Егоров О.С., Подураев Ю.В. - Мехатронные модули. Расчет и конструирование (1053456), страница 40
Текст из файла (страница 40)
5); à — сила сопротивления, Н, при линейном перемещении выходного звена; 0= Т вЂ” момент сопротивления, Нм, при угловом перемещении выходного звена; 9А. Погрешность мехатронного модуля Полную погрешность выходного звена мехатронного модуля определяют в виде: = д4 ох+ )"е+Ж, (9.54) где Л()- погрешность системы управления и двигателя; Ьх- кинематическая погрешность преобразователя движения; Хх- мертвый ход преобразователя движения; Л~'- погрешность, вызванная податливостью преобразователя движения. .Гпвва 1О ИНФОРМАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА 10.1.
Датчики информации Датчик, первичный преобразователь — элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину (давление, температуру, частоту, перемещение, скорость, напряжение, электрический ток и т.п.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения н регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы. В состав датчика входят воспринимающий (чувствительный) орган и один или несколько промежуточных преобразователей. Часто датчик состоит только из одного воспринимающего органа (например, термопара, тензодатчик). Выходные сигналы датчиков различают по роду энергии— электрические, механические, пневматические (реже гидравлические), и по характеру модуляции потока энергии — амплитудные, время — импульсные, частотные, фазовые, дискретные (кодовые).
Наиболее распространены датчики, действие которых основано на изменении электрического сопротивления, емкости, индуктивностн или взаимной индуктивности электрической цепи (реостатный датчик, емкостной датчик, индуктивный датчик), а также на возникновении ЭДС при воздействии контролируемых механических, акустических, тепловых, электрических, магнитных, оптических или радиационных величин (тензодатчик, датчик церемешения, пьезоэлектрический датчик, датчик давления, фотоэлемент). В соответствии с классификацией, принятой в Государственной системе приборов и средств автоматизации (ГСП), датчик относят к техническим средствам сбора и первичной обработки контрольно — измерительной информации. Датчики являются одним из основных элементов в устройствах дистанционных измерений, телеизмерений и телесигнализации, регистрирования н управления, робототехники и мехатроники, а также в различных приборах и устройствах для измерений в физике, биологии и медицине для контроля жизнедеятельности человека, животных или растений.
В связи с автоматизацией производства важнейшее значение приобрели датчики для измерения и регистрации плотности и концентрации растворов, состава и свойств веществ, динамической вязкости и текучести различных сред, влажности, прозрачности, интенсивности окраски, толщины слоя, 265 температуры, упругости, перемещения, скорости, ускорения и других параметров, характеризующих технологические процессы. Для этого часто используют датчики, основанные на ультразвуковых, радноволновых, оптических, радиационных и лругих методах измерений. Для имитации реальных условий при испытании систем автоматического регулирования и в вычислительной технике для решения задач статистическими методами применяют датчики случайных чисел. Датчики служат для автоматического извлечения информации.
Современная измерительная техника может непосредственно оценивать более 300 различных физических, химических и других величин, но этого лля автоматизации ряда новых областей человеческой деятельности бывает недостаточно. Экономически целесообразное расширение номенклатуры датчиков в ГСП достигается унификацией чувствительных элементов. Чувствительные элементы, реагирующие на давление, силу, вес, скорость, ускорение, звук, свет, тепловое и радиоактивное излучения, применяют в датчиках лля контроля загрузки оборудования и его рабочих режимов, качества обработки, учета выпуска изделий, контроля за их перемещениями на конвейерах, запасами и расходом материалов, заготовок, инструмента и т.д. Выходные сигналы всех этих датчиков преобразуются в стандартные электрические или пневматические сигналы. 10.2, Датчики положения и перемещения Рассмотрим специфику наиболее часто используемых в мехатронике датчиков.
Невозможно представить область, где бы не применялись датчики положения и перемещения, являясь важным связующим звеном между электронной и механической частями мехатронных устройств. Выбирая датчик, прежде всего необходимо правильно определить приоритеты по следующим критериям: чувствительность, разрешающая способность и точность, линейность, скорость измеряемого процесса, условия применения и класс зашиты, надежность, габаритные размеры, стоимость.
Необходимо учитывать, что датчик может определять абсолютное или относительное положение контролируемого объекта. Исходя из этого, существует два основных метода определения положения и измерения перемещений. При первом методе датчик вырабатывает сигнал, являющийся функцией положения одной из его частей, связанных с подвижным объектом, а изменения этого 26в сигнала отображают перемещение. Такие датчики положения называют абсолютными. К ним относят: ° резистивные (потенциометрические) датчики; индуктивные датчики с подвижным сердечником; е емкостные датчики с подвижнымн обкладками; ° цифровые кодовые датчики абсолютных значений, При втором методе датчик генерирует единичный импульс на каждом элементарном перемещении, а положение определяют подсчетом суммы импульсов в зависимости от направления перемещения.
Такие датчики положения называют относительнымн. К ним относят фотоэлектрические (оптоэлектронные) импульсные датчики положения. Достоинством таких датчиков, по сравнению с абсолютными, являются их простота и низкая стоимость, а недостатком - необходимость периодической калибровки и дальнейшей микропроцессорной обработки. Датчики также делят на контактные и бесконтактные. В бесконтактных датчиках связь между подвижным объектом и датчиком осушествляют посредством магнитного, электромагнитного или электростатического полей, а также оптоэлектронным способом.
Датчики должны иметь конструкцию, позволяюшую размешать их в мехатронных модулях движения в' местах с ограниченным для установки оборудования объемом; обладать помехоустойчивостью, т.е. возможностью эксплуатации в условиях электромагнитных помех, колебаний напряжения и частоты сети, а также устойчивостью к механическим воздействиям (ударам, вибрациям) и к изменениям параметров окружающей среды (температуры, влажности и т.п.).
К наиболее простым датчикам положения, работающим по принципу чвключено - выключено» относят предельные выключатели„микропереключатели, бесконтактные переключатели, фотореле, герконы, путевые датчики сигналов. С их помошью возможно осуществлять контроль пути„пройденного выходным звеном меха- тронного модуля движения. По виду выходного сигнала более сложные датчики делят на аналоговые и цифровые. Развитие цифровых мехатронных систем вызвало потребность в разработке цифровых датчиков, а также устройств сопряжения аналоговых датчиков с цифровыми устройствами. Несмотря на общеизвестные достоинства цифровых датчиков (простое сопряжение с устройствами цифровой обработки сигналов, высокая точность, необходимость только одного маломошного источника питания постоянного тока) применение их ограничено.
267 Поэтому до настоящего времени электромеханические аналоговые датчики не утратили возможности своего применения в цифровых мехатронных системах. Это связано с высокой степенью отработанности основных конструктивных элементов и узлов аналоговых датчиков и их высокими эксплуатационными достоинствами (высокая точность, надежность в работе, малые масса и габариты), а также с развитием техники аналого — цифрового и аналого — частотного преобразования, проявившимся в разработке миниатюрных и высокочастотных микроэлектронных АЦП и АЧП.
К тому же высокочастотные аналоговые датчики электромашинного тока со вторичнымн преобразователями сопоставимы, а в ряде случаев, и дешевле цифровых датчиков. Аналоговые датчики положения нашли широкое применение в различных областях техники. В мехатронных модулях движения могут быть использованы потенциометрические датчики. Потенциометрические датчики по физическому принципу действия являются электромеханическими реостатными устройствами, в которых выходное напряжение изменяется пропорционально углу поворота вала. Потенциометры могут быть проволочными и пленочными. По рабочему диапазону их делят на одно- и много- оборотные.
Проволочные потенциометры отличаются более высокой стабильностью характеристик, но их точность и разрешающая способность ниже, чем у пленочных из-за ступенчатой характеристики, обусловленной дискретным изменением сопротивления при перемещении щетки движка. Кроме того, пленочные потенциометры имеют меньший момент трения, поэтому у них более высокие скорости вращения и более длительный срок службы. Также следует отметить, что многооборотные потенциометры точнее однооборотных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
