Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 31
Текст из файла (страница 31)
ичном н .оде Датчик абсолютного типа выдает угол поворота объекта в дво мян ницаем Оптический датчик состоит из диска с прорезями н светонепро участками, причем каждая прорезь уникальна и соответствует оп ределенн гоь1 с УглУ повоРота, Источник света освеьцает олнУ сторону лиска, а на дРУ внг езьь с ронеблокдатчиковфикснруетсветонойшаблон(т. е, через какие пакор . значен онпннт. а чеоез какие — нет), которому соответствует цифров ое зя глава Д. Вход и выхоД физичЕСКИХ Процесса«д алотавые ДатчИКИ яд н — ускорение; — удар. Каждая из этих величин является производной по времени ат предшествующе« Теоретически можно измерить только одну из них и затем получить остальные два», ференцираванием или интегрированием. На практике, однако, такой подход недрв емлем из-за природы сигнала (постоянный, переходный и т.
д.), частотного спек«», шумов и возможностей средств обработки данных. Контроль параметров движения обязателен для приложений, в которых испаль зуется механическое оборудование — сервосистемы, роботы, злектроприводы вд„ другие манипуляторы. Измерение перемешений применяется при управлении пах жением клапанов. Толщина пластин в прокатном стане постоянно контролируетц системой управления калибровкой. Датчики деформаций — это устройства, катара, измеряют механическое напряжение, давление и силу, но могут применяться и ди измерения перемещений. В системах мониторинга состояния и предупреждения О«.
казов механического оборудования широко используются акселерометры. Для измерения параметров движения применяются следующие типы устрайстк — потенциометры для измерения перемещений; они работают как переменив« резисторы; — датчики на основе принципа электромагнитной индукции, например диффереэ циальные трансформаторы, револьверы, синхротрансформаторы (сельсини); — емкостные датчики для измерения малых перемещений, вращений и уровне« жидкости; — пьезоэлектрические датчики для измерения давления, напряжения, ускорение скорости, силы и момента (пьезоэлектрический материал деформируется ви действием приложенной разности потенциалов или вырабатывает разность ас тенциалов при механическом воздействии); — лазерные датчики для точного измерения малых перемешении; — ультразвуковые датчики для измерения расстоянии в медицинских р «кихп ибарз« ВНЯ И СКОООС«" системах автофокусировки фото- и телекамер, измерения уров Пример 4.2 Револьвер Револьверы (гезо1Оег) применяются в приложениях, где тр бу е т еб ется очен~ точное измерение угловых перемещений и скорости, напр р Р име в сервасисте мах и роботах.
Выходной сигнал револьвера — эта мера углового перемешени" дифференцирование этого сигнала дает угловую скор ю ско ость. Револьвер работает , 1) на принципе измерения взаимоиндукции между д у в мя обмотками(рис. 4.1 ) Ротор револьвера соединен с враша ш ен с вращающимся объектом. На первичную абматкУ е напряжение О - Статор состоит из двух обмота Ота а ПадаЕ~СЯ ПЕРЕМЕННОЕ НаПряжЕН „ч га. Напряжение на этих обмотках развернутых на 90' друг относи гельна друга. -К. ««, «ВОО О« ги О -К.О г созО о2 жение ротора. соответственно, где Π— угловое полож Рис. 4.11. Принцип работы резольве МО н сказать, что выходные напряжения ОО и О, пред напряжение О„,~, прамодулираванное величиной угла О .
Используя одно из выха ных 0-90', оба дн «х напРяжении, можно однозначно измерить углы лишь в иапазане д ', оба сигнала позволяют однозначно измерять углы от 0' до 300 . Выха е д резольвера есть тригонометрическая функция угла. Эта нелиней- ность, однак, д ако, не всегда является недостатком. Например, при управлении вРащающими м ш ми моментами в роботах требуются именно тригонометрические функции глав п у лав поворота. Поэтому выходной сигнал револьвера можно непо- 'Редственпа испаль, с альзовать для управления без дополнительного преобразова- ния в реальном в е н пьютера времени, которое увеличило бы загрузку управляющего кам0бычно резальве а Р ьвер дает хорошее разрешение и высокую точность, Он имеет высокий уровень выхо УР выходного сигнала и низкий выходной импеданс. Полоса Р вера зависит от частоты источника напряжения. Пробле- Рапускания езольве дано ' «я ПРи работе езол в Р львера могут возникать только из-за щеток ротора (износ, умы и механические нагрузки).
Револьверы поставляются апалнительные ш . ь видена ««« лнафункциональных автономных устройств. Из, лри инеиных и угловых скоростей имеет ф» мереиие л вада з«ачение для в и Робототехники. Интересным приложением систем измерени "л явля рения ускорений вляется управление активной подвеской тРанспортных средств. Глава 4, Вход и выход физических прап~осев 44 днвпоговыедатчики 440 141 Пример 4.З Тахо метр Ииальнмй м зиад чная ма!яка иаие а!иь,л ,„- 'Ренчтыьный Рансфармат мамкина Рн ис 4,13 и ринпипы измерения дав а „"ффе ен с Уемый циальный трап ф рматор (е2Яегепг!а( гга у' „) ' Рде Я измеРения пе е — о датчик, ночника Р !внии Об!!чна а„с егс движущегося вн т еромагнитного "еял, ' сменным пере, "Утри двух обмоток трансфо и на о мотка пиакн ' са втоРой снимается выход и образом, чтобы матки соеди"' н а ы в нейтра ьнам па женин сердеч„„„, ж чника выходное напря Тах1четр представляет собои генератор постоянного так магнитами, применяемый для измерения угловой скорости.
Принцип его действия иллюстрируется рис. 4.12. Рис. 4.12. Принцип рабаты тахометра постоянного тока Магниты создают постоянное однородное магнитное поле. Движение проводника в поле индуцирует напряжение, пропорциональное скорости его вращения. Ротор непосредственно соединен с объектом, скорость вращения которого измеряется. Выходное напряжение, генерируемое в процессе вращения, снимается коллектором, который состоит из пары угольных щеток с низким сопротивлением. Тахометр обычно создает очень малень у д к ю опалнительную механическую нагрузку для больших валов, на которые он устанавливается. Лнализируя динамику тахометра, можно утверждать, что е о ть, что его частотный дна назон обычно значительно шире, чем у механического д .
р ви! ателя при ега нар мальной нагрузке. Поэтому индуктивность и другие электромагнитные паРз метры тахометра обычно не влияют на результаты измерения. 4.4.2. Датчики силы, момента и давления енине Многие типы датчиков силы/момента (гогсеУ а !2 ) с угаг ие) основаны на измерен и (1!ГНГ формаций. Датчики для измерения дефар ц ма ий называются тензодатчиками ( сап отннн!' наиде). Принц д " ип ействия таких датч а датчиков — изменение электрического сопрет твию внешних сил (пьезорезистнн нн аз е, который подвергается воздеиствию вн ей к сап отивления как функция действуюше эффект). Относительное изменение сапротивл атчя! ьзуемага материала: у полуправадникава! да датчик силы зависит ат используем у металлического.
Чувствительный элемент у ноу -2 порядка больше, чем у мет !Ф' , анакристалла пьезареэи во иикавага датчика выполнен из ман о' проводников г д опал и аводникавыхтензадатчикав — б еевыс ' дополнительное преимушество палуправа удельное сопротивление по сравнению с металлическим и, . и, соответственна, мень- шее потребление мощности и выделение тепла.
Измерение моментов и сил необходимо во многих за гих задачах, включая управление ,,очным движением (например, перемещения и захваты в р ба ро атотехнике!ипередава и механической ма!цностью в двигателях и системах приво М прив да. омснт можно изРить либо на основе напряжений, возникающих в мате иале, б риале, ли о на основе де- формации (прогиба). Измеряя угол скручивания оси оси датчиком углового перемещения, можно определить приложенный момент. В примере 3.5 было показа- на, что момент двигателя постоянного тока пропорционален току о н т у ротора, т.
е. непряае измерение момента можно выполнить по величине тока, давление можно измерить по соответствующей механическ ф ич ской деЧ армации, на- пр„мер по изгибу трубки или отклонению мембраны. Ме б нь. ем рана присоединяется к кристаллу кварца, электроду конденсатора или дифференц ал енциальному транс!Рорма- тору (рис. 4.13).
Благодаря пьезоэлектрическому эффекту деформированный квар- цевый кристалл генерирует разность потенциалов. Изме е вменение емкости конденсато- ра, присоединенного к мембране, можно измерить - 6 рить какил1-липа электрическим методом. Выходной электрический сигнал в обоих случая случаях связан с приложенным усилием и деформацией измерительной головки. 4 Аналоговые датчики ! лава 4, Вход и выход физических процессии 143 142 жение было равно нулю, Любое перемещение сердечника пропорционально измени, ет выходное напряжение. Измерение давления используется для определения других величин.
Например по давлению на дне заполненного жидкостью сосуда можно определить ее уровень 4.4.3. Датчики приближения Изменение электрических свойств элементов колебательных контуров при прн. ближении к внешним объектам можно использовать для создания датчиков прн. ближения (Ргохгпс(ф непхогн). Эти датчики могут выдавать аналоговый сигнал, пре порциональныи — по — о крайней мере в определенном диапазоне — расстоянию нн заданного объекта, или цифровой сигнал при достижении заданного пороговосн значения рассто н яния. Электрические датчики приближения используют следую щие принципы.
не атчики приближения работают на основе излучения высоко ас° Индуктивные датчик п тотного электромаг ма нитного поля обмоткой, которая входит в колебательный кнн. тур. Электромагнитное поле индуцирует в проводящем материале объекта вихре. вые токи. Когда объект, расстояние до которого контролируется, приближаетсн к датчику (обычно на 2-30 мм), колебания начинают затухать. Изменение тоис в колебательном контуре можно использовать для срабатывания полупроводни.
кового ключа. ' Емкостные датчики приближения содержат затухающий кол ебательный ЕС-кон. тур. Емкость зависит от расстояния между обкладками конденсатора, нх плошали ной из обкладок внн и свойств диэлектрика между ними. Датчик присоединен к од к диэлектрику. Когда объект приближается к датчику, результирующее измени ние емкости, а следовательно, и частоты колебании, можно заф р фикси овать эзеи1 ически н использовать для управления выключателем. Емко д стный атчик мохе риче и Диапазон с абатынн' б ружить объекты, которые не являются проводящим . Д р е атчики мнн' ния для таких датчиков обычно лежит между 5 и 40 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
