Устройство и принцип работы датчиков.

По назначению в САУ датчики можно разделить на датчики: пути и положения рабочих органов, скоростные, силовые, углового положения или угла рассогласования, размерные, тепловые, и т. д.

 

Эти датчики обеспечивают создание управляющих сигналов в зависимости от пройденного пути или положения рабочих органов управляемого объекта. Датчики пути и положения рабочих органов различают на:

Электроконтактные датчики представляют собой конечные путевые включатели, микропереключатели. У датчиков имеются штоки или рычаги 2, которые воздействуют через механизм передачи на контакты 1.

Датчики пути и положения рабочих органов.

Принцип действия датчиков основан на том, что их устанавливают на неподвижных частях рабочих органов в определенном положении, а движущиеся рабочие органы, на которых укреплены кулачки, достигнув заданного положения воздействуют на датчики, вызывая их срабатывание.

 

 

Индуктивные датчики.

Принцип их действия основан на изменении индуктивности катушки с подвижным якорем вследствие изменения магнитной проницаемости. Индуктивные датчики, как электроконтактные, можно использовать как датчики пути или положения и как размерные. Если перемещать якорь 1 датчика, воздушный зазор δ будет изменяется, что вызовет изменение индуктивности обмотки ω>_Д. Сила тока в цепи обмотки датчика:

где Z - полное сопротивление цепи; C П - напряжение питания датчика; R - активное сопротивление цепи; XL = 2 π fL -индуктивное сопротивление обмотки. Если U П, R, f постоянны, то сила тока I в катушке, а следовательно, в напряжении U будут пропорциональны воздушному зазору δ, т. е. U = I =к δ. Датчики работают при частоте питающей сети 50 – 5000 Гц.

 

 

 

Фотоэлектрические датчики.

Фотоэлектрические датчики представляют собой обычное фотореле установленное на рабочий орган (ДРО), переместившись в установленное положение, экраном перекрывает поток света Ф, вызывая срабатывание фотореле (ФР). В промышленности применяют также размерные фотоэлектрические датчики.

Фотоэлектрический размерный датчик состоит из диска, который соединен с ДРО. На диске нанесены штрихи или прорези с определённым шагом t. При движении рабочего органа штрихи на диске перекрывают световой поток Ф, вызывая срабатывание фотореле. Изменение перемещение ∆ L = nt, где n — число срабатывания фотореле; t — цена деления шага. Имеются датчики, которых в качестве измерительных шкал применяют линейки с нанесенными штрихами.

Датчики углового положения.

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

 

Потенциометрический датчик.

Потенциометрический датчик состоит из потенциометров П1 и П2, которые подключены параллельно к общему источнику питания U п.

Подвижные контакты потенциометров К1 и К2 соответственно соединены механически с задающим (ЗРО) и исполнительным (ИРО) рабочими органами.

Напряжение, снимаемое с подвижных контактов потенциометров, является напряжением сигнала U_c.

При согласованном положении рабочих органов (подвижные контакты находятся в одинаковом положении), когда α≠β, напряжение сигнала равно нулю. При рассогласованном положении, когда α≠β, сигнал датчика на выходе не равен нулю, т.е. U_c ≠ 0. Причем сигнал будет пропорционален углу рассогласования т. е. U_c = α – β, а знак сигнала Определяет направление рассогласования (U_{c ≠} 0 означает, что U_c > 0 или U_c <0 т. е. сигнал соответственно положительный или отрицательный).

Сельсины.

Сельсины представляют собой трансформаторы с воздушным зазором, у которых при вращении ротора происходит плавное изменение величины ЭДС, наведённое в обмотке ротора. Обычно сельсины работают в паре: сельсин, связанный с ведомым валом, называют сельсином-приемником, а сельсин, связанный с ведущим валом, - сельсином-датчиком.

Однофазная обмотка сельсина расположена на статоре, а трёхфазная — на роторе. Трехфазная обмотка состоит из трех катушек, сдвинутых относительно друг друга на 120°. Они уложены в пазы ротора и соединены в звезду. Концы фазовых (C1, C2, СЗ) обмоток выведены на три контактных кольца, расположенных на валу ротора.

 

Датчики скорости.

Датчики скорости создают управлявшие сигналы в зависимости от скорости.

Тахогенераторы.

Тахогенераторы служат для изменения частоты вращения. В зависимости от рода тока различают тахогенераторы постоянного и переменного тока. Тахогенераторы постоянного тока разделяют по способу возбуждения на тахогенераторы с возбуждением от постоянных магнитов и с электромагнитным возбуждением. Те и другие представляют малогабаритную машину постоянного тока. Напряжение на зажимах якоря пропорционально частоте вращения вала якоря, т. е. E = U _я = к_еФω, где Е - ЭДС, индуцируемая в обмотке якоря; Ф - поток возбуждения; к_е - конструктивный коэффициент машины.

По принципу действия тахогенераторы переменного тока делят на синхронные и асинхронные. Конструкция асинхронного тахогенератора подобна конструкции двухфазного асинхронного двигателя. Тахогенератор имеет две обмотки: обмотку возбуждения(ОВ) и выходную обмотку. При вращении ротора в выходной обмотки наводится ЭДС, пропорциональная частоте вращения.

                          

                                       

 

 

Силовые датчики.

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

Пьезометрические датчики. Пьезометрические датчики для измерения сил представляют собой кварцевую пластину 1. С двух сторон на неё напылены или приклеены токопроводящим клеем электроды 2, с которых снимается выходное напряжение.

Два электрода и кварцевый диэлектрик образуют конденсатор, на электродах которого присутствуют электрические заряды, возникающие вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта при сжатии кварцевой пластины силой Р.

 

 

Электрический заряд пропорционален сжимающей силе P:Q=αP, где α - коэффициент пропорциональности, называемый пьезомодулем. Под действием изменяющейся силы Р на электродах датчика появляется выходное напряжение

 

где С_д - емкость датчика; С_м - монтажная ёмкость. Выходное напряжение датчиков изменяется от единиц милливольт до единиц вольт.

Вывод по работе: В ходе работы изучил конструкции, устройство и принцип работы датчиков; сняли и построили статистические характеристики и определили рабочую зону.

Компетенции: