105 Назовите основные виды измерительных преобразователей (датчиков) перемещения

Измерительное устройство (первичный измерительный преобразователь) – датчик – измеряет параметр технологического процесса и преобразует величину из одной физической формы в другую.

Преобразователи делятся на 2 группы по принципу действия:

• параметрический датчик (изменяет какой-либо свой параметр под действием измеряемой величины (резистивные,индуктивные, емкостные, трансформаторные и др.));

• генераторный датчик (сам создает выходной сигнал и не требует внешнего источника энергии (фотоэлектрический, термоэлектрический, индукционный, пьезоэлектрический)).

Датчики характеризуются следующими величинами:

1. статическая характеристика(линейная//нелинейная);

2. чувствительность – показывает, насколько изменится выходная величина при изменениивходной на 1 единицу;

3. разрешающая способность – наименьшее изменение входного сигнала, которое может быть измерено преобразователем;

4. точность – задается в % от полной шкалы измерительного прибора.

Классификация.

По измеряемому параметру: Д силы, Д давления, Д расхода, Д температуры, Д перемещения, Д положения и др.

По принципу действия: оптические (фотоэлектрич.), емкостные, индуктивные, индукционные, патенциометрические и др.

По технологии изготовления: элементные, интегральные.

По характеру выходного сигнала: аналоговые, цифровые, импульсные и др.

В следящих системах станков с ЧПУ применяются прецизионные преобразователи перемещений, которые могут измерять положение с разрешающей способностью 1 мкм и менее, определять направление движения, его скорость, а в некоторых случаях и ускорение.

Измерительный преобразователь перемещения (ИПП) состоит из датчика положения (ДП) и измерительной системы (ИС), преобразующей сигнал датчика в цифровой или аналоговый сигнал. По конструктивному исполнению ДП делятся на круговые и линейные. В оборудовании с ЧПУ используются все основные виды круговых и линейных индукционных ДП: вращающиеся трансформаторы, индукционные редуктосины, круговые и линейные индуктосины.

Вращающиеся трансформаторы (ВТ) - индукционные ДП (датчики перемещений) - выполнены в виде электрических микромашин. Принцип действия основан на использовании закона электро-магнитной индукции – возникновении ЭДС в обмотке при изменении параметров магнитного поля.

ВТ имеют по 2 взаимно перпендикулярные обмотки на статоре и роторе и могут включаться по различным измерительным схемам. Одной из них является схема синусно-косинусного ВТ, изображенная на рисунке. Напряжение питания подается на одну из статорных обмоток, на вторую статорную обмотку подключено статорное сопротивление, а с роторных обмоток снимаются напряжения. Статор создает пульсирующее магнитное поле, в результате в роторных обмотках наводится ЭДС и на выходе возникает переменное напряжение, т.е. выходные напряжения зависят от sin и cos угла поворота ротора.

Схема синусно-косинусного ВТ

В станках с ЧПУ вращающиеся трансформаторы используются в качестве датчиков обратной связи и часто включаются по схеме фазовращателя: когда фаза выходного напряжения равна углу поворота ротора.

Линейный индуктосин состоит из неподвижной линейки, собранной из нескольких секций, и подвижной линейки – съемника сигналов. Линейка и съемник выполнены из изоляционного материала, на который печатным способом нанесены обмотки с шагом S. Ввиду отсутствия магнитопровода и малых размеров съемника индуктосин обеспечивает значительную электрическую редукцию. Однако коэффициент электромагнитной связи в индуктосине весьма низок, из-за чего происходит ослабление выходного сигнала.

Чтобы применять индуктосин, надо на исполнительный механизм (ИМ) установить не только линейки и головки, но и предварительный усилитель выходного сигнала. Даже при тщательном выравнивании зазора между линейкой и головкой этот зазор при перемещении головки вдоль линейки не остается постоянным, из-за чего изменяется коэффициент индуктивной связи и появляется дополнительная погрешность. На линейке индуктосина выполняется одна обмот- ка, при стыковке линеек их обмотки соединяются последовательно. Поскольку линейные индуктосины соединяются непосредственно с ИМ, то шаг обмотки s принимается равным стандартизованному перемещению 2 мм. На головке индуктосина нанесены две обмотки с пространственным сдвигом на 1/4 шага, что обеспечивает возможность работы индуктосина в фазовом и амплитудном режимах, которые используются во всех индукционных ДП.

Рис. Линейный индуктосин: а – конструктивное исполнение; б – взаиморасположение обмоток

Рассмотрим работу индукционного ДП (ВТ или индуктосина) в фазовом режиме.

В этом режиме на пространственно сдвинутые обмотки датчика подаются напряжения:

где ит , ω0 – амплитуда и круговая частота питающего напряжения.

С выхода ДП снимается напряжение

где φ – угловое положение подвижного элемента ДП относительно начала шага или оборота, выраженное в электрических градусах. Например, если используется линейный индукционный ДП, то φ = 2nx/ s , где х – перемещение головки относительно начала шага; s – шаг ДП. Подставляя формулу, после несложных преобразований получаем

Таким образом, фаза напряжения и пропорциональна измеряемому перемещению, благодаря чему такой режим индукционного ДП получил название фазового.