматической блокировки и автоматической переездной сигнализации, в системах счета осей, на сортировочных горках, в устройствах измерения скорости подвижного состава, в системах обнаружения перегрева букс, наличия ползунов на колесах, в системе автомашиниста для контроля проследования определенных точек пути и в других системах.

Рекомендуемые материалы

Электромеханические датчики в большинстве случаев служат для преобразования механических величин (перемещение, скорость, ускорение, давление, вибрация) в электрические (э.д.с., сопротив­ление, индуктивность, емкость). Иногда электромеханические дат­чики применяют и для обратного преобразования, т. е. для преобразования электрических величин в механические.

Широкое распространение в системах железнодорожной автома­тики и телемеханики получили датчики проследования подвижно­го состава, называемые рельсовыми педалями.

Бесконтактная магнитная педаль ПБМ-56 по принципу действия является бесконтактным индуктивным датчиком и содержит сердечник из постоянного магнита с разомкнутой магнитной цепью и обмотку, насаженную на сердечник (рис. 2.1). Педаль крепят к рельсу с внутренней стороны колеи на 15 мм ниже уровня головки рельса. При приближении подвижной единицы (колеса) в педали уменьшается (шунтируется) воздушный зазор магнитной цепи, вследствие чего изменяется (возрастает) магнитный поток в сердечнике. При этом в обмотке индуцируется импульс э.д.с., амплитуда и длительность которого зависят от расстояния между колесами и датчиком и скорости прохождения подвижного состава над датчиком.

Рис. 2.1. Схема бесконтактной магнитной педали ПБМ-56

Когда колесо вагона удаляется от педали, снова изменяется маг­нитный поток (уменьшается) и в обмотке появляется импульс э.д.с. другой полярности. Импульсы э.д.с., получающиеся на выходе датчика ПБМ-56, могут непосредственно управлять работой чувстви­тельного быстродействующего поляризованного реле РП. Однако реле реагирует лишь на импульсы, получающиеся при ско­ростях 1—30 км/ч, так как при скоростях менее 1 км/ч амплитуда импульса недостаточна для срабатывания реле, а при скоростях более 30 км/ч длительность импульса меньше времени срабатывания реле.

Для обеспечения надежной фиксации проследования подвиж­ного состава при скоростях движения до 200 км/ч на выходе датчика ПБМ-56 включают усилительную полупроводниковую приставку, к которой подключается реле типа НМШ (на схеме не показано). Педаль ПБМ-56 применяют в основном в устройствах горочной автоматики и системах обнаружения перегретых букс ПОНАБ.

Трансформаторно-компенсационная педаль ТКП предназначена для работы в системах автоматики на сортировочных горках. Основным ее элементом  (рис. 2.2) является дифференциаль­ный измерительный трансформатор с S-образным сердечником 1. на котором закреплена питающая обмотка 3, соединенная с источ­ником переменного тока 220 В, 50 Гц, сигнальная обмотка 2 и компен­сационная обмотка 4, включенная встречно сигнальной. Педаль ТКП устанавливают внутри колеи так, чтобы стержень магнитопровода с сигнальной обмоткой 2 был обращен к рельсу. При отсутствии колеса в зоне действия педали переменный магнитный поток, создаваемый питающей обмоткой 3, индуцирует в сигнальной и компенсационной обмотках одинаковые э.д.с. На выходе педали э.д.с. отсутствует, так как эти обмотки включены встречно. При прохожде­нии колеса около педали возрастает магнитный поток и э.д.с. у сиг­нальной обмотки вследствие уменьшения воздушного зазора, а у компенсационной обмотки магнитный поток и э.д.с. несколько умень­шаются; на выходе педали появляется напряжение, от которого срабатывает приемное устройство.

Рис. 2.2. Схема трансформаторно-компенсационной педали ТКП

В большинстве случаев в качестве приемника используют реле Р с выпрямителем В и сглаживающим конденсатором С. Педаль ТКП может работать в сочетании с электронно-релейным приемни­ком. Допустимая длина кабелей между педалью ТКП и приемником равна 10 км. Благодаря применению дифференциальной системы обеспечивается высокая защита датчика от воздействия посторон­них электромагнитных полей.

Магнито-электронный датчик (МЭД) может работать в диапазоне скоростей от 0 до 200 км/ч. Этот датчик может быть ис­пользован в устройствах, определяющих направление, скорость и ускорение подвижных единиц, в системах счета осей и других уст­ройствах железнодорожной автоматики и телемеханики. Датчик устанавливают на внутренней стороне рельса. Принцип действия дат­чика основан на срыве колебаний автогенератора при прохожде­нии колеса в зоне действия датчика. Для определения направле­ния, скорости и ускорения движения, а также в системах счета осей используют два автогенератора.

Путевой датчик весомера (рис. 2.3)  в системе АРС используется для определения весовой категории (легкой, легко-средней, средней и тяжелой) оси вагона при скатывании отцепов на сортировочных горках. При движении колеса вагона по пружинному мостику 1 из легированной стали, укрепленному на рельсовой вставке 2, опускается палец 5, который поворачивает по часовой стрелке ось 6 с насаженной на нее рычажной передачей 4, связанной с текстолитовым повод­ком 8 и контактами 3. В зависи­мости от веса подвижной единицы замыкаются контакты датчика. Зазоры контактов выполнены так, что m1<m2<m3<m4. Поэтому при следовании по пружинному мостику легкой подвижной едини­цы замыкается только контакт I, имеющий наименьший зазор меж­ду упорной и контактной пружи­нами. При следовании легко-сред­ней подвижной единицы замыка­ются контакты I и II, средней — I, II и III и тяжелой — I, II, III и IV.

Рис. 2.3. Кинематическая схема весомера

Через эти контакты от генератора импульсов в ячейку вычисления средневесовой категории поступают электрические импульсы. Пру­жина 7 служит для возвращения контактной системы в исходное положение после проследования подвижной единицы.

В качестве электрических датчиков угловой скорости в промыш­ленности и на транспорте широко применяют тахогенераторы. В тахогенераторах постоянного тока э.д.с. пропорциональна частоте вращения w:

E=kw.

Что такое проект и управление проектами - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

В тахогенераторах переменного тока при изменении скорости вращения изменяются амплитуда Е и частота f выходного напряже­ния: E=k₁w; f=k₂w, где k₁ и k₂—коэффициенты, определяемые конструкцией датчика.

В системах АЛС с авторегулированием скорости, разработан­ных для линий метрополитена и высоко­скоростных линий, применяют датчик скорости ДС. Так как скорость движения поезда пропорциональна угловой скорости (час­тоте вращения колеса), то, зная диаметр колеса D, можно опреде­лить линейную скорость (скорость движения поезда):  

v=pDw.

Таким образом, частота и напряжение на выходе датчика про­порциональны скорости движения поезда E=k₃v; f=k₄v, где k₃ и k₄ — коэффициенты, определяемые конструкцией датчика ДС, диа­метром колеса и числом зубьев ротора датчика.

В радиолокационном измерителе скорости, при­меняемом в системе АРС на сортировочных горках, действие дат­чика скорости основано на использовании эффекта Допплера. Этот эффект заключается в том, что сигнал в виде электромагнитной вол­ны, отраженный от движущегося объекта, изменяет свою частоту пропорционально скорости движения объекта. Таким образом, меха­ническая величина — перемещение — преобразуется в изменение частоты электрического сигнала.

Для определения скорости отцепа на сортировочной горке ус­танавливают передатчик высокочастотных колебаний (с длиной вол­ны нескольких сантиметров или миллиметров). С помощью специаль­ной антенны эти электромагнитные колебания направляют острым пучком вслед движущемуся отцепу. Отраженный луч воспринимает­ся приемной антенной. Частота отраженного сигнала отличается от передаваемого на значение Df, пропорциональное скорости движе­ния отцепа. По разности частот Df передаваемого и принимаемого сигналов определяют скорость движения отцепа.