2.2.3 Электромагнитные датчики

Действие электромагнитных датчиков перемещения основано на изменении параметров электромагнитной цепи (изменении магнитного сопротивления или потокосцепления обмотки) вызванном механическим перемещением ее элементов. При таком перемещении элемента магнитной цепи меняется индуктивность или взаимная индуктивность ее обмотки. Такие датчики обычно называют индуктивными. Конструкция простейшего индуктивного датчика приведена на рисунке 2.14. Он представляет собой электромагнит с подвижным якорем. При изменении положения якоря изменяется магнитный поток и, следовательно, индуктивность катушки и ток через нее. По величине тока можно судить о положении якоря механически связанного с объектом, положение которого определяется.

Д ифтрансформаторный индуктивный датчик состоит из двух индуктивных датчиков, имеющих включенные встречно катушки (рис.2.15). R_Н – сопротивление нагрузки датчика. Для питания датчика используется трансформатор. Направление смещения определяется фазой выходного сигнала датчика. Исключить трансформатор из схемы возможно при использовании мостовой схемы представленной на рис 2.16.

С игнал постоянного тока (выпрямленного переменного) получается при использовании фазового детектора в схеме представленной на рис. 2.17.

Индуктивные датчики в виде катушки с перемещающимся внутри нее сердечником называются плунжерными. Они позволяют получить информацию о перемещении из изолированного пространства.

В многополюсных преобразователях используется принцип действия основанный на изменении индукции между обмотками недвижной и неподвижной частями преобразователя. Выходной сигнал - 2 периодически изменяющихся сигнала смещенных относительно друг друга на 90⁰, которые позволяют определить величину и направление перемещения. Так, выпускаемые измерительные преобразователи линейных и угловых перемещений ПИЛП1 и ПИКП1 предназначены для получения информации в виде аналогового электрического сигнала о линейном или угловом перемещении. Они имеют погрешность от 3 до 8 мкм на длине 170мм.

2.2.4 Емкостные датчики

Работа емкостных датчиков основана на изменении емкости конденсатора при изменении расстояния между его обкладками, от изменения площади конденсатора или от изменения эффективной диэлектрической проницаемости среды между обкладками. Датчики, основанные на таком принципе, могут использоваться для измерения перемещения, уровня, толщины изделий. Емкостные датчики относятся к датчикам параметрического типа. Для преобразования изменения емкости в электрический выходной сигнал емкостные датчики включаются в мостовую схему, особенно дифференциальные, или в схему частотного дискриминатора, или в резонансный контур, работающий посредине склона частотной характеристики.

2.2.5 Фотодатчики линейных и угловых перемещений

П ринцип действия фотоэлектрических датчиков перемещения, основанный на изменении величины фотопотока представлен на рисунках 2.18, 2.19.

В качестве фотоприемников используются фотосопротивления, фотодиоды, фотоэлементы, фотоумножители для слабых сигналов. Фотодиоды обычно включаются обычно в обратном направлении и имеют наибольшую граничную частоту. Однако, чувствительность схем с некоторыми фоторезисторами (СФ3-2А) во много раз больше, чем с фотоэлементами и фотодиодами. Излучатель должен быть по возможности точечным (специальная лампа накаливания). Часто берется точечный светодиод.

В импульсных фотоэлектричеких датчиках используется подсчет числа прерываний светового потока. Модуляция светового потока осуществляется прерывателем (растром), механически связанным с перемещающимся объектом. В простейшем случае прерыватель представляет собой линейку с отверстиями, расстояние между которыми равно их размеру, а два фотоприемника смещены относительно друг друга на величину половины отверстия, как показано на рисунке 2.20. Это позволяет определить направление и величину перемещения путем подсчета импульсов фототока.

Н а таком принципе работают датчики перемещений фотоэлектрические ПДФ-3 , ПДФ-5 предназначенные для преобразования пути (угла поворота) рабочих органов промышленных механизмов в число импульсов и угловой скорости в частоту следования импульсов. Основные детали - подвижный и неподвижный диск с прорезями. В датчиках формируются по 2 каналам сдвинутые на 90^о серии (потоки) импульсов, что позволяет определить величину и направление перемещения. Перемещению на оборот соответствует 250, ..,2500 импульсов. В приборе ВЕ-106 также используется фотоэлектрический принцип: излучатель, прерыватель, фотоприемник. Он имеет 6 выходных сигналов (соответственно 6 каналам) и разное число импульсов в канале за один оборот. Предназначен для устройств ЧПУ.

Д ля автоматического измерения размеров деталей в процессе обработки возможно использование устройства, принцип действия которого представлен на рисунке 2.21. Вал, на котором размещены фрикционный диск и диск прерывателя, закреплен на плавающих опорах. При изменении в процессе обработки диаметра вращающейся детали изменяется скорость вращения прерывателя и, следовательно, частота импульсов фототока, по которой можно определить размер детали.