Класифікація датчиків
Переважна більшість об'єктів керування
характеризується неперервними фізичними величинами, які поступають на вхід
датчиків. Вихідним сигналом аналогового датчика є неперервна фізична величина.
За видом вхідної величини аналогові датчики
поділяються на такі види: датчики руху (кутового і лінійного переміщення,
швидкості прискорення), датчики сили, моменту, тиску, датчики наближення
(індуктивні, ємнісні, магнітні), датчики температури, датчики витрати, хімічні
і біохімічні датчики.
Датчики руху. Датчики руху широко застосовують для автоматизації технологічних процесів
у машинобудуванні, наприклад, для автоматичного керування робочими органами
різноманітних верстатів (токарних, фрезерних, шліфувальних тощо) і роботів.
Датчики руху ґрунтуються на різноманітних фізичних принципах.
Лазерні датчики. Для вимірювання з високою точністю відстаней застосовуються останнім
часом лазерні датчики, принцип дії яких ґрунтується на залежності часу
проходження світловим імпульсом від відстані між предметами.
Датчики кутового
переміщення. У верстатах, маніпуляторах, робототехнічних
комплексах широко застосовується обертальний рух, тому вимірювання кутового
переміщення в широкому діапазоні і з високою точністю дуже важливе. Найбільше
поширення знайшли перетворювачі кутового переміщення в різницю фаз електричних
коливань.
Датчики швидкості
обертання. За формою вихідного сигналу датчики
швидкості обертання поділяються на аналогові, імпульсні і цифрові. Як аналогові
датчики швидкості обертання широкого застосування набули тахогенератори
постійного і змінного струму.
Датчики прискорення
(акселерометри). Датчики прискорення широко застосовуються в
автоматичних системах керування рухомими об'єктами, зокрема літаками, ракетами
тощо. Принцип дії акселерометрів ґрунтується на перетворенні прискорення у силу
інерції відповідно до другого закону Ньютона F=та. Далі сила
перетворюється у переміщення, яке, в свою чергу, перетворюється в електричну
величину (напругу, струм тощо).
Датчики сили, моменту,
тиску. В цих датчиках сила, момент, тиск
перетворюються на деформацію пружного елемента, сприймається датчиками, що
називаються тензорезистора.
Датчики наближення. Датчики наближення широко застосовуються для
автоматизації процесів у машинобудуванні, наприклад, при підрахунку кількості
деталей на конвеєрі, у робототехнічних комплексах, в охоронних системах.
Принцип дії датчиків наближення ґрунтується на зміні властивостей чутливого
елемента при наближенні до нього певного об'єкта.
В індуктивного датчика наближення котушка,
ввімкнена у коливальний контур, створює високочастотне електромагнітне поле,
яке наводить у провідному матеріалі об'єкта, що наближається, вихрові струми.
Вихрові струми призводять до втрат енергії, тому амплітуда коливань у контурі
зменшується.
Ємнісні датчики наближення як чутливий елемент мають конденсаторі
увімкнений у коливальний контур. Об'єкт, що наближається, змінює ємність
конденсатора, отже і частоту власних коливань контура.
Магнітні датчики реагують на зміну характеристик магнітного поля і
можуть базуватися на магніторезистивному ефекті, ефекті Холла, зміні магнітного
опору тощо.
Датчики температури. Температура є важливим технологічним параметром, тому
датчики температури широко застосовуються при автоматизації технологічних
процесів у хімічній, текстильній, нафтовій та газовій промисловості.
Найбільшого поширення набули такі датчики температури, як термоелементи і
терморезистори.
Термоелемент — це з'єднані в одній
точці провідники з різних металів. На межі двох різних металів виникає
контактна різниця потенціалів, значення якої залежить від температури. Інколи
термоелемент називають термопарою.
Датчики витрати. Вимірювання витрати рідин і газів необхідно проводити
в хімічній, нафтогазовій, харчовій та інших галузях промисловості.
Датчики витрати ґрунтуються на різноманітних фізичних
принципах. Дросельний датчик
витрати ґрунтується на законі Бернуллі для руху рідини: витрата рідини, що
рухається у трубопроводі, стала для будь-якого перерізу, тому тиск рідини залежить
від площі поперечного перерізу потоку. Різниця тисків рідини у звичайному і
звуженому місцях трубопроводу буде прямо пропорційною витраті рідини. Щоб
створити звуження трубопроводу, застосовують діафрагми або трубу Вентурі.
Якщо відома площа поперечного перерізу трубопроводу, то
витрати рідини можна знайти, знаючи швидкість рідини. Швидкість рідини в
трубопроводі можна визначити за частотою обертання маленької турбінки,
поміщеної в потоці рідини.
Ультразвукові датчики
витрати використовують поширення ультразвуку в двох
напрямах: за напрямом руху рідини і проти напряму руху. Якщо напрям руху рідини
й ультразвуку збігається, то швидкість ультразвуку в рухомій рідині дорівнює
сумі швидкостей ультразвуку в нерухомій рідині і швидкості самої рідини, а якщо
напрямки руху протилежні — то різниці цих швидкостей. Вимірюючи швидкість
ультразвуку в цих двох протилежних напрямках, можна визначити швидкість руху
рідини, а відтак, знаючи площу поперечного перерізу трубопроводу, і витрату
рідини.
У магнітних
датчиках витрати вихідною величиною є електрорушійна сила, що
створюється в електропровідній рідині під час руху її в магнітному полі.
Значення наведеної електрорушійної сили визначається швидкістю руху іонів
електропровідної рідини, отже це значення прямо пропорційне витраті рідини.
|
Бінарні датчики — це
датчики, вихідний сигнал яких може бути тільки у двох альтернативних станах,
наприклад увімкнено-вимкнено. До бінарних датчиків належать датчики положення.
Як датчики положення використовуються різного роду вимикачі. Одним з видів
датчиків положення є так звані кінцеві вимикачі, які призначені для фіксації
меж робочого ходу виконавчих пристроїв.
Імпульсні датчики мають
вихідний сигнал у вигляді імпульсів. Найбільшого поширення набули імпульсні
датчики кутового переміщення вала і положення (позиції) вала. Перетворення
кутового переміщення в кількість імпульсів може ґрунтуватися на таких фізичних
принципах: відбивання і переривання світлового потоку (фотоелектричні імпульсні
датчики), стрибкоподібна зміна взаємної індуктивності (індуктивні імпульсні датчики)
або взаємної ємності (ємнісні імпульсні датчики) тощо. Недоліком імпульсних
датчиків є великі похибки під час перебою в роботі і пропуск одного або кількох
імпульсів.
Цифрові датчики
перетворюють вхідну фізичну величину (здебільшого це кутове чи лінійне
переміщення) у код, тобто в одному пристрої суміщено чутливий елемент і
аналого-цифровий перетворювач. Для аналого-цифрового перетворення кутового чи
лінійного переміщення використовують ряд паралельних чи концентричних доріжок,
кожна з яких поділена на однакові ділянки. Властивості двох сусідніх ділянок
кожної доріжки різко відрізняються одна від одної, наприклад:
прозора-непрозора, намагнічена-ненамагнічена, провідна-непровідна тощо. На
кожну доріжку встановлено чутливий елемент, що фіксує, яка саме ділянка
знаходиться у даному положенні. Сукупність вихідних сигналів чутливих елементів
є кодом кутового чи лінійного переміщення відносно початкового положення.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ:
1.Чим характерні аналогові датчики?
2.Де застосовують датчики руху?
3.Коли застосовують лазерні датчики?
4. Який принцип дії датчиків прискорення?
5.Що називають бінарним датчиком?
7. Який є недолік у імпульсних датчиків?
Немає коментарів:
Дописати коментар