Датчики линейного перемещения принцип работы

Устройства измерения перемещения и положения

Надежное обнаружение прозрачных поверхностей является одной из наиболее сложных задач автоматизации. Ультразвуковой датчик Wenglor U1KT001 обнаруживает объекты независимо от материала, толщины или цвета.

Flowserve производит и обслуживает решения для управления движением жидкости в самых разных отраслях, включая нефтегазовый сектор, возобновляемые источники энергии, химическую промышленность, электроэнергетику, водоподготовку и водоснабжение.

С 1-го апреля 2017-го года компания DMLieferant является официально уполномоченным маркетинговым партнером компании GE на территории Российской Федерации по продукции и услугам Bently Nevada и Control Solutions

Компания Rota Engineering Ltd анонсировала о демонстрации технических характеристик своего нового датчика положения на ближайшей Международной выставке строительных машин и материалов CONEXPO/IFPE 2017, которая состоится в период с 7 по 11 марта в США, г. Лас-Вегас.

В последнее время на промышленных предприятиях широкий ряд производственных процессов выполняется с помощью автоматизированных систем, обеспечивающих существенное повышение производительности труда и качественных показателей выпускаемой продукции, позволяющих высвобождать работающих из трудоемких и опасных сфер производства.

Большое внимание при проведении автоматизации уделяется разного рода датчикам измерения перемещения и положения, с помощью которых осуществляется передача информации регулирующего, управляющего, контролирующего свойства.

Кровь гуще воды, а Wenglor намного больше, чем просто семейная компания, потому что ее специалисты объединены общим генетическим кодом: страстью к изобретениям.

Wenglor гордится своими немецкими корнями – не забывая при этом об удовлетворении потребностей мирового рынка. Непрерывный рост практически во всех сферах бизнеса – от стажировки до разработок и продаж – предоставляет доказательство инновационной способности компании.

Французская компания Celduc Relais уже более 50-ти лет занимается производством передовых продуктов наивысшего качества, адаптированных к потребностям клиентов во всем мире. Celduc Relais экспортирует 70% своей продукции.

Мировой успех компании обусловлен инновациями, разработанными командой специалистов стратегических подразделений: Твердотельные реле и Магнитные бесконтактные датчики.

Компанией DMLieferant выполнен заказ на поставку партии инфракрасных датчиков Wenglor TF55PA3S172.

Немецкая компания Wenglor GmbH является европейским производителем широкого ассортимента датчиков, систем безопасности и контроля, оборудования для считывания штрих-кодов. Большим спросом пользуются фотоэлектронные, индуктивные и ультразвуковые датчики Wenglor. В целом, номенклатура изделий, выпускаемых компанией, превышает 2000 позиций.

В промышленности для автоматизации многих производственных процессов широко применяются датчики и устройства измерения перемещения и положения. Основная задача таких датчиков состоит в отслеживании линейного или углового перемещения контролируемого объекта и преобразовании изменения его положения в соответствующий выходной сигнал, удобный для дальнейшей обработки или сбора информации.

Датчики являются ключевыми компонентами любой автоматизированной системы, зачастую определяют ее технические возможности и сферу применения, показатели качества и надежности.

Производители устройств измерения перемещения и положения

• Классификация датчиков измерения перемещения и положения
• Область применения

Классификация датчиков измерения перемещения и положения

По принципу действия датчики измерения перемещения и положения подразделяют на следующие виды:

• Индуктивные. В датчике размещена катушка индуктивности, с помощью которой производится контроль над изменением характеристик магнитного поля, связанного с попаданием металлического объекта в рабочую зону датчика. Индуктивные датчики относятся к конструктивно простым, надежным и недорогим изделиям. Работают только с металлическими объектами на небольших расстояниях, обычно не превышающих несколько сантиметров.  

• Емкостные. Перемещение контролируемого объекта отслеживается по изменению емкости конденсатора при попадании объекта в область его воздушного диэлектрика. Обладают высокими показателями чувствительности, имеют небольшие размеры и вес, отличаются простотой изготовления, недорогой стоимостью, долговечностью, легко адаптируемы к новым условиям применения.   
• Оптические. В состав датчика входит излучатель и приемник. Непрозрачный объект, попадая между излучателем и приемником, перекрывает световой луч, что сразу же фиксируется приемником и отправляется соответствующий сигнал в систему управления. Как вариант, приемник и излучатель могут находиться внутри одного корпуса. Тогда для отражения луча света используется специальный отражатель. В отличие от емкостных и индуктивных, оптические датчики могут работать на большом расстоянии до интересующего объекта (до 100 м). Часто их применяют в качестве дальномеров, для определения расстояния до исследуемого предмета. При этом приемник принимает рассеянное от поверхности предмета излучение.

• Лазерные. Являются разновидностью оптических датчиков. Лазерный свет способствует очень надежному и стабильному обнаружению мелких деталей, даже при высоких скоростях перемещения. Лазерные датчики компактны и имеют удобную систему настройки под требуемые параметры объектов и условия эксплуатации. 

В индуктивных, емкостных, оптических, лазерных устройствах отсутствует непосредственный контакт механического  плана между предметом и сенсором, поэтому их относят к категории бесконтактных датчиков. Данное свойство является важным и очень полезным при обустройстве автоматизированных систем предприятий.

Область применения

Индуктивные, емкостные, оптические и лазерные датчики широко применяются для автоматизации предприятий многих отраслей производства.

https://www.youtube.com/watch?v=DJcexW86LK8

К основным сферам использования емкостных датчиков относят:

• контроль наполнения резервуаров жидкими и сыпучими материалами;
• контроль налива прозрачных упаковок на автоматических линиях;
• в составе сенсорных панелей и клавиатур промышленного оборудования;
• для выполнения счетных операций.

Индуктивные датчики востребованы в машиностроении на разнообразных обрабатывающих центрах и станках, где они выступают в роли концевых датчиков.

Оптические и лазерные датчики применяются:

• на линиях конвейеров для получения информации о наличии предметов, определения их количественных и размерных характеристик;
• контроль присутствия на объектах соответствующих наклеек, меток, надписей;
• отслеживание уровня, прозрачности, цвета;
• измерение расстояния (дальномеры);
• в системах управления освещением;
• для решения задач дистанционного контроля и управления;
• в системах автоматической охранной сигнализации.

Специалисты нашей компании для любых процессов, связанных с автоматизацией предприятия,  подберут оптимальное решение на базе устройств ведущего производителя сенсорики – фирмы Wenglor.

Все новости раздела «Устройства измерения перемещения и положения»

Источник: https://dmliefer.ru/katalog/kip/ustrojstva-izmerenija-peremeshhenija-i-polozhenija

Датчики перемещения (индуктивный, оптический, емкостной и другие типы)

 О чем эта статья

Конструкция датчиков перемещения может быть очень разнообразном. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, в этой статье вы узнаете принцип действия всех существующих на сегодняшний день датчиков перемещения.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Виды деформации твердых тел» или «Датчики деформации (экстензометры)».

Датчик перемещения — это прибор, предназначенный для определения величины линейного или углового механического перемещения какого-либо объекта.

Разумеется, подобные приборы имеют колоссальное количество практических применений в самых разнообразных областях, поэтому существует множество классов датчиков перемещения, которые различаются по принципу действия, точности, цене и прочим параметрам.

Следует сразу отметить, что все датчики перемещения можно разделить на две основных категории — датчики линейного перемещения и датчики углового перемещения (энкодеры). В рамках данного обзора основное внимание будет уделено именно датчикам линейного перемещения.

По принципу действия датчики перемещения могут быть:

• Емкостными
• Оптическими
• Индуктивными
• Вихретоковыми
• Ультразвуковыми
• Магниторезистивными
• Потенциометрическими
• Магнитострикционными
• На основе эффекта Холла

Емкостные датчики перемещения

В основе работы датчиков данного типа лежит взаимосвязь ёмкости конденсатора с его геометрической конфигурацией. В простейшем случае речь идёт об изменении расстояния между пластинами вследствие внешнего физического воздействия (Рисунок 1).

Поскольку ёмкость конденсатора изменяется обратно пропорционально величине зазора между пластинами, определение ёмкости при прочих известных параметрах позволяет судить о расстоянии между пластинами.

Изменение ёмкости можно зафиксировать различными способами (например, измеряя его импеданс), однако в любом случае конденсатор необходимо включить в электрическую цепь.

Рисунок 1. Емкостной датчик линейного перемещения с изменяющейся величиной зазора.

Пластина может быть механически связана с интересующим объектом, и в этом случае изменение ёмкости свидетельствует о перемещении объекта.

Кроме того, если сам объект обладает свойствами диэлектрика и имеет подходящие габариты — он может быть использован непосредственно в качестве диэлектрической среды в конденсаторе.

Рисунок 2. Емкостной датчик линейного перемещения с подвижным диэлектриком.

Оптические датчики перемещения

Существует множество вариаций схем датчиков перемещения, основанных на различных оптических эффектах.

Пожалуй, наиболее популярной является схема оптической триангуляции — датчик положения является, по сути, дальномером, который определяет расстояние до интересующего объекта, фиксируя рассеянное поверхностью объекта излучение и определяя угол отражения, что даёт возможность определить длину d — расстояние до объекта (Рисунок 3). Важным достоинством большинства оптических датчиков является возможность производить бесконтактные измерения, кроме того такие датчики обычно довольно точны и имеют высокое быстродействие.

Рисунок 3. Оптический датчик перемещения на основе схему оптической триангуляции.

В другой реализации оптического датчика, предназначенной для регистрации и определения параметров малых перемещений и вибраций, используется двойная решётчатая конструкция, а также источник света и фотодетектор (Рисунок 4).

Одна решётка неподвижна, вторая подвижна и может быть механически закреплена на интересующем объекте или каким-либо способом передавать датчику его движение.

Рисунок 4. Оптический датчик перемещения на основе дифракционных решеток.

Дополнительными возможностями применения обладают оптические датчики, учитывающие поляризацию света. В таких датчиках может быть реализован алгоритм селекции объектов по отражательным свойствам поверхности, т.е. датчик может «обращать внимание» только на объекты с хорошей отражающей способностью, прочие объекты игнорируются. Разумеется, чувствительность к поляризации негативно сказывается на стоимости подобных устройств.

Индуктивные датчики перемещения

В одной из конфигураций датчика данного типа чувствительным элементом является трансформатор с подвижным сердечником.

Перемещение внешнего объекта приводит к перемещению сердечника, что вызывает изменение потокосцепления между первичной и вторичной обмотками трансформатора (Рисунок 5).

Поскольку амплитуда сигнала во вторичной обмотке зависит от потокосцепления, по величине амплитуды вторичной обмотки можно судить о положении сердечника, а значит и о положении внешнего объекта.

Рисунок 5. Индуктивный датчик перемещения на трансформаторе.

Рисунок 6. Индуктивный датчик перемещения для объектов из ферромагнитных материалов.

Вихретоковые датчики перемещения

Датчики данного типа содержат генератор магнитного поля и регистратор, с помощью которого определяется величина индукции вторичных магнитных полей. Вблизи интересующего объекта генератор создаёт магнитное поле, которое, пронизывая материал объекта, порождает в его объёме вихревые токи (токи Фуко), которые, в свою очередь, создают вторичное магнитное поле (Рисунок 7).

Параметры вторичного поля определяются регистратором, и на их основании вычисляется расстояние до объекта, так как чем объект ближе, тем больший магнитный поток будет пронизывать его объём, что усилит вихревые токи и индукцию вторичного магнитного поля. Подобный принцип используется и в вихретоковых дефектоскопах, однако там на параметры вторичного магнитного поля влияет не расстояние до объекта, а наличие в его внутренней структуре скрытых несовершенств.

Метод является бесконтактным, однако может применяться только для металлических тел.

Рисунок 7. Вихретоковый датчик перемещения.

Ультразвуковые датчики перемещения

В ультразвуковых датчиках реализован принцип радара – фиксируются отражённые от объекта ультразвуковые волны, поэтому структурная схема обычно представлена источником ультразвуковых волн и регистратором (Рисунок 8), которые обычно заключены в компактный корпус.

Определение временной задержки между моментами отправки и приёма ультразвукового импульса позволяет измерять расстояние до объекта с точностью, доходящей до десятых долей миллиметра. Наряду с оптическими, ультразвуковые датчики на сегодняшний день являются, пожалуй, наиболее универсальным и технологичным бесконтактным средством измерения.

Использование этого принципа измерений опять же можно найти в детекторах обнаружения дефектов, только на этот раз уже в ультрозвуковых дефектоскопах.

Рисунок 8. Ультразвуковой датчик перемещения.

Магниторезистивные датчики перемещения

В магниторезистивных датчиках перемещения используется зависимость электрического сопротивления магниторезистивных пластинок от направления и величины индукции внешнего магнитного поля.

Датчик, как правило, состоит из постоянного магнита и электрической схемы, содержащей включённые по мостовой схеме магниторезистивные пластинки и источник постоянного напряжения (Рисунок 9).

Интересующий объект, состоящий из ферромагнитного материала, перемещаясь в магнитном поле, изменяет его конфигурацию, вследствие чего изменяется сопротивление пластинок, и мостовая схема регистрирует рассогласование, по величине которого можно судить о положении объекта.

Рисунок 9. Магниторезистивный датчики перемещения.

Датчики на основе эффекта Холла

Датчики этого типа имеют конструкцию подобную конструкции магниторезистивных датчиков, однако в основу их работы положен эффект Холла — прохождение тока через проводник, на который воздействует внешнее магнитное поле, приводит к возникновению разности потенциалов в поперечном сечении проводника.

Магнитострикционные датчики перемещения

Как правило, магнитострикционный датчик представляет собой протяжённый канал — волновод, вдоль которого может свободно перемещаться постоянный кольцевой магнит. Внутри волновода содержится проводник, способный при подаче на него электрических импульсов создавать магнитное поле вдоль всей своей длины (Рисунок 10).

Полученное магнитное поле складывается с полем постоянного магнита, и результирующее поле создаёт момент вращения канала, содержащего волновод (эффект Вайдемана). Импульсы вращения распространяются по каналу в обе стороны со скоростью звука материала канала.

Регистрация временной задержки между отправкой электрического импульса и приёма импульса вращения позволяет определить расстояние до постоянного магнита, т.е. определить его положение. Канал может иметь довольно большую длину (до нескольких метров), а положение магнита может быть определено с точностью до нескольких микрометров.

Магнитострикционные датчики обладают отличной повторяемостью, разрешением, устойчивостью к неблагоприятным условиям и низкой чувствительностью к температурным изменениям.

Рисунок 10. Магнитострикционный датчик перемещения.

Потенциометрические датчики перемещения

Датчик данного типа в своей основе имеет электрический контур, содержащий потенциометр (Рисунок 11). Линейное перемещение объекта приводит к изменению сопротивления потенциометра (переменного резистора). Если через потенциометр пропускать постоянный ток, то падение напряжения на нём будет пропорционально величине сопротивления, и, следовательно, величине линейного перемещения интересующего объекта.

Рисунок 11. Потенциометрический датчик перемещения.

Наряду с механическими датчиками перемещения, потенциометрические датчики получили наиболее широкое распространение в силу своей простоты и низкой стоимости, однако для универсальных, прецизионных и бесконтактных измерений в последнее время всё чаще используются датчики на основе оптических эффектов.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

Источник: http://www.DeviceSearch.ru.com/article/3648

Датчик линейного перемещения своими руками — Портал по безопасности

 О чем эта статья

Конструкция датчиков перемещения может быть очень разнообразном. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, в этой статье вы узнаете принцип действия всех существующих на сегодняшний день датчиков перемещения.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Виды деформации твердых тел» или «Датчики деформации (экстензометры)».

Датчик перемещения — это прибор, предназначенный для определения величины линейного или углового механического перемещения какого-либо объекта.

Разумеется, подобные приборы имеют колоссальное количество практических применений в самых разнообразных областях, поэтому существует множество классов датчиков перемещения, которые различаются по принципу действия, точности, цене и прочим параметрам.

Следует сразу отметить, что все датчики перемещения можно разделить на две основных категории — датчики линейного перемещения и датчики углового перемещения (энкодеры). В рамках данного обзора основное внимание будет уделено именно датчикам линейного перемещения.

По принципу действия датчики перемещения могут быть:

• Емкостными
• Оптическими
• Индуктивными
• Вихретоковыми
• Ультразвуковыми
• Магниторезистивными
• Потенциометрическими
• Магнитострикционными
• На основе эффекта Холла

Особенности применения датчиков угловых перемещений на производстве

В данной статье будут затронуты вопросы применения энкодеров в современных системах АСУ ТП и некоторые аспекты культуры их производства, а также будут даны рекомендации по их эксплуатации.

Где используются датчики угловых перемещений

Энкодеры имеют довольно широкое применение.

Абсолютные и инкрементные энкодеры широко используются в металлургии, производстве бумаги, деревообработке, разнообразных линиях упаковки, станкостроении, энергетике и др.

Энкодеры устанавливаются на приводы прокатных станов, бумагоделательных и картонноделательных машин, а также пресспатов; на приводы координатных столов, продольно-резательных и поперечно-резательных (рубительных) машин, электрических задвижек, кранов, упаковочных агрегатов, лифтов, устройств выбора якоря на судах; на приводах суппортов и подачи токарных станков, в современных системах автоматического складирования, лесозаготовительных машинах и деревообрабатывающих станках, в системах ЧПУ и др.

Принцип действия энкодеров

Датчики угловых перемещений служат для измерения основных кинематических параметров работы электропривода: скорости и положения вала.

В подавляющем большинстве современных систем регулируемого привода, позиционирования и контроля углового положения используются инкрементные и абсолютные энкодеры. Определенный рынок, в связи с некоторыми техническими особенностями остается за резольверами (в частности, из-за их толерантности к высоким и низким температурам: от –50оС и до +150оС).

Принцип работы фотоимпульсных энкодеров – цифровой. Свет проходит от группы светодиодов к группе фотодиодов через прозрачный диск с нанесенными метками. Абсолютный энкодер имеет уникальную комбинацию меток для каждого углового положения, инкрементный – более прост: одинаковые метки равномерно распределены по всему радиусу диска.

При вращении диска, механически связанного с приводным валом, каждое прохождение метки через светодиодную пару генерирует импульс.

Эти импульсы в дальнейшем обрабатываются с помощью электронных устройств (программируемых логических контроллеров, преобразователей постоянного и переменного тока для электродвигателей, счетчиков).

Абсолютные энкодеры иногда имеют встроенный редуктор, который позволяет датчику не только определять точное значение углового перемещения в пределах одного оборота вала, но и отсчитывать количество оборотов вала (обычно с дискретностью 12 бит, т.е. 4096 оборотов вала). Данные абсолютные энкодеры, которые называются «абсолютными многооборотными», часто используются в прецизионных червячных приводах подачи.

Основным же преимуществом абсолютного энкодера над инкрементным является функция сохранения текущего значения углового перемещения вне зависимости от того подано питание на датчик или нет.

Питание датчиков в основном осуществляется постоянным током 5В или 24В.

Функциональными особенностями инкрементных и абсолютных энкодеров обусловлено различие между ними в цене. Из-за более сложной технологии нанесения меток на диск, а также из-за необходимости передавать большее количество данных (с соответствующим усложнением электроники) стоимость среднего абсолютного энкодера в 1,4-2 раза превышает стоимость инкрементного аналога.

https://www.youtube.com/watch?v=wXZKLHj6bSM

Нельзя также не упомянуть широкую сферу применения энкодеров в современном сервоприводе. Но сервопривод является совершенно особым устройством, заслуживающим отдельной статьи. Отметим лишь, что в основном в сервоприводах крупнейших производителей используются абсолютные однооборотные энкодеры с разрешением 17 бит (131072 положения на оборот).

Основные параметры, необходимые для выбора датчиков угловых перемещений

• Количество импульсов на оборот (обычно от 1 до 5000), количествово бит для абсолютных энкодеров (обычно 10, 12, 13, 25).
• Вал или отверстие под вал (укажите также диаметр вала или отверстия).
• Тип выходного сигнала (HTL, TTL, RS422, двоичный код и код Грея, SSI, Profibus DP, CAN…).
• Напряжение питания.
• Длина кабеля/ тип разъема.
• Дополнительные требования по крепежу (необходимость муфты, монтажного фланца, крепежной штанги и др.).

Требования к установке энкодеров и рекомендации по их эксплуатации

Необходимость точной центровки при установке датчиков – главное требование для обеспечения долговременной их службы.

Исполнение энкодера с валом предусматривает установку прецизионной муфты, которая должна демпфировать три параметра: угловое отклонение, осевое биение и несоосность валов при установке. Жесткое соединение валов обычно не допускается, т.к.

может привести к существенному сокращению срока службы, из-за износа подшипников. Энкодер с валом должен крепиться к специально изготовленному фланцу.

Нужно отметить, что из соображений удобства установки сейчас все большее распространение получают энкодеры с полым валом.

Срок службы хорошего современного датчика при правильной установке и подключении, а также средней скорости вращения приводного вала 1500 об/мин, – должен составлять не менее 50000 часов, т.е. почти 6 лет.

Установка энкодера не в соответствии с требованиями производителя может привести к значительному сокращению службы датчика из-за износа подшипников.

Источник: https://www.consys.ru/press-czentr/osobennosti-primeneniya-datchikov-uglovyix-peremeshhenij-na-proizvodstve.html

Потенциометрический датчик: описание, устройство и схема :

В технике широко применяются приборы для измерения величин перемещений объектов с их преобразованием в электрические сигналы. Потенциометрический датчик в большинстве конструкций представляет собой реостат и соединенный с объектом скользящий контакт, с которого снимается сигнал. Выходной параметр — это величина электрического сопротивления, зависящего от углового или линейного перемещения подвижного элемента.

Принцип действия

Потенциометр преобразует линейные или угловые перемещения в соответствующие величины напряжения, тока или сопротивления. За счет этого можно работать со многими неэлектрическими величинами: давлением, уровнем, расходом и др.

Потенциометрические датчики, принцип действия которых заключается в измерении перемещения или места расположения положения, соединяются своими подвижными контактами переменного резистора с объектами. Это могут быть клапаны, антенны, режущие инструменты и многое другое. После подачи питания на датчик с него снимается сигнал положения движка потенциометра, как с делителя напряжения.

Базовый метод регистрации во всех моделях остается одним и тем же, но имеются конструктивные отличия. Сигнал может сниматься напрямую или с помощью электронной схемы после его обработки и нормализации. Важно, чтобы он соответствовал определенным стандартам.

Достоинства потенциометрических датчиков

• Простота конструкции.
• Небольшая стоимость.
• Хорошая разрешающая способность.
• Компактность и малый вес.
• Стабильность показаний.

Конструктивное исполнение

В промышленности распространены проволочные потенциометрические датчики перемещения. Они обладают высокой точностью и стабильностью, имеют малые величины температурного и переходного сопротивлений и низкий уровень шумов. К недостаткам относятся: небольшая величина сопротивления, малая разрешающая способность, износ подвижных частей и ограниченность применения при работе на переменном токе.

Устройства состоят из трех основных элементов:

1. Каркас. Изготовлен из теплопроводного изоляционного материала или металла с диэлектрическим покрытием, не меняющий геометрические размеры при нагревании. Форма может быть в виде кольца, изогнутой пластины, стержня.
2. Изолированная обмотка. Выполняется с точной укладкой провода, от шага которой зависит разрешающая способность прибора.
3. Подвижная щетка. В местах ее соприкосновения с обмоткой витки очищены от изоляции. Подвижный контакт в устройствах может перемещаться поступательно или вращательно. В последнем случае устройства могут быть одно- или многооборотного исполнения.

Материалы

Каркас изготавливается из диэлектрического материала: керамики, гетинакса, текстолита, пластмассы. Применяется металл с изоляционным покрытием. Его высокая теплопроводность дает возможность хорошо отводить тепло от провода датчика.

Металл обмотки обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, стойкостью к коррозии, небольшим влиянием температуры, прочностью на истирание и разрыв. Этим требованиям соответствует манганин, константан, никельхромовые сплавы. Намотка также может быть ламельной или пленочной.

Скользящие контакты снижают надежность датчиков и усложняют конструкцию. Недостатки проволочных потенциометров:

• низкая надежность контактов;
• нестабильность переходного сопротивления между движком и обмоткой из-за окисления и электроэрозии провода;
• дребезг контактов.

Большой ресурс имеют токопроводящие пластмассы, имеющие также лучшую линейность характеристики. Датчики на их основе применяются там, где требуется высокая надежность, особенно – в авиации.

Контакт щетки изготавливается с добавкой благородных металлов, чтобы они были мягче материала обмотки.

Схемы

Датчики потенциометрического типа имеют статическую характеристику — зависимость напряжения на выходе Uвых от перемещения контакта X. Связь между этими параметрами у ненагруженного потенциометра обычно линейная:

Uвых = kX,

где L — длина датчика, k — чувствительность (k = Uпит/L).

В реальности потенциометрический датчик содержит нагрузочное сопротивление Rн в следующем звене системы автоматического управления, которое влияет на величину Uвых.

Низкая надежность датчиков, связанная с потерей контакта, обрывом обмотки или межвитковым замыканием, приводит к необходимости изменения схемы соединений.

Схема потенциометрического датчика двухтактного типа применяется для автоматического регулирования, где на выходе изменяется знак сигнала в зависимости от того, какой он на входе. От этого зависит направление управляющего перемещения рабочего органа.

Напряжение может сниматься со щетки и с середины потенциометра. Применяются также другие схемы подключений. При питании постоянным током, когда подвижный контакт проходит через его среднюю точку, знак на выходе изменяется на противоположный. Если на обмотку подается напряжение переменного тока, изменяется фаза на 1800.

В автоматике используются нелинейные характеристики датчиков. Для этого изменяется диаметр проволоки вдоль намотки, шаг обмотки, применяются каркасы сложной формы, шунтируются участки потенциометров сопротивлениями.

Эксплуатационные характеристики

Характеристика холостого хода датчика представляет собой прямую линию (R/Rн = 0). Отклонение кривых от нее увеличивается с уменьшением сопротивления нагрузки Rн.

Кроме активного сопротивления у датчиков есть еще динамические нагрузки:

1. Передаточная функция.
2. Индуктивная составляющая.
3. Собственные шумы при переходе подвижного контакта от витка к витку и от вибрации щетки.

Сопротивление между контактом движка и одним из выводов называется выходным. Измеряется его величина, сила тока или напряжение.

Погрешности датчиков

На реальные характеристики датчиков влияют следующие погрешности:

1. Зона нечувствительности. При переходе контакта с одного витка провода на другой происходит скачок напряжения, величина которого определяется по формуле: DU=Uпит./W, где W – число витков.
2. Неравномерность статической характеристики, связанная с колебаниями диаметра провода по длине, его удельным сопротивлением и точностью намотки.
3. Наличие люфта между движком контакта и втулкой, влияющего на точность показаний.
4. Неравномерность нажима щетки, влияющая на величину сопротивления контакта. Обычно силу прижатия движка к обмотке применяют достаточно большую. Однако сделать это не всегда удается, поскольку усилие от чувствительных элементов (мембран, поплавков, биметаллических пластин) — небольшое.
5. Влияние электрического сопротивления нагрузки Rн. Ее величину выбирают в 10…100 раз больше сопротивления датчика.

Назначение

Потенциометрический датчик положения предназначен для следующих целей:

• контроль и измерение перемещений механизмов, рабочих органов машин и других объектов;
• звено обратной связи в робототехнике и в системах автоматики;
• определение расстояний до объектов;
• испытания в лабораториях, контроль работы механизмов.

Типы датчиков

Применение потенциометрического датчика зависит от типа:

1. T/TS – высокоточный прибор (0,075%), работающий в диапазоне осевых перемещений 150 мм. Подходит для окружной скорости до 10 м/с. Конструкция – обеспечение перемещения стержня в двух направлениях по принципу делителя напряжения.
2. TR/TRS – такой же, как предыдущий, но с возвратной пружиной. Перемещение достигает 100 мм. Выдерживает более высокие поперечные нагрузки на наконечнике.
3. TE1 – модель, которая содержит электронную схему для нормализации сигналов с аналоговым выходом.
4. TE1 с возвратной пружиной – модификация для решения более широкого круга задач. Датчик более устойчив при повышенных поперечных нагрузках.
5. TEX – потенциометрический датчик с поворотной головкой и с отслеживанием линейных перемещений объектов на расстояние до 300 мм. Шарнирное соединение облегчает монтаж и обеспечивает длительный срок эксплуатации.
6. TEX с приводной штангой с резьбой на конце. Дает возможность жестко фиксировать объект.
7. TEX с возвратной пружиной не требует жесткого крепления объекта к штанге.
8. TX2 с поворотной головкой или с крепежными хомутами. Применяются в тяжелых условиях эксплуатации. Уровень защиты составляет IP 67, точность — 0,05%.

Применение потенциометров в датчиках давления

Параметры работы различных устройств удобно преобразовывать в электрические сигналы. Потенциометрический датчик давления жидкости или газа применяют в системах подачи топлива в машинах, газа в магистралях и т. п. Обычно это мембранные измерительные приборы.

Под действием перепада давления на обеих сторонах мембраны происходит ее перемещение. При этом также поворачивается ползун. Если давления Р0 и Ри равны между собой, движок переходит в исходное левое положение, при котором устанавливается начальное сопротивление прибора. Когда Ри уменьшается, мембрана перемещается вправо, а ползунок устанавливает щетку потенциометра в положение, соответствующее перепаду давления.

Чтобы снизить погрешность дискретного изменения сопротивления потенциометра, количество витков на нем делают не менее 100. Ее можно полностью устранить, если перемещать щетку вдоль оси калиброванной проволоки реохорда.

Конструкции датчиков

Датчик линейного перемещения потенциометрический состоит из диэлектрического каркаса различной формы (пластины, цилиндра, кольца и др.), на который наматывается изолированный провод, присоединенный к зажимам и закрепленный хомутами на концах. По обмотке перемещается металлическая щетка. Для датчиков поворотного типа каркасы делаются кольцевой формы, продольного – прямолинейные. В местах контакта с движком изоляция на проводе отсутствует.

На зажимы подается напряжение питания. Выходной сигнал снимается между одним из концов провода и контактом щетки, хотя есть другие схемы подключений.

Каждый линейный потенциометрический датчик имеет статическую характеристику в виде зависимости величины выходного сигнала от перемещения контакта щетки.

Заключение

Потенциометрический датчик должен быть надежным, удобным и долговечным при его применении в измерительной технике и в системах автоматического регулирования. Устройства контроля положения объектов различаются по принципу действия и по видам сигналов выхода, которые должны соответствовать стандартам.

Источник: https://BusinessMan.ru/potentsiometricheskiy-datchik-opisanie-ustroystvo-i-shema.html