Автоматизация измерений

В процессе изготовления и сборки изделий на автоматическом оборудовании требуется измерение многих параметров: размеры деталей, параметры качества оборудования и технологических процессов, количество деталей или изделий и т.д. Для этого используются различные измерительные системы, в состав которых входят датчики, предназначенные для преобразования параметров физических величин (размеры, усилия, моменты, качество поверхностей и др.) в электрические сигналы, необходимые для информационно управляющих систем.

Структурная схема измерительного устройства

В машиностроении используется большое количество датчиков принцип действия которых основан на всех физических явлениях. Для измерения каждой величины подходит небольшая группа датчиков, они являются как правило специальными и в каждом конкретном случае их часто приходится проектировать и изготавливать.

Усилители-преобразователи являются универсальными и выпускаются промышленностью.

Блоки питания являются стандартными.

Регистрирующее устройство входит в состав системы управления информацией.

Типы датчиков

1. дискретные датчики (конечные выключатели);

2. потенциометрические;

3. тензорезисторные датчики;

4. индуктивные;

5. трансформаторные;

6. магнитоупругие;

7. индукционные;

8. пьезоэлектрические (если на кусок кварца приложить усилие – появится сигнал);

9. термоэлектрические (термопары);

10. датчики термосопротивления;

11. мехатронные датчики.

К датчикам первого типа относятся механические конечные выключатели, контакты электрические магнитоуправляемые, которые представляют собой баллончик с запаянными контактами. При подходе к ним постоянного магнита происходит срабатывание (другое название этих контактов – герконы).

Д

остоинства этих контактов – это малые габариты и большое число срабатываний.

И ндуктивные датчики представляют собой бесконтактные конечные выключатели. Недостаток их заключается в том, что требуется дополнительная схема питания (6 В, 12 В).

Датчики второго типа преобразуют механическое перемещение движка реостата в соответствии с характером изменения контролируемого неэлектрического параметра в изменение электрического сопротивления реостата (например, регулировка громкости).

Применяют 2 вида электрических схем их подключений:

1. потенциометрическую;

2. мостовую.

- баластное сопротивление (для того, чтобы не было короткого замыкания).

П ервая схема проста, но имеет значительную нелинейность . Мостовые схемы имеют малую нелинейность и находят широкое применение. Эти датчики изготавливаются либо в виде обмотки изолированного провода, намотанного на каркас, либо в виде реохорда . Материал провода либо константан, манганин, фехраль (большое сопротивление).

В основе работы тензорезисторных датчиков лежит явление тензоэффекта, сущность которого состоит в изменении активного сопротивления проводников при их механической деформации (происходит изменение поперечного сечения проводника). В практике широко используются проволочные, фольговые и полупроводниковые тензорезисторы. Проволочные – представляют собой спираль или решётку, состоящую из нескольких витков проволоки, которая наклеена на специальную бумажную основу (лаковую). Сверху спираль закрывают аналогичным материалом.

Тензорезисторы наклеивают на упругий чувствительный элемент (кольцо, балочка, диафрагма). Сжатие или растяжение чувствительных элементов в пределах упругих деформаций вызывает пропорциональное растяжение, сжатие. Следовательно, меняется длина спирали, площадь поперечного сечения и электрическое сопротивление. Соотношение сопротивления с длиной и площадью выражается как , где - длина; - площадь поперечного сечения проводника; - удельное сопротивление проводника (берется из справочников). Используя тензорезисторы, можно делать самые разные конструкции датчиков.

Фольговые тензорезисторы имеют решетку из тонких полосок фольги прямоугольного сечения, полученную методом травления и нанесенную на лаковую основу.

Полупроводниковые тензорезисторы изготовляются из материалов типа арсенида галия, кремния ( ), германия ( ). Именно эти материалы имеют сильно развитый тензоэффект. Полупроводниковые тензорезисторы обладают перед проволочными и фольговыми важным преимуществом, а именно наличием большого коэффициента тензочувствительности, который превышает более чем в 100 раз коэффициенты проволочных и фольговых тензорезисторов (требуются малые деформации). Недостатком является малая механическая прочность и нелинейность характеристик. Электрические схемы подключения тензорезисторов имеют 2 вида:

• мостовая (полный мост, полумост);

• потенциометрическая.