Вопрос 5

Привести основные варианты реализации датчиков положения, описать принцип действия, схемы включения, достоинства и недостатки, статические и динамические характеристики.

Существуют следующие варианты реализации датчиков положения(перемещения):

1. На контактных датчиках

Контактные датчики (КД) – датчики параметрического типа, их выходной сигнал (сопротивление) изменяется при изменении входной величины – перемещение контактов. Это датчики дискретного типа (выходной сигнал принимает 2 значения: R=0 – контакты замкнуты или – контакты разомкнуты).

Такие датчики широко применяются в системах автоматики для контроля размеров, сортировки контроля перемещения, а также для измерения других величин, с помощью промежуточных преобразований их в перемещение.

Также датчики бывают однопредельные и многопредельные.

Однопредельный КД

Многопредельный кд

здесь контроль по сопротивлению Rрезистора: чем больше контактов замкнуто, темRменьше.

Достоинства:

1. Простота;

2. Дешевизна;

3. Простота регулировки чувствительности;

4. Возможность работы как на постоянном, так и на переменном.

Недостатки:

1. Искрение (обгорание, износ);

2. Вибрация контактов и возможность ложных срабатываний при вибрации;

3. Дребезг контактов.

2. На потенциометрических датчиках (ПД)

Потенциометрические датчики предназначены для преобразования перемещения в электрический сигнал.

Основой потенциометрических датчиков является реостат, сопротивление которого изменяется при перемещении движка, скользящего по проволоке.

Конструктивно датчик состоит из корпуса, на котором в один слой намотана обмотка из провода. На одном из концов снята изоляция и там скользит движок.

Корпус выполняется плоским или круглым. Обмотка выполняется из манганина, нихрома, константа и др. высокоомных материалов с малым ТКС (температурный коэффициент сопротивления: на сколько изменяется - удельное сопротивление при изменении на 1)

Требования к проводу:

1. Высокоомный провод;

2. Низкий ТКС;

3. Механическая прочность.

Диаметр провода обычно составляет сотые или десятые доли миллиметра.

Разновидность пд – реохорды (проволока со скользящим по ней ползунком)

Сопротивление реохордов мало, поэтому они часто включаются в мостовую схему

Статические и динамические характеристики ПД

Коэффициент нагрузки (абсолютное перемещение: от 0 до ):

Относительное перемещение (коэффициент перемещения)

Максимальное отклонение напряжения под нагрузкой от напряжения на холостом ходу имеет место на положении перемещения 2/3

Для снижения погрешности датчика от нагрузки следует по возможности увеличивать и/или ограничить рабочий участок ПД диапазоном от 0 до 1/3.

Еще один источник погрешности – это ступенчатость характеристики.

Для уменьшения погрешности необходимо увеличивать число витков, но это приводит к уменьшению диаметра провода, что приводит к уменьшению надежности.

Еще один вид погрешности – неравномерность статической характеристики из-за непостоянства провода по длине обмотки или удельного сопротивления провода

Погрешности от люфта приводят к неоднозначности и нелинейности статической характеристики.

Также существуют погрешность от трения и температурная погрешность.

Динамические характеристики датчика определяются характером его нагрузки. При чисто активной нагрузке датчик представляет собой безинерционное звено. При индуктивно-активной – апериодическое звено 1 порядка.

Достоинства :

1. Простота конструкции;

1. Малые габариты и вес;

1. Принципиальная возможность получения высоколинейных характеристик;

1. Стабильность характеристики;

1. Возможность работы на постоянном и переменном токе.

Недостатки:

1. Относительно низкая надёжность из-за окисления подвижного контакта и перетирание витков;

1. Ограниченная скорость перемещения;

1. Низкая рабочая частота на переменном токе;

1. Наличие электронных шумов.

3. Индуктивные датчики (ИД).

Относятся к электромагнитным датчикам.

Принцип действия ИД основан на изменении магнитного сопротивления магнитной цепи датчика при перемещении сердечника

Простейший ИД представляет собой дроссель с переменным воздушным зазором.

Uп Uп

I I



x

x

RмLzI

Rм – магнитное сопротивление магнитной цепи.

где–толщина воздушного зазора;

–магнитная проницаемость воздуха;

–сечение.

Искажение линейной характеристики вблизи точки А определяется ненулевым магнитным сопротивлением стали. Искажение вблизи точки В определяется ненулевым активным сопротивлением датчика.

На участке АВ зависимость тока линейна и описывается выражением

I=K*x

Для больших перемещений применимы ИД в виде катушки с подвижным внутренним сердечником. Такие датчики называются плунжерными ИД. Если сердечник полностью введен внутрь катушки, то ее индуктивное сопротивление максимально, а ток через нее минимален, и наоборот.

x

4. Трансформаторный датчик

Принцип действия основан на изменении коэффициента взаимоиндукции обмоток при перемещении якоря.

Дифференциальный трансформаторный датчик плунжерного типа

W2``

W1

W2`

x

, если сердечник посередине, то.