Часть2, рефераты / Вопросы / vopros_39
.docx
39. Датчики перемещения. Сельсины. Схема подключения, основные соотношения. Структурная схема. Точность измерения.
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).
По принципу действия датчики перемещения могут быть:
Емкостными
Оптическими
Индуктивными
Вихретоковыми
Ультразвуковыми
Магниторезистивными
Потенциометрическими
Магнитострикционными
На основе эффекта Холла
Датчик угла поворота, также называемый энкодер — устройство, предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота.
Датчики угла поворота широко применяются в промышленности, в частности в сервоприводах.
Энкодеры подразделяются на инкрементальные и абсолютные, которые могут достигать очень высокого разрешения. Энкодеры могут быть оптические, резисторные и магнитные и могут работать через шинные интерфейсы или промышленную сеть.
Преобразователи угол-код практически полностью вытеснили широко применявшиеся ранее сельсины и дифференциальные трансформаторы угла поворота.
Инкрементальные датчики линейных перемещений, называемые также квадратурными энкодерами, формируют импульсы, по которым принимающее устройство определяет текущее положение координаты путем подсчета числа импульсов счётчиком. Для привязки системы отсчета к началу отсчёта инкрементальные датчики имеют референтные метки, через которые нужно пройти после включения оборудования.
Инкрементальные датчики вращения и датчики угла при вращении формируют импульсы, по которым принимающее устройство определяет текущее положение координаты путем подсчета числа импульсов счётчиком. Для привязки системы отсчета инкрементальные датчики имеют референтную метку («маркер»), одну на оборот, через которую нужно пройти после включения оборудования.
Для определения расстояния и направления перемещения применяются два канала («синус» и «косинус», обозначаемые в документации обычно как A и B), в которых идентичные последовательности импульсов (меандр) сдвинуты на 90° относительно друг друга, что позволяет определять направление перемещения у линейных, и вращения у угловых датчиков. Кроме каналов «синус» и «косинус» в современных энкодерах используется также сигнал «метка на оборот» («маркер», референтная метка, обозначаемая как Z, C[2] или R ), который в сочетании с менее точным концевиком позволяет определить точное положение «нуля» координаты привода.
Абсолютные датчики линейных перемещений показывают текущую координату сразу при включении, без необходимости прохождения референтных меток.
Абсолютные датчики вращения и датчики угла определяют текущую координату без необходимости перемещения осей станка. Однооборотные датчики определяют текущую координату только в пределах одного полного оборота вала, а многооборотные датчики могут дополнительно распознавать несколько полных оборотов. Обычно абсолютные датчики вращения и датчики угла передают измеренную координату по последовательным интерфейсам — EnDat, SSI, PROFIBUS-DP или другим. Двунаправленные интерфейсы EnDat и PROFIBUS-DP позволяют также осуществлять контроль и диагностику датчиков.
Наиболее распространённые типы выходов сигнала — это код Грея, параллельный код, интерфейсы Profibus-DP, CANopen, DeviceNet, SSI, LWL, через которые также осуществляется программирование датчиков.
Оптические энкодеры имеют жёстко закреплённый на валу стеклянный диск с оптическим растром. При вращении вала растр перемещается относительно неподвижного растра, при этом модулируется световой поток, принимаемый фотодатчиком. Абсолютные оптические энкодеры — это датчики угла поворота, в которых каждому положению вала соответствует уникальный цифровой выходной код, который наряду с числом оборотов является основным рабочим параметром датчика. Абсолютные оптические энкодеры, так же как и инкрементальные энкодеры, считывают и фиксируют параметры вращения оптического диска.
Магнитные энкодеры регистрируют прохождение магнитных полюсов вращающегося магнитного элемента непосредственно вблизи чувствительного элемента, преобразуя эти данные в соответствующий цифровой код.
Содержат диск из диэлектрика или стекла с нанесёнными выпуклыми, проводящими или непрозрачными участками. Считывание абсолютного угла поворота диска производится линейкой переключателей или контактов в случае механической схемы и линейкой оптронов в случае оптической. Выходные сигналы представляют собой код Грея, позволяющий избавиться от неоднозначности интерпретации сигнала.
Сельсин — индукционная машина системы индукционной связи. Сельсинами (от англ. self-synchronizing) называются электрические микромашины переменного тока, обладающие свойством самосинхронизации. Сельсин передачи работают по принципу обычной механической передачи, только крутящий момент между валами передаётся не зубьями шестерён, а магнитным потоком без непосредственного контакта.
В различных отраслях промышленности, в системах автоматики и контроля часто возникает необходимость синхронного и синфазного вращения или поворота двух и более осей, механически не связанных друг с другом (например, на РЛС — радиолокационных системах с вращающейся антенной). Такие задачи решаются с помощью систем синхронной связи.
Сельсины и системы дистанционной передачи угла поворота подразделяются на две группы: трёхфазные силовые и однофазные. Трёхфазные сельсины применяются в системах, где требуется обеспечить синфазное и синхронное вращение двух двигателей (валов), находящихся на расстоянии друг от друга.
Однофазные сельсины могут работать в двух режимах.
Индикаторный режим. Сельсин-датчик принудительно поворачивается на определённый угол, а сельсин-приёмник устанавливается в соответствующее ему положение.
Трансформаторный режим. Сельсин-датчик принудительно поворачивается на определённый угол, а на выходе сельсин-приёмника формируется напряжение, являющееся функцией угла рассогласования между ними.
Простейший сельсин состоит из статора с трёхфазной обмоткой (схема включения — треугольник или звезда) и ротора с однофазной обмоткой. Два таких устройства электрически соединяются друг с другом одноимёнными выводами — статор со статором и ротор с ротором. На роторы подаётся одинаковое переменное напряжение. При таких условиях вращение ротора одного сельсина вызывает поворот ротора другого сельсина. При повороте одного из сельсинов (сельсин-датчика) на определённый угол в нём наводится ЭДС, отличная от первоначальной. Поскольку сельсины (их роторы) соединены, то эта же ЭДС будет возникать и во втором сельсине (сельсин-приёмнике) и по правилу левой руки он отклонится от первоначального положения на тот же угол.
Статическая погрешность ∆θ сельсина приемника определяется как полусумма абсолютных значений двух наибольших ошибок , полученных при противоположных направлениях поворота ротора датчика от 0˚ до 360˚ через каждые 10-30˚ при отсутствии нагрузки на валу ротора приемника:
В зависимости от величины статической погрешности сельсины – приемники подразделяются на три класса точности, в которых ∆θ бывает не более: I класс - ±0.75˚; II класс - ±1.5˚; III класс - ±2.5˚.
Точность передачи заданного датчиком угла зависит от удельного синхронизирующего момента Муд, под которым понимают величину статического синхронизирующего момента при угле рассогласования θ=1˚. Чем больше Муд, тем выше точность работы сельсинов. Синхронизирующий момент М в сельсине пропорционален квадрату напряжения возбуждения. Поэтому с уменьшением Uв резко снижается М, а следовательно, и Муд, что приводит к увеличению погрешность сельсина и может вызвать переход его в более низкий класс точности.