În ingineria internă a aparatelor, problemele de unificare și standardizare a convertoarelor de măsură sunt soluționate în cadrul sistemului de stat al instrumentelor industriale și al echipamentelor de automatizare (GSP). Pentru a crea sisteme complexe de informare (de control, de măsurare), este în primul rând necesar să se asigure compatibilitatea informațiilor cu mijloacele tehnice. În acest scop, în cadrul SHG, semnalele de ieșire ale PI au fost mai întâi unificate și apoi standardizate.
Tipul de semnale de ieșire face distincția între traductoarele de măsurare și semnalele de ieșire naturale și unificate. Primele - sunt dispozitive în care se realizează transformarea primară (de obicei o singură dată) a cantității fizice măsurate. Formarea naturală a semnalului este furnizată aici prin metoda de transformare și prin proiectarea PI. Astfel de convertoare sunt utilizate cel mai adesea
în dispozitive de reglare directă sau în controlul centralizat al obiectelor relativ simple. Zece tipuri de semnale de ieșire naturale sunt acceptate în GPS (Figura 3.3).
Atunci când se creează sisteme relativ complexe care utilizează un calculator și necesitatea de a transmite semnale pe distanțe lungi, se utilizează convertoare de la standard la standard. În acest scop, sunt dezvoltate convertoare speciale de normalizare, ale căror parametrii de ieșire sunt prezentați în Fig. 3.3.
1. Ce este un traductor de măsurare, un traductor primar și un senzor?
2. Ce tipuri de energie sunt utilizate în convertoare?
3. Listați principalele cerințe pentru convertoare.
4. Din ce motive se pot clasifica traductoarele?
5. Ce tipuri de caracteristici statice sunt caracteristice pentru măsurarea convertoarelor?
6. Care sunt erorile senzorului principal și adițional?
7. Care este eroarea relativ redusă și clasa de precizie a senzorului?
8. Care sunt schemele structurale, caracteristicile statice și erorile transformării directe (unice)?
9. Care este schema de conversie directă secvențială, caracteristica sa statică și eroarea?
10. Care este și în ce cazuri este utilizată schema de transformare diferențială?
11. Cum este construită schema de transformare a feedback-ului și ce avantaje are aceasta?
ELEMENTE DE MĂSURARE A SISTEMELOR AUTOMATE (SENZORI)
Funcția elementului de măsurare este măsurarea unei cantități reglabile sau a unei alte cantități care să ofere informațiile necesare pentru control. În același timp, elementul de măsurare convertește valoarea măsurată într-o valoare de altă natură, convenabilă pentru transmiterea semnalului în acest sistem automat. În majoritatea sistemelor automate de comandă, cantitățile electrice sunt utilizate pentru transmiterea și procesarea semnalelor care transmit informații despre procesul controlat, adică majoritatea senzorilor convertesc automat cantitățile măsurate de orice natură fizică (viteză, presiune, deplasare etc.) în cantități electrice.
Valoarea măsurată este valoarea de intrare a senzorului.
Cantitatea electrică de ieșire poate fi unul dintre parametrii circuitului electric (K, I, C) sau EMF.
Senzorii care convertesc cantitatea de intrare în EMF sunt numiți generatori, iar senzorii care convertesc cantitatea de intrare într-o schimbare de parametru a circuitului electric sunt parametrici.
Prin natura valorii de ieșire, senzorii sunt împărțiți în măsurare și releu. Senzorii de măsurare au o caracteristică statică liniară și dau valoarea cantității măsurate într-o formă continuă (analogică). Releele releului au o caracteristică a releului și dau un semnal de nivel discret corespunzător unei anumite valori limită a valorii măsurate.
Senzorul potențiometric (Figura 4.1), care este un senzor al mișcărilor liniare sau unghiulare, este un reostat cu un contact mobil - o perie inclusă în schemă
potențiometru. Mișcarea contactului mobil al unui astfel de senzor este transformată într-o tensiune preluată de pe perie și un terminal al înfășurării potențiometrului (a se vedea figura 4.1, a).
Caracteristica potențiometrului este liniară dacă rezistența la sarcină este mult mai mare decât rezistența sa.
Proprietățile dinamice ale potențiometrului depind, de asemenea, de sarcina sa; sarcină rezistivă Radiant-l, și cu capacitive și inductive schimba semnalul său de ieșire va rămâne în urma schimbărilor de semnal de intrare, ca și procesele dinamice în circuitele electrice reactanță nu apar instantaneu.
Sensibilitatea senzorilor potențiometrici la măsurarea mișcărilor este de 3 5 V / mm.
Potențiometrele sunt diverse. Cel mai frecvent Potențiometrul la cadrul formei cilindrice (vezi. Fig. 4.1b), care asigură dimensiunile sale mici și permite reducerea efortului necesar pentru a muta periile, și de aceea reduc zonă moartă, care este foarte important atunci când măsurarea deplasărilor mici.
Cadrele de potențiometre sunt fabricate din plastic, ceramică, aluminiu oxidat și bobine - din aliaje cu rezistivitate ridicată (constantan, platină, aliaje de aur). Pentru înfășurare este folosit un fir de diametru mic (până la o sută de milimetru), deoarece cu cât diametrul firului este mai mic, cu atât este mai puțin pasul caracteristicilor statice (a se vedea figura 4.1, c).
Periile de potențiometru sunt fabricate din aliaje de argint, platină, iridiu, paladiu etc.
Potențiometrele sunt, de asemenea, utilizate cu cadre de alte forme, de exemplu, dacă se efectuează măsurători ale mișcării liniare mari cu precizie ridicată, lungimi rectilinie, lungi.
Avantajele senzorului potențiometric sunt simplitatea designului și a aspectului, dimensiunile și masa generală mică; Dezavantajul este prezența unui contact de alunecare, care, pe de o parte, reduce fiabilitatea și, în al doilea rând, limitează perioada de funcționare a acestuia, pe măsură ce firele se epuizează în timp și caracteristica potențiometrului se schimbă.
Principiul senzorului inductiv este de a transforma mișcarea părții mobile a circuitului său magnetic într-o schimbare a inductanței bobinelor. Un astfel de senzor este utilizat în principal pentru măsurarea exactă a deplasărilor mici.
Diagramele pentru construirea senzorilor inductivi simpli și diferențiali sunt arătate în Fig. 4.2, a, b.
Mișcarea măsurată a obiectului 1 face ca porțiunea mobilă a circuitului magnetic 2 să se deplaseze, spațiul de aer # 948; și în cele din urmă o schimbare în inductanța înfășurării 3. (Schimbarea ecartamentului diferential induktivnostiI ambele înfășurări 3.) Bobinele sunt incluse într-un circuit punte de curent alternativ, astfel încât semnalul de ieșire al senzorului - dezechilibrul podului este proporțională cu semnalul de intrare - deplasare.
Caracteristica statică a senzorului este prezentată în Fig. 4.2, c.
Sensibilitatea senzorilor inductivi poate atinge 10 V / mm; regiunea liniară a caracteristicii este mică. Un senzor inductiv poate măsura deplasările de ordinul a 10 - 7 m.
Fig. 4.2. Diagrame pentru construirea senzorilor inductivi simpli (a) și diferențială (b) și a caracteristicilor lor statice (c): 1 - obiect în mișcare; 2 - partea în mișcare a circuitului magnetic; 3 - înfășurări; 4 - circuit magnetic fix
Acțiunea senzorului de inducție se bazează pe o schimbare a cuplării inductive între înfășurările sale atunci când elementele mobile ale circuitului magnetic sunt deplasate. Există multe varietăți de astfel de senzori, dar cel mai frecvent senzor de transformare diferențială (Figura 4.3). Pe proeminențele de pol a părții fixe a circuitului magnetic 1 al unui astfel de senzor, sunt localizate 1) înfășurarea de excitație 3 și înfășurările de semnal 2 și 4, din care se întinde tensiunea de ieșire. Mișcarea măsurată afectează partea în mișcare a miezului magnetic 5.
Fig. 4.3. Schema de proiectare (a) și caracteristica statică (b) a senzorului de transformare inductivă:
o parte fixă a circuitului magnetic; 2, 4 - înfășurări de semnal; 3 - înfășurarea excitației; 5 - partea în mișcare a circuitului magnetic
Atunci când circuitul magnetic se află în poziția de mijloc, fluxul magnetic produs de bobina 3 induce un EMF egal în înfășurările 2 și 4; deoarece aceste bobine sunt conectate în opoziție, la (1,1 curs în acest caz semnalul senzorului are Atunci când se deplasează partea mobilă a semnalului CEM circuit magnetic într-una dintre bobine crește, iar în cealaltă. - scade și apare la ieșire un semnal egal cu diferența dintre aceste EDS.
Principiul senzorului capacitiv este de a transforma deplasarea într-o schimbare de capacitate C.
Senzorii capacitivi sunt simpli și diferențiate.
În Fig. 4.4 prezintă proiectarea unor senzori capacitivi. Capacitatea în astfel de senzori pot fi modificate prin schimbarea distanței dintre plăcile (vezi. Fig. 4.4, a, b), suprafața plăcilor suprapuse reciproc (vezi. Fig. 4.4), și de asemenea prin modificarea proprietăților dielectrice ale diferenței de izolație.
Fig. 4.4. Capacitatea senzorilor:
a, b - respectiv, un simplu și diferențial cu o distanță variabilă între plăci; c - cu suprafața variabilă a suprapunerii plăcii
Senzorii capacitivi sunt alimentați cu curent alternativ de înaltă frecvență. Ele sunt foarte sensibile și, în consecință, într-o mare măsură influențate de diverse interferențe (diafonie, acțiunea capacitances externe, abateri de tensiune et al.), Prin urmare, sunt utilizate în principal ca un tip releu senzori.
Acțiunea senzorului fotoelectric se bazează pe transformarea modificării fluxului de lumină într-o modificare a parametrilor electrici ai fotocelulei.
Celulele foto sunt un tip special de semiconductori sau dispozitive electronice (elemente cu umplutură de gaz).
Pentru a măsura mișcarea, fotorezistoarele sunt utilizate în mod obișnuit,
schimbând rezistența lor internă la schimbarea iluminatului și fotodiodele care își schimbă proprietățile supapelor atunci când se schimbă lumina.
Schema senzorului fotoelectric este prezentată în fig. 4.5.
Senzorii fotoelectrici funcționează după cum urmează. Mișcarea măsurată provoacă suprapunerea fluxului de lumină care luminează fotocelula. Schimbarea parametrilor electrici este percepută de un circuit electric, de obicei un amplificator.
Acești senzori sunt folosiți pe scară largă în industrie nu numai pentru măsurarea mișcărilor, ci și pentru monitorizarea curățeniei suprafeței, a defectelor de suprafață, a numărării pieselor pe transportoare și așa mai departe.
Există un grup de senzori de impuls fotoelectric care funcționează în combinație cu dispozitive de numărare. Un astfel de complex permite măsurarea deplasărilor mari (atât unghiulare cât și lineare) cu o precizie ridicată. Înaltă (în comparație cu alte tipuri de senzori), precizia este obținută prin mărirea scalei mișcării măsurate atunci când este luată în considerare.
Un exemplu este un senzor raster moiré, care este o combinație a două rastere - în mișcare și staționare (Figura 4.6). Rasters sunt laturi de benzi transparente și opace, a căror formă poate fi diferită. În Fig. 4.6, a, b prezintă rasterile radiale centrale și off-center, conjugarea cărora este utilizată pentru măsurarea deplasărilor unghiulare, și Fig. 4.6, c, d - grătare raster, a căror conjugare este utilizată la măsurarea deplasărilor liniare.
Conjugarea cu raster este stabilită în calea fluxului de lumină astfel încât să treacă perpendicular pe ambele rastere.
Atunci când rasterul în mișcare este mutat în raport cu rasterul fixat, fâșiile moire combinate se mișcă perpendicular pe mișcarea măsurată. Aceste benzi traversează fluxul de lumină, o modulează, iar senzorul foto generează impulsuri. Semnalul de ieșire al circuitului de măsurare are o formă digitală - acesta este numărul de impulsuri numărate de contor.
Senzorii de mișcare electrocontact au o caracteristică a releului și sunt folosiți în principal pentru controlul dimensiunilor pieselor.
Senzorii de electro-contact sunt cu un singur capăt (cu un contact) și două săptămâni (cu două contacte). Senzorii cu o singură limită sunt utilizați pentru a controla dimensiunea unei părți prin admiterea unui semn. Senzorii de două săptămâni vă permit să controlați dimensiunea piesei conform toleranțelor "+" și "-". Senzorii electrici de contact nu măsoară dimensiunile reale ale pieselor, ci doar răspândirea valorilor acestora. De exemplu, la verificarea diametrului unei părți cilindrice, tija de recepție (vârful de măsurare) este deplasată în raport cu carcasa senzorului, percepând diferența dintre diametrele maxime și minime.
În Fig. 4.7 prezintă proiectarea unui senzor de electrocontact de două săptămâni.
Fig. 4.7. Proiectarea senzorului de electrocontact de două săptămâni:
1 - tija de primire; 2 - manșonul de ghidare; 3 - pârghie cu două brațe; 4 - locuințe; 5, 7 - reglarea șuruburilor; 6, 8, 9 - contacte
Senzorii proiectați pentru măsurători exacte (cu o eroare de cel mult 0,01 mm) sunt proiectați pentru un curent foarte mic în circuitul de contact (în ordinea zecilor de milliampere), astfel încât acestea sunt incluse în circuitele electronice de amplificare. Senzorii pentru măsurători mai grosiere pot fi conectați direct la circuitul înfășurărilor releului.
Comutatorul de deplasare (Figura 4.8) este senzorul de deplasare limită. Se utilizează în circuitele electrice de automatizare industrială pentru a furniza comenzi pentru începutul mișcării unui nod mobil sau trecerea unei anumite secțiuni a drumului. Un întrerupător de cale este un sistem de mai multe
Fig. 4.8. Schema de proiectare (a) și caracteristicile statice (b) ale întrerupătorului de limitare:
tija de primire; 2, 4 - contacte fixe; 3 - contact mobil; 5 - carcasă
perechi de contacte fixe și mobile, care sunt conectate direct la nodul în mișcare.
Precizia funcționării unui astfel de senzor în ceea ce privește deplasarea este mică - de la 10 la 2 mm, în funcție de tipul de comutator.