Исследование датчиков

Практическая работа № 5

Тема: Исследование датчиков

1 Цель работы: Изучить различные типы датчиков.

2 Задание

2.1 Ознакомиться с теоретическими сведениями.

2.2 Выполнить четыре схемы датчиков различного назначения и разобраться в принципе их работы.

2.3 Ответить на контрольные вопросы.

3 Теоретические сведения

Датчик – отдельный конструктивный узел, который располагается непосредственно на измерительной позиции. Он предназначен для восприятия изменений параметров измеряемой детали и преобразования их в импульсы, необходимые для управления рабочими органами. Название датчика зависит от измеряемой величины.

Рассмотрим различные датчики в зависимости от назначения.

Датчики пути и положения рабочих органов обеспечивают создание управляющих сигналов в зависимости от пройденного пути или положения рабочих органов управляемого объекта.

Электроконтактные датчики представляют собой конечные, путевые переключатели. У них имеются штоки или рычаги 2, которые воздействуют через механизм передачи на контакты 1. Принцип действия датчиков основан на том, что их устанавливают на неподвижных частях рабочих органов в определенном положении, а движущиеся рабочими органами, на которых укреплены кулачки, достигнув заданного положения, воздействуют на датчики, вызывая их срабатывание.

Рисунок 1 Схема электроконтактного датчика – путевого выключателя

Индуктивные датчики – устройства для преобразования механических перемещений в электрический сигнал. Принцип действия этих датчиков состоит в изменении их индуктивности под воздействием входной величины (перемещения, усилия). Применяются для контроля размеров, дистанционной передачи положения и пр.

Простейший индуктивный датчик (рисунок 2) состоит из сердечника 1, катушки 2 с большим числом витков и подвижного якоря 3. Сердечник 1 и якорь 3 изготавливаются из специального сорта магнитомягкой стали с большим коэффициентом магнитной проницаемости, который у железа в сотни и тысячи раз больше, чем у воздуха, то магнитный поток, возникающий при прохождении через катушку тока, зависит в основном от воздушного зазора . Малейшие изменения этого зазора вызывают большие изменения индуктивного сопротивления катушки. Это явление использовано для измерения очень малых перемещений. Чувствительность датчика может быть увеличена за счет выбора передаточного отношения плеч рычага L и l .

Рисунок 2 Конструктивная схема индуктивного датчика

Фотоэлектрические датчики представляют собой обычное фотореле, установленное на рабочих органах в определенном положении. Движущийся рабочий орган (ДРО), переместившись в установленное положение, экраном прерывает поток света Ф, вызывая срабатывание фотореле (ФР).

Рисунок 3 Схема фотоэлектрического датчика пути и положения

Их преимуществом является отсутствие непосредственного контакта между контролируемым узлом и датчиком. Недостатком являются срабатывания при попадании света из постороннего источника или при затемнении посторонними предметами, отказы из-за загрязнения приемника луча, необходимость в усилении сигнала, сложность регулирования на заданный уровень сигнала.

Датчики углового положения создают управляющий сигнал в зависимости от углового положения или угла рассогласования между рабочими органами.

Потенциометрический датчик состоит из потенциометров П1 и П2, которые подключены параллельно к общему источнику питания U. Подвижные контакты К1, К2 соответственно соединены механически с задающим (ЗРО) и исполнительным (ИРО) рабочими органами. Напряжение, снимаемое с подвижных контактов потенциометров, является напряжение сигнала U. При согласованном положении рабочих органов (когда ), напряжение сигнала равно нулю. При рассогласованном положении, когда , сигнал на выходе датчика не равен нулю. Причем сигнал будет пропорционален углу рассогласования, т. е. U = - .

Рисунок 4 Схема потенциометрического датчика

Силовые датчики обеспечивают создание управляющих сигналов в зависимости от сил, создаваемых в рабочих органах.

Одним из видов силовых датчиков является электромеханические, которые представляют собой кулачковую муфту 2 со скошенными зубьями, замыкающуюся под действием пружины 3. Одна из полумуфт сидит на валу со скользящей шпонкой. Полумуфта через рычаг 4 воздействует на микропереключаПри возникновении на валу заданных сил сдвинутая полумуфта, воздействуя через рычаг на микровыключатель, вызывает его срабатывание.

Рисунок 5 Схема силового электромеханического датчика

Тензометрические датчики применяются для определения деформаций и усилий. Их действие основано на изменении электрического сопротивления проводников при упругих деформациях растяжения или сжатия.

Чувствительным элементом служит металлическая проволока диаметром 0,02-0,05 мм или фольга, полупроводников круглого или плоского сечения. Наклеиваемые тензодатчики – тонкие эластичные изоляционные пластинки, внутри которых заделан тензочувствительный элемент. Пластинки прочно наклеиваются на поверхность детали и воспринимают деформации ее наружного волокна. Основанием для изоляции датчика служит тонкая бумага или пленка лака или клея.

Рисунок 6 Схема тензометрического датчика

1 – выводы из фольги или проволоки, 2 –пайка или сварка,

3 – проволока, 4 – бумага или лаковая пленка, 5 – клей,

6 – бумага, лак или фетр

При воздействии на испытуемую деталь каких-либо деформаций, например, будет растягиваться проволока датчика. При этом за счет увеличения длины проволоки и уменьшения ее сечения сопротивление проволоки будет увеличиваться. Это сопротивление является выходной величиной датчика.

Датчики температуры служат для поддержания температуры на определенном уровне. Термоэлектрическим датчиком простой конструкции является термопара – спай двух разных металлов или сплавов, например: железо-константин, никель-хромникель и др.

Принцип действия термопары основан на возникновении термоэлектродвижущей силы в месте спая. Величина возникающего при этом напряжения тем больше, чем выше разность температур спаев. Обычно напряжение, возникающее на термопаре, очень мало – 10-50 мв на несколько сот градусов. Поэтому для передачи энергии от термопары к исполнительным органам требуется усилитель. Применяются для измерения температур от 100 до 2000 градусов.

Рисунок 7 Схема термопары

Датчики и реле размеров и уровня применяются для контроля размеров и отличаются большим разнообразием. Они имеют следующие основные элементы: орган, воспринимающий линейный размер контролируемой детали, передаточный механизм и выходной орган контактной группы. Воспринимающий орган имеет неподвижную базу, на которой располагается контролируемая деталь, и подвижный щуп, снабженный роликом или наконечником из износостойкого материала.

Рисунок 8 Принципиальная схема реле контроля размеров

1 – контактный винт, 2, 6 – контакты, 3 – пружины,

4 – измерительный шток, 5 – контролируемая деталь

Контролируемый размер детали определяет положение контактов 2 и 6 реле.

4 Контрольные вопросы

4.1 Что такое датчик?

4.2 Какими параметрами характеризуются датчики?

4.3 Какие виды датчиков могут использоваться при путевых системах управления?