Bktp-omsk.ru

Делаем сами
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Датчики линейного перемещения принцип работы

techspirit.ru

Главное

Датчик перемещения. Принцип работы и область применения

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.

По принципу действия датчики перемещения могут быть:

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

Другой схемой, где выходным параметром является электрическая ёмкость, является схема, содержащая конденсатор с подвижным диэлектриком (Рисунок 2). Перемещение диэлектрической пластины между обкладками конденсатора также приводит к изменению его ёмкости. 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.

датчик сигнальный измерительный

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. Малое смещение подвижной решётки приводит к изменению интенсивности света, регистрируемой фотодетектором, причём с уменьшением периода решётки точность датчика возрастает, однако сужается его динамический диапазон.

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.

Другие статьи по теме

Исследование цилиндрического резонатора с коаксиальной апертурой
Современная наука и производство немыслимы без точных, экспресс-методов измерения физических параметров материалов и сред. Прецизионные измерения и исследование их характеристик актуаль .

GMSK-модулятор
В среде MATLAB собрали схему MSK модулятора, установили заданные параметры элементов схемы. Рисунок1-спектр сигнала на выходе схемы Затем со всех осциллогр .

Методы снижения нелинейных искажений в тракте звуковой частоты
В связи с всё расширяющимся в последнее время распространением бытовой звуковоспроизводящей аппаратуры особенно большое значение стало уделяться бытовым акустическим системам (БАС .

Принцип работы индуктивных датчиков перемещения

Предлагаем Вам ознакомиться с физическими основами работы индуктивных датчиков перемещения производства компании RDP Electronics Ltd (United Kingdom), с их основными параметрами, преимуществами и сферами применения.

Сам термин LVDT (Linear Variable Differential Transformer) — означает линейный дифференциальный трансформатор с переменным коэффициентом передачи.

Рассмотрим принцип работы датчиков на LVDT технологии.

Первичная возбуждающая обмотка
Вторичная обмотка 1
Вторичная обмотка 2
Результирующий сигнал от суммы вторичных обмоток

В принципе имеется две схемы работы — с выходным напряжением и выходным током.


Схема работы с выходным током (4-20мА)

Схема работы с выходным напряжением

Рассмотрим более детально сам процесс измерения перемещения.

Датчик перемещения, работающий по технологии LVDT, состоит из трех обмоток трансформатора — одной первичной и двух вторичных. Степень передачи тока между первичной и двумя вторичными обмотками определяется положением подвижного магнитного сердечника, штока. Вторичные обмотки трансформатора соединены в противофазе.

При нахождении штока в середине трансформатора, напряжение на двух вторичных обмотках равны по амплитуде, а т. к. они соединены противофазно, суммарное напряжение на выходе равно нулю — перемещения нет.

Если шток перемещается от серединного положения в какую либо сторону — происходит увеличение напряжения в одной из вторичных обмоток и уменьшение в другой. В результате суммарное напряжение будет не нулевым — датчик будет фиксировать смещение штока.

Соотношение выходной фазы сигнала по сравнению с фазой возбуждающего сигнала дает возможность электронике понять, в какой части обмотки находится в данный момент шток.

Основная особенность принципа работы индуктивных датчиков перемещения состоит в том, что прямой электрический контакт между чувствительным элементом и трансформатором отсутствует (связь осуществляется через магнитное поле), что дает пользователям абсолютные данные по перемещению, теоретически бесконечную точность разрешения и очень долгий срок службы датчика.

Особенности схемы работы с выходным током — т. к. цепь генератор/демодулятор встроена в сам датчик перемещения и питается от выходного тока 4-20 мА, то нет необходимости во внешнем оборудовании для формирования сигнала.

Особенности схемы работы с выходным напряжением — цепь генератор/демодулятор, встроенная в датчик перемещения обеспечивает возбуждение и преобразует сигнал обратной связи в напряжение постоянного тока. При этом так же не требуется внешнее оборудование для формирования сигнала.

Особенности измерения выходного сигнала.
1) Если выходное напряжение измеряется не фазочувствительным (среднеквадратичным) вольтметром, то отклонение штока в любую сторону от центрального положения в трансформаторе датчика будет соответствовать увеличению выходного напряжения.

Заметим, что кривая не касается горизонтальной оси. Это происходит из-за остаточного выходного напряжения.

2) Если используется фазочувствительная демодуляция, то по выходному сигналу можно судить, в какой части трансформатора находится шток в данный момент.

Для формирования сигнала всегда используется фазочувствительная демодуляция, т.к. это исключает влияние на выходной сигнал остаточного выходного напряжения и позволяет пользователю знать положение штока в трансформаторе.

Диапазон линейности индуктивного датчика перемещения.
Если мы рассмотрим выходную кривую вне механического диапазона типичного LVDT датчика, то можно заметить, что на краях диапазона кривая изгибается. Это значит, что механический диапазон существенно шире линейного участка работы.

При калибровке датчика, важно, что электрическая нулевая точка используется в качестве ссылки, и что датчик используется в пределах ± FS (полного диапазона) вокруг электрического нулевом положения.

Если проводить калибровку не беря за основу точку ноля вольт, одно из положений полного диапазона будет за пределами линейного диапазона и, следовательно, может привести к ошибке линейности.

Типы индуктивных датчиков перемещения

Тип 1 — несвязанные преобразователи, которые имеют якорь, который отделен от тела корпуса. Части датчика должны быть установлены таким образом, что якорь не прикасался к внутренней трубке корпуса. Сделав это, можно получить абсолютное отсутствие трения при движении чувствительного элемента датчика.

Тип 2 — монолитные преобразователи, которые имеют тефлоновый подшипник, который направляет якорь (шток) по внутренней трубке.

Тип 3 — монолитные преобразователи с возвратной пружиной, которая толкает якорь (шток) наружу.

Внутреннее строение типичного индуктивного датчика перемещения LVDT

Преимущества индуктивных датчиков перемещения LVDT

1. Преимущества над линейными потенциометрами (POTS).

  • Не имеют контакта корпуса и внутренних деталей с чувствительным элементом, что означает, что нет никакого износа при движении штока. POTS датчики имеют контакт с чувствительным элементом и могут быстро изнашиваются, особенно под воздействием вибрации.
  • Можно легко обеспечить защиту от влаги и пыли на требуемом уровне, даже стандартные версии LVDT датчиков обычно имеют гораздо лучший уровень защиты от внешний воздействий, чем POTS.
  • Вибрация не вызывает влияния на пропадание сигнала, в отличие от POTS, где скользящий бегунок может прервать контакт с проводником при вибрации.

2. Преимущества над магнитострикционными датчиками.

  • Не восприимчивы к ударам и вибрации.
  • Менее восприимчивы к паразитным магнитным полям окружающей среды.
  • Система формирования сигнала может быть удалена от чувствительного элемента на некоторое расстояние, что позволяет использовать датчики при работе с высокой температурой и высоким уровнем радиации.
  • Магнитострикционные датчики не имеют короткого штока ±100мм или менее, а это как раз наиболее востребованный диапазон технического применения датчиков перемещения.

3. Преимущества над кодерами (датчиками положения).

  • Имеют лучший аналоговый частотный отклик.
  • Имеют более прочный корпус.
  • Сразу после включения «знают» положение штока, в отличии от кодеров, которым надо указывать постоянную ссылку на известное положение.

4. Преимущества над переменными векторными резистивными преобразователями (VRVT)

  • LVDT датчики как правило более дешевы.
  • Имеют меньший диаметр корпуса.
  • Более прочные и не изнашиваются.
  • Могут использоваться значительно дольше.

5. Преимущества над линейными емкостными датчиками

  • LVDT датчики как правило более дешевы.
  • Менее восприимчивы к внешним условиям эксплуатации.
  • Значительно более прочные.

Особенности индуктивных датчиков перемещения LVDT

  • Максимальная рабочая температура 600°C.
  • Минимальная рабочая температура –220°C (для справки, температура жидкого азота -196°C, температура жидкого гелия -269°С).
  • Могут работать при уровне радиации 100,000 рад.
  • Могут работать при давлении 200Бар.
  • Могут работать под водой, при этом вода может попадать внутрь датчика не причиняя ему вреда. Существует специальная серия подводных датчиков, которые могут без тех. осмотра работать под водов в течении 10-ти лет, работать под водой на глубине до 2,2км. Кабельные разъемы могут подсоединяться так же под водой.

Основные сферы применения LVDT датчиков

Промышленные измерительные системы

  • Регулирующие вентили — везде, где существуют регулирующие вентили индуктивные датчики перемещения могут быть использованы для контроля положения штока вентиля. Особенно, где есть ответственные участки работы, например, в клапанах пара для турбин на электростанциях.
  • Контроль положения шлюзов — погружные датчики перемещения подходят для измерения положения шлюзов в водохозяйственных и канализационных системах.
  • Измерение зазора между валками.
    Для поддержания равномерной толщины проката зазор между валками часто измеряется на обоих концах.
  • Контроль перемещения штоков вентилей на подводных нефте/газо проводах.
  • Контроль работы гидравлических активаторов — измерение перемещения объекта, который передвигает активатор. Благодаря очен высокой износостойкости, данные LVDT датчики перемещения могут выдерживать миллионы циклов перемещения.
  • Контроль положения/перемещения режущих инструментов, отрезающих рулонные материалы.
  • Измеряет положение/смещение роликов, которые используется для выпрямления полосового проката перед штамповкой.
  • Могут быть использованы для динамического измерения размеров (диаметров) рулонов продукта, например, инициировать сигнал к системе управления, когда рулон достигает максимального/минимального размера при наматывании/сматывании материала.

Станки

  • Могут быть использованы в испытательных приспособлениях для измерения круглости, плоскостности и т.д. частей машин для анализа качества их изготовления.
  • Могут быть использованы для оценки и контроля взаимного расположения компонентов деталей в сборке, когда требуется юстировка/подгонка размеров взаимного расположения деталей.

Авиация/космонавтика

  • Могут быть использованы для оценки реакции привода на действие активатора. Например, преобразователь измеряет положение отклонения закрылков крыла самолета при техническом обслуживании. Тут очень важно измерить скорость срабатывания активатора после подачи на него управляющего сигнала, а так же скорость изменения положения закрылков.
  • Анализ Ротора вертолета
    Датчики LVDT используются на вертолетах, чтобы измерить угол наклона лопастей ротора.
  • Могут быть использованы для оценки смещения корпуса двигателя при нагревании.
  • Могут быть использованы для измерения смещения (деформации) лопасти турбины при внешнем воздействии.
  • Могут быть использованы для измерения отклонения диафрагмы сопла реактивного двигателя.
  • Могут быть использованы для испытания крыльев самолетов для измерения их отклонения при нагрузке.

Строительство / Проектирование зданий и сооружений

  • Могут быть использованы для измерения вибрации или деформации мостов при изменении трафика движения или порывов ветра.
  • Могут быть использованы для измерения смещения грунта при строительстве, контроля оползней и насыпных дамб.
  • Могут быть использованы при испытании крупногабаритных строительных конструкций, балок, пролетов моста и т. д. на силовую деформацию.

Автомобилестроение

  • Могут быть использованы для контроля смещения корпуса двигателя при его испытаниях.
  • Идеальным применением LVDT датчиков может быть тестирование компонентов подвески автотранспорта.
  • Могут быть использованы для контроля изготовления прецизионных компонентов.
  • Могут быть использованы для настройки компонентов двигателя, таких как дизельные форсунки.
  • Могут быть использованы для тестирования сидений, дверей, педалей и ручек транспортных средств для моделирования продления их срока службы.
  • Могут быть использованы для измерения профиля поверхности заготовки, например стекла или других площадных объектов.

Выработка энергии

  • Могут быть использованы для измерения биения вала турбины.
  • Могут быть использованы для контроля положения главного парового клапана, который регулирует поток пара в турбину. Клапан постоянно корректирует свое положения для поддержания постоянной скорости вращения турбины. LVDT датчики идеально подходят для работы в зоне высоких температур, грязи и постоянной вибрации.
  • Могут быть использованы для контроля положения перепускного клапана. Когда откроется перепускной клапан, датчик может испытать температуру 200°C.

Принцип действия магнитострикционных датчиков линейных перемещений Micropulse и Temposonics

Магнитострикционные преобразователи линейных перемещений или, как их еще называют: измерители пути, датчики линейного положения и т.п. получили самое широкое распространение в различных отраслях промышленности для автоматизации производственных процессов. Определение положение объекта, движущегося вдоль одной оси – очень часто встречающаяся задача в автоматизации. При этом, положение необходимо чаще всего определять в самых тяжелых условиях эксплуатации: постоянной вибрации, ударных нагрузках, при высоком давлении, низких или высоких температурах, высокой влажности. Деревообрабатывающие станки, гидроцилиндры, инжекционное литье, термопластавтоматы, резка различных материалов, подвижная техника – вот неполный перечень конкретных примеров применения датчиков преобразователей линейных перемещений. И под все эти варианты прекрасно подходят измерители, функционирующие на магнитострикционном принципе измерения. На сегодня, самыми популярными на рынке являются датчики линейных перемещений от компаний Balluff (Германия), бренд Micropulse, Novotechnik (Германия) и MTS Sensors (США), бренд Temposonics. Как они работают, расскажем доступным языком в нашей статье ниже.

Основой принципа магнитострикции являются магнитомеханические свойства ферромагнитных материалов: железо, никель, кобальт, а так же их сплавов. При нахождении ферромагнетика в магнитном поле, оно вызывает микроскопическую деформацию его структуры, приводящее к изменению физических размеров ферромагнетика. Это является следствием структуры ферромагнитного материала, проще говоря, он состоит из огромного количества микроскопических элементарных магнитов, которые стремятся установиться параллельно друг другу в пределах ограниченных областей, так называемых «доменах». В обычном состоянии направление доменов хаотично, однако, при наложении магнитного поля они выстраиваются по его направлению и выравниваются параллельно друг другу. При этом, возникают собственные магнитные поля, которые могут превосходить внешнее магнитное поле в сотни раз. Вышеописанное приводит к тому, что если стержень из ферромагнитного сплава поместить в магнитное поле параллельное его оси, то стержень получит механическую деформацию, вследствие которой возникнет удлинение. Надо понимать, что на самом деле это удлинение очень мало (см. рисунок 1), однако, его возможно зарегистрировать. Кроме того, создавая специальные ферромагнитные сплавы и прилагая к ним постоянные направленные магнитные поля можно оптимизировать и управлять магнитострикционным эффектом.

Читать еще:  Как своими руками сделать датчик протечки воды для дома

Теперь мы подошли вплотную к тому, что происходит в датчиках преобразователях линейных перемещений, таких как Temposonics или Micropulse. В данных измерителях пути применяется эффект Видемана, который описывает механическую деформацию ферромагнитного стержня, находящегося под воздействием двух магнитных полей: внешнего и внутреннего, создаваемого проводником, по которому протекает электрический ток. В магнитострикционных датчиках линейных перемещений MTS Sensors Temposonics и Balluff Micropulse внешнее магнитное поле создается специальным позиционным магнитом, которое при пересечении с внутренним концентрическим магнитным полем, создаваемым электрическим током, вызывает механическую деформацию в небольшой области измерительного элемента в форме стержня. Так же используется магнитоупругий эффект (эффект Виллари), связанный с изменением магнитных свойств ферромагнетика, например, намагниченности ферромагнитного бруска, которое вызывается продольной деформацией.

Физика процесса, изложенная выше, должна превратиться в надежную измерительную систему. И после долгих поисков и испытаний, магнитострикционные датчики получили общую конструкцию, схематично представленные на рисунке №3. Преобразователи линейных перемещений имеют несколько основных частей:

-измерительный элемент в виде волновода;
-блок электроники;
-позиционный магнит;
-преобразователь торсионного импульса;
-демпфер в конце стержня, в которой происходит гашение второй части торсионного импульса.

Измерительным элементом является ферромагнитный волновод, по которому распространяется торсионная ультразвуковая волна, детектируемая преобразователем торсионного импульса. Позиция объекта измерения определяется положением постоянного магнита, который окружает волновод. Позиционный магнит связан с объектом измерения, однако, магнитом и измерительным элементом — волноводом, полностью отсутствует механическая связь. По сути, это бесконтактный принцип измерения, а значит он обладает высокой надежностью и не имеет механического износа. Если говорить о габаритах волновода, то его наружный диаметр составляет около 0.7 мм, а внутренний около 0.5 мм Внутри волновода находится медный проводник. Сам измерительный процесс начинается с короткого токового импульса по медному проводнику из блока электроники. С перемещением импульса возникает радиальное магнитное поле вокруг волновода (рисунок №3). При пересечении с магнитным полем постоянного позиционного магнита, возникает, согласно эффекту Видемана, пластическая деформация магнитострикционного волновода, и ультразвуковая торсионная волна, которая распространяется от места возникновения в оба конца волновода. В одном из концов которая полностью гасится, исключая помехи и искажения сигнала. Скорость распространения этой волны в волноводе составляет 2830 м/с, и на нее не практически не оказывает никакого влияния внешние факторы (загрязнения, температура, удары и т.д.). Детектирование и обработка торсионного импульса происходит на другом конце волновода в блоке электроники. Преобразователь торсионных импульсов состоит из расположенной поперек волновода и жестко связанной с ним полосы из магнитострикционного металла; детектирующей катушки индуктивности и одного неподвижного постоянного магнита.

В преобразователе торсионного импульса, сверхзвуковая волна вызывает изменение намагниченности металлической полосы согласно эффекта Виллари, уже упоминавшемуся. Следующее из этого временное изменение поля постоянного магнита индуцирует электрический ток катушке индуктивности. Этот возникающий электрический сигнал окончательно обрабатывается электроникой датчика. Точное определение позиции получается измерением времени между стартом токового импульса и времени возникновения ответного электрического сигнала, которое определяется в преобразователе торсионных импульсов при детектировании ультразвуковой волны.

При кажущейся внешней сложности принципов измерения датчиков линейных перемещений Novotechnik, Temposonics и Micropulse, очевидны преимущества, которыми обладают эти преобразователи: измерение расстояния с максимальной точностью, долговременные и стабильные характеристики и параметры, высокая защищенность и стойкость к внешним воздействиям.

Надо понимать, воплощение принципов и физических эффектов в конечный надежный и точный прибор, готовый к работе в самых тяжелых условиях, ставит самые высокие требования к возможностям и компетенции

производителя. Инженеры должны обладать фундаментальными физическими знаниями, накопленными за годы исследований и испытаний. К примеру, прежде чем подобрать оптимальный вариант схемы преобразователя торсионных импульсов, были исследованы и испытаны различные варианты, представленные на рисунке №4. Оказалось, что оптимальная конструкция преобразователя должна быть такой, как на варианте 3. Именно так получается наиболее уверенный и точный сигнал, так как регистрируется только торсионная часть механической волны, а продольные колебания не оказывают влияния на результат измерения. Применение торсионных волн и регистрирующей системы, которая реагирует только на торсионную волну, позволяет не бояться влияния вибрации на процесс измерения, так как торсионный импульс нельзя вызвать внешней механической вибрацией. Для того, чтобы все физические процессы принципа измерения могли протекать без влияния со стороны внешних воздействий, производитель использует специальные механическую конструкцию корпуса и электронную схему при обработке сигнала. Производители магнитострикционных датчиков линейных перемещений Novotechnik, MTS Sensors Temposonics и Balluff Micropulse постоянно совершенствуют материалы используемые в своих продуктах, а так же улучшают схемы и конструкцию. Правильность выбранного направления производителей и оптимальность первоначальной конструкции магнитострикционных преобразователей Temposonics и Micropulse, подтверждают регулярно встречающиеся работоспособные датчики, старых поколений, установленные и прослужившие от пяти до десяти лет в условиях постоянной промышленной эксплуатации.

Принцип действия магнитострикционных датчиков линейных перемещений Balluff Micropulse

Датчики линейных перемещений (датчики линейного положения, измерители пути и т.д.) применяются во многих отраслях промышленности во всем мире. Измерители пути, которые используют принцип магнитострикции, обладают характеристиками, обеспечивающими надежную работу во множестве областей автоматизации, включая самые тяжелые условия.

Везде, где требуется определить точное положение объекта, движущегося по прямой, эти сенсоры могут помочь- от гидравлического цилиндра, до машины инжекционного литья или резки бумаги. Мировыми лидерами в разработке и производстве магнитострикционных датчиков линейных перемещений являются компании Balluff (датчики перемещения под маркой Micropulse) и MTS Sensors (датчики Temposonics).

Принцип работы

Магнитострикция была обнаружена только в ферромагнитных материалах, таких как: железо, никель, кобальт и их сплавах. Основой принципа магнитострикции являются магнитомеханические свойства этих материалов. Например, если ферромагнетик находится в
области магнитного поля, то оно вызывает микроскопическую деформацию его структуры, что приводит к изменению физических размеров ферромагнетика. Такое поведение объясняется существованием бесчисленного количества маленьких элементарных магнитов, из которых состоит ферромагнитный материал. Они будут стремиться установиться параллельно друг другу в пределах ограниченных пространственных областей, уже без внешнего магнитного поля. В этих так называемых доменах, все элементарные магниты направлены одинаково. Но первоначальное распределение доменов хаотично и снаружи ферромагнитное тело кажется немагнитным. При приложении магнитного поля, домены выстраиваются по направлению этого поля и выравниваются параллельно друг другу. Таким образом, получаются собственные магнитные поля, которые могут превосходить внешнее магнитное поле в сотни раз.
Например, если стержень из ферромагнитного сплава поместить в магнитное поле параллельное его оси, то стержень испытает механическую деформацию и получит линейное удлинение. В реальности удлинение посредством магнитострикционного эффекта очень мало (см. рисунок 1).

Магнитострикционный эффект обуславливается совокупностью магнитных и механических свойств ферромагнитных материалов, соответственно, его можно оптимизировать посредством создания специальных сплавов и управлять с помощью направленного действия внешнего магнитного поля. В промышленных измерительных системах Micropulse и Temposonics используется магнитострикционный эффект, который называется эффект Видемана. Он описывает механическую деформацию (скручивание) длинного, тонкого ферромагнитного стержня, который находится под воздействием двух магнитных полей: внешнего и внутреннего, создаваемого проводником, по которому протекает электрический ток. В датчиках линейных перемещений Balluff Micropulse внешнее магнитное поле создается позиционным магнитом, которое при пересечении с концентрическим магнитным полем, создаваемым электрическим током, вызывает механическую деформацию в небольшой области измерительного элемента в форме стержня. Так же, в датчиках Micropulse используется так называемый, магнитоупругий эффект (или эффект Виллари). Он связан с изменением магнитных свойств ферромагнетика, например, намагниченности ферромагнитного бруска, которое вызывается продольной деформацией.

Чтобы превратить изложенные выше физические основы в надежно работающую измерительную систему, была предложена конструкция датчика, представленная на рисунке 3. Датчик линейных перемещений Micropulse состоит из 5 основных частей:

  • измерительный элемент (волновод);
  • электроника датчика;
  • позиционер в виде постоянного магнита;
  • преобразователь торсионного импульса;
  • демпфирующая часть (на конце стержня, в которой гасится вторая часть торсионного импульса).

«Стержнем» измерительной системы является ферромагнитный измерительный элемент, использующийся как волновод, по которому распространяется торсионная ультразвуковая волна до преобразователя импульсов. Измеряемая позиция определяется положением постоянного магнита, который окружает волновод. Этот магнит создает магнитное поле в волноводе и связан с объектом измерения. Здесь нужно подчеркнуть, что между позиционером (магнитом) и измерительным элементом (волноводом), полностью отсутствует механическая связь. Это гарантирует очень долгий срок службы датчиков Баллуфф Micropulse (MTS Temposonics) на основе этого принципа измерения. Волновод в сенсорах линейных перемещений Micropulse имеет наружный диаметр 0.7 мм, а внутренний 0.5 мм. Медный проводник проходит по всей длине волновода.
Измерительный процесс инициируется коротким импульсом тока, который посылается из электронной части сенсора по медному проводнику. При перемещении импульса возникает радиальное магнитное поле вокруг волновода (см. рисунок 3). При пересечении с магнитным полем постоянного магнита- позиционера, возникает ,согласно эффекту Видемана, пластическая деформация магнитострикционного волновода, которая является высокодинамичным процессом, вследствие скорости токового импульса. Из-за этого возникает ультразвуковая торсионная волна, которая распространяется от места возникновения в оба конца волновода, однако в одном из концов она полностью гасится и ,таким образом, помехи и искажения сигнала исключаются. Скорость распространения этой волны в волноводе составляет 2830 м/с, и на нее не практически не оказывает никакого влияния внешние факторы (загрязнения, температура, удары и т.д.). Детектирование и обработка торсионного импульса происходит на другом конце волновода в специальном преобразователе. Преобразователь торсионных импульсов состоит из расположенной поперек волновода и жестко связанной с ним полосы из магнитострикционного металла; детектирующей катушки индуктивности и одного неподвижного постоянного магнита.

В преобразователе торсионного импульса, сверхзвуковая волна вызывает изменение намагниченности металлической полосы согласно эффекта Виллари, уже упоминавшемуся. Следующее из этого временное изменение поля постоянного магнита индуцирует электрический ток катушке индуктивности. Этот возникающий электрический сигнал окончательно обрабатывается электроникой датчика. Точное определение позиции получается измерением времени между стартом токового импульса и времени возникновения ответного электрического сигнала, которое определяется в преобразователе торсионных импульсов при детектировании ультразвуковой волны.

При кажущейся внешней сложности принципа измерения на котором созданы датчики линейных перемещений Balluff Micropulse , очевидны несколько преимуществ, которыми они обладают: измерять расстояние можно с наивысшей точностью; металлические магнитострикционные материалы обладают долговременными и очень стабильными параметрами; благодаря специальному дизайну и конструкции датчика, вся измерительная система надежно защищена от внешних воздействий, например от вибрации станков. Из суммы этих преимуществ получаем высокоточные датчики перемещения Balluff Micropulse , обладающие высочайшей повторяемостью измерений и очень большой надежностью.

Воплощение магнитострикционного принципа в измерительную систему, удовлетворяющую суровым требованиям промышленного производства, ставит высокие требования к возможностям и компетенции производителя датчиков. Инженеры Balluff обладают фундаментальными физическими знаниями, накопленную за десятилетия лабораторных опытов информацию по магнитострикционным материалам. Например, были детально исследованы различные варианты схемы преобразователя торсионных импульсов, которые представлены на рисунке 4. При этом оказалось, что оптимальная конструкция преобразователя должна быть такой, как на варианте 3. Именно так получается наиболее уверенный и точный сигнал, так как регистрируется только торсионная часть механической волны, а продольные колебания не оказывают влияния на результат измерения. Применение торсионных волн и регистрирующей системы, которая реагирует только на торсионную (скручивающую) волну, позволяет не бояться влияния вибрации на процесс измерения, так как торсионный импульс нельзя вызвать внешней механической вибрацией. Для того, чтобы все физические процессы принципа измерения могли протекать без влияния со стороны внешних воздействий, производитель использует специальные механическую конструкцию корпуса и электронную схему при обработке сигнала. Причем в каждом поколении магнитострикционных датчиков Balluff конструкция и схема совершенствуются и развиваются, находясь на самом современном уровне.

при перепечатке прямая ссылка на sensoren.ru обязательна!

Принцип действия магнитострикционных датчиков линейных перемещений Balluff Micropulse Магнитострикционный принцип измерения датчиков перемещения Micropulse и Temposonic

Позиционирование авиасимулятора

Гидравлические цилиндры позиционирования кабины авиасимулятора требуют быстрого и надежного измерения текущего положения штока для динамического управления. В комбинации с соответствующим клапаном, гидравлический цилиндр может быть преобразован в привод позиционирования, способный создавать высокие ускорения кабины авиасимулятора. Пропорциональные клапаны управляют потоком гидравлической жидкости. Индуктивные датчики в герметичном устойчивом к давлению корпусе до 400 бар используются для контроля положения цилиндров. Индуктивные датчики линейных перемещений (LVDT линейный переменный дифферениальный трансформатор), дают данные об абсолютном положении цилиндра и положении всей кабины авиасимулятора по соответствующей оси с высочайшей точностью и динамикой.

Авиасимулятор с гидравлическими приводами и контролем положения

Используются датчики гидравлической — HYD серии.

Технология индуктивных датчиков основывается на линейном переменном дифференциальном трансформаторе (LVDT) и предназначена для использования в жестких промышленных условиях. Благодаря компактной конструкции, датчики HYD серий могут полностью встраиваться в цилиндр.

Разрез гидравлического цилиндра со встроенным индуктивным датчиком

Для этого корпус датчика привинчивается или зажимается в основании цилиндра. Поршень имеет отверстие для размещения корпуса датчика. Поршень соединяется со штоком датчика, перемещающимся внутри корпуса. По своей конструкции датчики LVDT являются одними из самых надежных и прочных датчиков. Бесконтактный принцип измерений обеспечивает отсутствие износа и гарантирует большой срок службы. Устройства могут выдерживать значительные удары и вибрации, которые могут присутствовать на динамических гидроцилиндрах, без повреждений. Только полностью залитая и инкапсулированная система катушек способна работать унутри корпуса под давлением. eddylab избегает чувствительных электронных компонентов в датчике и рекомендует их удаленную установку в шкафу автоматики или на кабеле.

Различные конструкции корпуса с резьбовым или фланцевым креплением, а также варианты с интегрированным кабелем или разъемом позволяют оптимально встроить датчик в цилиндр. Фланцевое крепление обеспечивает макисмальную простоту встраивания в головку цилиндра и монтажа. Кроме того, eddylab предлагает услуги по адаптации конструкции датчика в отношении диапазона, фланца, давления и других требований заказчика.

Контроль хода цилиндров литейных форм

Непрерывные литые профили изготавливаются сталелитейной промышленностью при помощи охлаждаемых форм. В формы наливается жидкая сталь. Сама форма изготавливается из меди или графита и имеет охлаждение. Чтобы жидкая сталь не прилипала к форме, в качестве прослойки используется литейный порошок. Сама форма подвергается вертикальной виборации с частотой около 10 Гц с перемещением несколько миллиметров при помощи гидравлических цилиндров. Это позволяет стали перемещаться в продольном направлении, охлаждаться и затвердевать до получения отливки. Окончательный литой профиль получается дальнейшим охлаждением и прокаткой или протяжкой для придания формы.

Производство непрерывных стальных литых профилей

Чтобы придать машине весом 25 тонн колебательного движения, требуются значительные усилия, которые создаются мощными гидравлическими цилиндрами. Регулировка хода цилиндров необходима для контроля результирующего горизонтального перемещения отливок. Индуктивный датчик (LVDT), встроенный в гидравлический цилиндр, дает точные данные по перемещению и передает сигнал на контроллер машины для регулировки хода цилиндров.

Читать еще:  Датчик движения инфракрасный ДДП-01 потолочный

Условия эксплуатации подразумевают очень высокую температуру, удары и вибрацию. Встроенная в датчик электроника не способна работать в таких условиях. Предлагаемое eddylab решение состоит в использовании внешней электроники IMCA, позволяющей применить кабель длиной более 100 м между датчиком и электроникой, так что электроника может быть установлена в аппаратном зале рядом с системой управления оборудованием.

Используется защищенный от давления и температуры индуктивный датчик линейных переммещений (LVDT полный мост) серии RM-HYD, встраиваемый в цилиндр.

Индуктивный датчик перемещений для встраивания в цилиндры

Контроль герметичности баночек с йогуртом в процессе их заполнения

Гигиеническая чистота и стерильность играют значительную роль при производстве и расфасовке продуктов для безопасности продуктов. Молочные продукты, такие как йогурты, пудинги, кофейные молочные напитки, а также порошкообразные субстанции, такие как сухое молоко и мука, обычно расфасовываются по гигиеническим стандартам «предельной чистоты» и «асептически». Для достижения такой чистоты машины регулярно моются и чистятся горячим паром с частичным применением агрессивных химических средств. Эти меры предотвращают попадание бактерий и нежелательных пищевых остатков (взаимное загрязнение) в продукты. Все установленные на машине устройства также подвергаются чистке, чего требуют высокие стандарты чистоты продуктов.

Розлив йогурта перед запечатыванием стаканчиков

Как это работает:

Стаканчики для йогкрта автоматически устанавливаются в держательи перемещаются по машине конвейрной цепью. Стаканчик стерилизуется и заполняется продуктом. Затем стаканчик запечатывается путем наварки стерилизованной алюминиевой фольги в качестве крышки. Производитель машины должен гарантировать, что этот процесс выполняется с максимально возможным постоянством.
Надежность важна, чтобы количество дефектных продуктов на прилавках магазинов было минимальным во избежание потери доверия покупателей к продукту и бренду в целом. Поэтому в конце процесса упаковки выполняется проверка герметичности каждого запечатанного стаканчика в отдельности.
Алюминиевая крышка стаканчика нагревается пластиной, имеющей температуру 250°C. Пластина непосредственно соединена со штоком индуктивного датчика. Вследствие короткого нагрева воздуха, находящегося под крышкой он расширяется, а крышка выпучивается. Индуктивный датчик компании eddylab измеряет подъем нагревательной пластины непрерывно и с высокой точностью, надежно передавая сигнал в систему управления машиной. Если упаковка не герметична, нагретый воздух вытекает из-под крышки, крышка не выпучивается как надо, датчик показывает отсутствие расширения. В результате дефектный продукт отбраковывается.

Подъем нагревательной пластины в процессе проверки герметичности

Датчики:

Датчики серии SLX специально разработаны для применения в пищевой, медицинской и фармацевтической промышленностии имеют повышенную стойкость и надежность.

  • Корпус полностью из нержавеющей стали
  • Высокая степень защиты ( IP68/IP69K)
  • Специальный кабель и материал уплотнений

Заказные размеры датчика и различные конструктивные исполнения позволяют адаптировать датчики к условиям применения.

Индуктивный датчик с нагревательной пластиной для контроля герметичности

Преимущества:
  • Надежная работа даже при изменении формата (размеров стаканчика), более не требуется «переналадка» как в случае с концевыми выключателями.
  • Непрерывные измерения, не только конечное положение
  • Гарантия оптимального качества продукции
  • Повышение надежности процесса
  • Сокращение простоев
  • Простая установка датчика
  • Не требуется техническое обслуживание

Мониторинг паропроводов

LOCA (утечка охладителя) описавает аварию с утечкой охлаждающей жидкости в реакторе, причина которой может заключаться в нарушении трубопроводной системы. В худшем случае, можно предположить, что оба конца трубы отрезаны и утечка происходит через двойное сечение трубопровода. Соответственно рассичтывается аварийная охлаждающая система и размер резервной емкости реактора. Дублирующие системы должны быть доступны, поврежденные трубопроводы должны быть перекрыты аварийными клапанами за короткий промежуток времени. Причины аварии могут быть разными, например, землетрясение, крушение самолета или цунами.

Другое возможное явление — это гидроудар, который может произойти в горячих паропроводах при конденсации части насыщенного пара и накопления в трубе из-за недостаточного дренирования, так что неожиданно на определенных участках трубы все поперечное сечение оказывается заполнено водой. Водяной столб ускоряется давлением пара, и происходит удар, похожий на работу поршня цилиндра. Последующие изгибы трубопровода представляют препятствие водяному столбу и его массовой инерции. Давление в сети трубопроводов быстро возрастает и в несколько раз превышает максимальное давление пара и может исчерпать запас проектный прочности трубопровода, приводя к деформации или разрыву трубы.

Мониторинг трубопроводов электростанций

В обоих авариях, LOCA (утечка охладителя) и гидроудар, важно постоянно контролировать важные для безопасности станции элементы, такие как трубопроводы охлаждения и паропроводы перегретого пара, а также, если необходимо, немедленно их перекрывать при помощи аварийных клапанов. Функции берут на себя дублирующие системы. Эффективное предохранительное устройство состоит из установленных датчиков перемещений трубопроводов, построенных по принципу полного индуктивного моста (LVDT). Индуктивный датчик перемещений передает данные о положении трубопровода в виде сигнала на пульт управления. Кроме того, низкочастотные вибрации трубопроводов могут служить сигналом о возможной аварии. Положение трубопроводов в нескольких различных точках отображается на пульте управления станции. Если результат измерений выходит за предварительно заданные пороговые значения с учетом возможных расчетных перемещений и амплитуды вибраций, подается сигнал тревоги и выполняется установленная аварийная процедура.

Установка индуктивного датчика линейных перемещений для мониторинга паропроводов (измерение положения трубы)

Используются диапазоны измерений индуктивных датчиков линейных перемещений от 100 до 300 мм. Сами датчики должны выдерживать экстремальные условия эксплуатации без ущерба, например, максимальную температуру 180°C, паро-воздушную смесь 100% (относительная влажность) и конденсат 0,5 кг/м³ при температуре 125°C. Датчики eddylab, предназначенные для этой задачи, состоят из цилиндрического корпуса и подвижного штока. Корпус крепится к неподвижной конструкции при помощи струбцин, шток соединяется с трубопроводом. Если паропровод движется вместе со штоком относительно корпуса датчика, выходной сигнал изменяется. Результаты мониторинга в виде непрерывного сигнала положения передаются в систему управления станции.

Внутри датчик состоит из системы катушек (первичная и вторичная) в герметичном корпусе с кольцевыми уплотнениями Viton. Электроника IMCA питает первичную катушку LVDT сигналом на несущей частоте 3 кГц и анализирует дифференциальное напряжение на вторичной катушке по амплитуде и фазе. Преимуществом данной системы является возможность использования длинного кабеля между датчиком и электроникой, так что электроника может находиться в безопасном месте на удалении 100 м и более, в то время как датчик может подвергаться экстремальным условиям на месте установки без проблем.

Датчик линейного перемещения: назначение и виды

Содержание

  1. Назначение
  2. Как выбрать
  3. Типы датчиков линейного перемещения
  4. Область применения

Датчик линейных перемещений — это устройство, предназначенное для определения изменения местоположения объекта по одной координате, а также расстояния до объекта. При этом объект может находиться в твердой, жидкой или сыпучей форме.

Назначение

Такие датчики преобразуют данные о перемещении объекта в выходной сигнал. Являются одним из важных измерительных элементов систем управления и контроля. Они широко применяются в различных областях, поэтому выделяют несколько разновидностей, отличающихся по принципу действия, точности, цене.

  • показывают положение объекта управления (ОУ) или рабочего органа оборудования;
  • отслеживают линейные перемещения ОУ или рабочего органа;
  • фиксируют окончание этапа в системах цикловой автоматики;
  • определяют размеры ОУ (например, заготовок);
  • измеряют уровень жидкости;
  • характеризуют состояние оборудования в части его загрузки.

Как выбрать датчик линейного перемещения?

Для выбора прибора требуется определить следующие параметры: необходимый диапазон измерений, разрешение и повторяемость. Также необходимо определить, какой должна быть его форма в зависимости от типа сборки.

Важно также знать, будет ли датчик использоваться в специальных условиях: во влажной, запыленной среде, взрывоопасных зонах и т.д.

Типы датчиков линейного перемещения

  • индуктивные;
  • потенциометрические;
  • магнитострикционные.

Потенциометрический датчик линейного перемещения

Датчик данного типа в своей основе имеет электрический контур, содержащий потенциометр (переменный резистор). при перемещении объекта его сопротивление изменяется.

В таких датчиках используется простая технология, поэтому как правило они обладают небольшой стоимостью. При этом их точность довольно большая. Однако, они часто чувствительны к износу, вибрациям, посторонним предметам и экстремальным температурам.

Индуктивный датчик линейного перемещения

Имеет переменный резистор, содержащийся в электрическом контуре. при перемещении объекта его сопротивление изменяется.

Индуктивные датчики линейного перемещения являются более высокоточными и широко используются во многих отраслях промышленности.

Их главными преимуществами является низкая стоимость и почти неограниченный срок службы.

Магнитострикционный датчик линейного перемещения

Имеет генератор магнитного поля и считывающую головку, встроенную в датчик. Их взаимодействие позволяет определять положение объекта.

Такие приборы являются высокоточными, их разрешение доходит до 1 мкм при уровне защиты до IP67. В следствии своих высоких технических характеристик, магнитострикционные датчики являются одними из самых дорогих

Область применения

Датчики линейного перемещения нашли применения в различных отраслях промышленности. К ним относится, например: охранная сфера, промышленно-производственные системы автоматического управления, автоматические линии, счетные операции, машиностроение на разнообразных обрабатывающих центрах и станках.

Подобрать датчик положения и перемещения

Датчики положения и перемещения – незаменимые устройства для следящих систем с механическими элементами. Датчики перемещения и положения широко применяются для поддержания работоспособности машин и повышения их экономичности.

Области применения датчиков положения и перемещения

Сфера применения таких устройств очень обширна:

  • Строительство, машиностроение (машины сборки/тестирования, упаковка/сварка/заклепка)
  • Контрольно-измерительная аппаратура
  • Автомобильная техника и транспортная промышленность, подвижная техника (рулевое управление, клапана, педали, подкапотные системы, системы управления зеркалами, креслами, откидными крышами и т.п.)
  • Робототехника, сфера науки и образования
  • Медицинская техника
  • Сельское хозяйство и спецтехника
  • Дерево- и металлообработка (металлорежущее оборудование, проволочное производство, прокатные станы, станки с ПУ, машины для литья под давлением)
  • Системы слежения и позиционирования (различного рода приводы, антенны, панели и т.п.)
  • Охранные системы
  • Гидравлические/пневматические системы
  • Весовое оборудование

Назначение датчиков положения и перемещения

Датчики могут решать очень разные задачи:

  • Измерение положения и перемещения (углового, линейного) рабочих органов машин или механизмов, а также иных объектов + передача данных о состоянии далее в систему
  • Реализация в качестве звена обратной связи в разного рода АСУ, робототехнике, следящих системах:
    • Информирование о степени открытия/закрытия регулирующих элементов (клапана, заслонки, задвижки, муфты, насосные системы и т.п.)
    • Регулирование направляющих шкивов
    • Электропривод (шаговые двигатели, системы для ворот и т.д.)
  • Получение точных данных о расстоянии до объектов без жесткой привязки к ним (модели с возвратной пружиной и измерительными наконечниками)
  • Диагностика и проверка работоспособности механизмов в лабораториях, проведение испытаний
  • Мониторинг положения цилиндров в пневматических и гидравлических системах
  • Измерения в контрольно-измерительной технике (тригонометрические данные)

Виды приборов

Датчики положения и перемещения можно поделить на такие группы исходя из принципов работы:

  1. Датчики линейного перемещения. Измеряют перемещение объекта в определенных пределах по прямой (от пары см до нескольких метров). Бывают:
    • Потенциометрические. Имеют простую конструкцию, устойчивы к магнитным помехам
    • Бесконтактные. Отличаются высокой износостойкостью, скоростью, повторяемостью. Применяются в сложных эксплуатационных условиях
  2. Датчики углового перемещения (поворотные). Измеряют угловое положение объекта. Могут быть одно- (360°) и многооборотными. Разделяются на:
    • Потенциометрические. Отличаются простой конструкцией, устойчивостью к электрическим помехам, а также точностью измерений. Монтаж более удобный, возможна гибкая установка и скленивание
    • Бесконтактные. Применяются там, где в приоритете высокая надежность и долговечность, а также стандартизированные выходные сигналы
    • Без прикосновения. Выполнены в раздельном корпусе. Маркер и чувствительный элемент не имеют прямого контакта. Лучше подходят для применений в условиях вибрации и нестабильном позиционировании валов

Отдельно стоит отметить аксессуары, в частности линейные и ротационные маркеры положения.

Новые датчики линейного перемещения и энкодеры от Pepperl+Fuchs в ассортименте компании «РусАвтоматизация»

Компания «РусАвтоматизация» представляет в своем ассортименте два прибора от немецкого производителя Pepperl+Fuchs: датчики линейного перемещения и энкодеры.

Датчики линейных перемещений Pepperl+Fuchs поворотным шифратором

Датчики Pepperl+Fuchs измеряют линейное движение по тросу, натянутому по прямой линии, в них сочетаются компактный дизайн и способность выдерживать большую нагрузку.

Принцип работы тросовых датчиков Pepperl+Fuchs

Во время движения (плоскопараллельного перемещения) объекта контроля, барабан разматывается с помощью троса. Вращение барабана приводит к изменению угла поворота вала энкодера. Энкодер преобразует это изменение в унифицированный выходной сигнал для дальнейшего считывания и обработки.

Технические характеристики канатиковых датчиков Pepperl+Fuchs

  • Диапазон измерений: от 10000 до 60000 мм;
  • Рабочее напряжение: 12. 30 В;
  • Выходной сигнал:
    аналоговый выход ток;
    аналоговый выход напряжение;
    цифровой, двоичный код, код Грея;
  • Потребление тока: 15 мА;
  • Температура окружающей среды: −30. 70°C;
  • Температура хранения: −30. +70°C;
  • Относительная влажность: 98%.

Достоинства и преимущества тросовых датчиков Pepperl+Fuchs

Тросовые, канатиковые датчики Pepperl+Fuchs — это ряд достоинств и преимуществ перед другими подобными устройствами:

  • подбор энкодера под задачу: инкрементный или абсолютный;
  • высокая точность измерений;
  • широкий модельный ряд;
  • устойчивость к коррозиям и окислениям измерительного троса;
  • способность выдерживать большие нагрузки;
  • наличие устройства очистки измерительного троса от налипшей пыли;
  • продолжительный срок службы, обусловленный качественными материалами;
  • компактный дизайн.

Недостатки

Недостатком в конструкции датчиков Pepperl+Fuchs является применение подвижных элементов, которые в процессе работы механически изнашиваются. Степень износа определяется сроком эксплуатации.

Где применяется канатиковые датчики Pepperl+Fuchs

Спектр применения канатиковых датчиков Pepperl+Fuchs включает в себя:

  • передвижное оборудование;
  • оборудование погрузки (разгрузки);
  • полиграфия;
  • целлюлозно-бумажная промышленность;
  • нефть и газ, химическая промышленность;
  • лифтовое оборудование.

Абсолютные энкодеры Pepperl+Fuchs

Абсолютные энкодеры Pepperl+Fuchs представлены моделями однооборотных и многооборотных шифраторов с широким выбором интерфейсов и предназначены для эксплуатации в различных технологических условиях.

Надежность и точность абсолютных поворотных энкодеров Pepperl+Fuchs решают задачи контроля и управления положений деталей в автоматизированных системах.

Технические характеристики абсолютных энкодеров Pepperl+Fuchs

  • Размеры корпуса: 36 мм, 58 мм, 116 мм;
  • Модель вала: полый, выступающий;
  • Диаметр вала:
    выступающий вал: 6-10 мм,
    полый вал: 6-15 мм;
  • Максимальная скорость вращения: 12000 об/мин.;
  • Степень защиты: IP54, IP64, IP65, IP66, IP67;
  • Максимальная нагрузка на вал: осевая: 20N. 40N, радиальная: 40N. 110N;
  • Тип присоединения: разъемы и кабели;
  • Рабочая температура: −40. +85°С;
  • Электрические интерфейсы: SSI, PROFIBUS, PROFINET, EtherCat, CANopen;
  • Максимальное разрешение: 65535 (16 бит).

Абсолютные шифраторы Pepperl+Fuchs, основанные на принципе магнитного обнаружения, используют двухосный датчик Холла. Вращающееся магнитное поле генерирует сигнал синуса или косинуса. Этот сигнал обрабатывается внутренним процессором, генерируя выходной сигнал.

С добавлением датчика Виганда однооборотные абсолютные энкодеры становятся многооборотными. Когда постоянное магнитное поле вблизи датчика Виганда вращается, оно генерирует изменение направления магнитного поля в сердечнике датчика Виганда и индукционное напряжение в катушке вокруг поворотного датчика. Напряжение меняет знак при изменении направления магнитного поля дважды на каждом обороте. Это используется для учета оборотов.

Достоинства и преимущества абсолютных энкодеров Pepperl+Fuchs

Абсолютные энкодеры Pepperl+Fuchs имеют преимущества перед другими типами энкодеров:

  • высокое разрешение и точность менее 0,1° для высокоточных приложений;
  • гибкая интеграция благодаря стандартным интерфейсам;
  • компактный дизайн;
  • бесконтактная технология обеспечивает долгий жизненный цикл и уменьшает издержки на ремонт;
  • корпус, устойчивый к коррозии, вибрации, механическому воздействию, делает возможным применение в различных сложных условиях.

Недостатки

Влияние электромагнитных полей на показания.

Читать еще:  Активные инфракрасные датчики охраны периметра

Применение абсолютных энкодеров Pepperl+Fuchs

Абсолютные поворотные энкодеры Pepperl+Fuchs находят широкое применение в многих областях, таких как:

  1. Машиностроение:
    • определение положения и синхронизация транспортировки деталей;
    • контроль положения манипуляторов;
    • позиционирование координатного стола в обрабатывающих центрах и станках ЧПУ;
    • позиционирование стрелы крана;
  2. Автоматизированные системы хранения, транспортировки:
    • контроль положения штабелеров в автоматизированных системах хранения;
    • управление положением поворотных столов в системах транспортировки;
    • слежение за углом поворота колес автоматически управляемых транспортных средств.
  3. Металлургическая промышленность:
    • контроль положения транспортных лент подачи, транспортировки угля и агломерата;
    • определение положения сварного шва;
    • контроль наклонного положения печи конвертера при различных этапах плавки: выпуск металла, удаление шлака, загрузка;
    • синхронизация прокатных валков и клетей в процессе горячей прокатки.
  4. Пищевая промышленность:
    • точное позиционирование бутылок на конвейере при розливе;
    • синхронизация скоростей транспортной ленты и других механизмов упаковочной линии;
    • определение положения при транспортировке бутылок в этикетировочном устройстве для обеспечения гладкости и правильности места.
  5. Печатное дело:
    • cинхронизация вальцов печатного станка.

Индуктивные датчики Microsemi для ответственных применений

Автор статьи

Анна Сергеева annserge@rambler.ru

(Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №1 2017)

Датчики являются одним из ключевых элементов обеспечения обратной связи в системах управления самого разного назначения. Индуктивные датчики по сравнению с магниторезистивными, резистивными и датчиками на эффекте Холла имеют ряд преимуществ. Благодаря этому, они находят широкое применение в АСУ в таких сферах, как автоматизация производства или автоматические измерительные системы, медицинское или автомобильное оборудование, и многие другие. В статье показаны типовые примеры устройств, в которых использованы новые индуктивные датчики производства компании Microsemi.

Преимущества применения индуктивных датчиков

Индуктивные датчики широко используются в составе оборудования АСУ самого разного назначения и служат для бесконтактного сбора данных о линейном, вращательном и угловом перемещении и приближении рабочих частей механизмов, роботов и машин.

Благодаря используемой технологии индуктивные датчики реагируют только на металлические предметы, а к остальным материалам не восприимчивы.

Это значит, что они обладают очень высокой защищенностью от помех. Так, попадание воды, эмульсий, смазок или нахождение рук оператора в активной зоне датчика гарантированно не приводит к ложному срабатыванию оборудования. Это позволяет применять индуктивные датчики на самых ответственных участках контроля систем управления, в том числе, когда речь идет о крупном промышленном производстве или о сохранении жизни и здоровья человека.

В таблице 1 показаны сравнительные характеристики датчиков разных типов: индуктивных, магниторезистивных, резистивных, на эффекте Холла.

Как видно из таблицы 1, индуктивные датчики имеют следующие преимущества: высокую надежность и устойчивость к электромагнитным помехам, а также слабое влияние температуры на снижение производительности.

В целом индуктивные датчики характеризуются высокой надежностью и оптимальным соотношением эксплуатационных показателей и стоимости в сравнении с датчиками других типов.

Принципы функционирования индуктивных датчиков

Рис. 1. Электрическая схема индуктивного датчика

Для лучшего понимания принципов работы индуктивных датчиков приведем немого теории.

В основе работы индуктивных датчиков лежит явление электромагнитной индукции, а принцип их действия состоит в преобразовании механического перемещения в изменение индуктивности катушки датчика.

Сами датчики выполнены в виде катушек с магнитными сердечниками, при подаче питания в них образуется изменяющееся магнитное поле. При внесении в активную зону датчика металлического, магнитного, ферромагнитного или аморфного материала определенных размеров образуются вихревые токи, которые приводят к изменению амплитуды колебаний генератора. В результате вырабатывается выходной сигнал, величина которого изменяется от расстояния между датчиком и контролируемым предметом [1].

На рис. 1 показана электрическая схема индуктивного датчика.

Новые индуктивные датчики Microsemi семейства LX33xx

Рис. 2. Схема подключения ИС LX3xx к физическому индуктивному датчику

Компания Microsemi выпускает на рынок линейку новых индуктивных датчиков семейства LX33xx, имеющих самое разнообразное применение. В частности, это обнаружение линейного и углового смещения (для LX3301A, LX3302, LX3311), изменения давления, температуры, фиксация вибраций (для LX3310) [2] [3] [4].

Технически ИС семейства LX3xx способны обеспечивать интерфейс между датчиками и системными контроллерами, а также реализовывать функции самих системных контроллеров.

Таким образом, подключения внешнего микропроцессора не требуется, что упрощает разработку новых устройств и снижает стоимость производства.

Схема подключения ИС LX3xx к физическому датчику приведена на рис. 2. Местоположение ИС LX3xx в системах управления показано на рис. 3.

Ключевые технические характеристики индуктивных датчиков семейства LX33xx представлены в таблице 2.

Компания Microsemi оказывает полную инженерную поддержку и готова самостоятельно разработать топологию печатной платы под конкретное применение заказчика.

Рис. 3. Местоположение ИС LX3xx в АСУ

Комментарий специалиста

Евгений Потемкин, инженер по внедрению департамента активных компонентов PT Electronics, evgenii.potemkin@ptelectronics.ru
Компания Microsemi является производителем высоконадежных компонентов для ответственных применений. Новые индуктивные датчики – не исключение. Наравне с высокой чувствительностью они обладают превосходной разрешающей способностью, что, в свою очередь, позволяет добиться высокой точности работы всего устройства в целом. С помощью инженерных ресурсов компании Microsemi возможна разработка топологии печатной платы датчика под конкретное применение, чтобы сократить время разработки и обеспечить более быстрый выход изделия на рынок.

Примеры практического применения индуктивных датчиков

Датчики LX33xx ориентированы на такие варианты типового применения как:

  • определение положения, линейного, вращательного и углового смещения;
  • измерение расстояния, скорости и ускорения, угла поворота;
  • переключение при обнаружении приближения (для линейного и вращательного движения);
  • определение условий окружающей среды (температуры, влажности, и т. д.);
  • температурные измерения;
  • определение плотности, усилия, уровня и давления;
  • измерение скорости потока жидкости;
  • контроль микрозазоров.

Таблица 2. Ключевые технические характеристики индуктивных датчиков семейства LX33xx

Это открывает широкие возможности успешного применения датчиков LX33xx в АСУ в самых разных областях: в автомобильных, медицинских, промышленных и аэрокосмических системах управления.

Так, измерение углового или вращательного движения необходимо для:

  • контроля вращения;
  • управления роботизированной рукой;
  • определения положения вращающихся валов (распределительного вала, ротора и т. д.), педалей, рычагов, дроссельных заслонок, вентилей;
  • определения скорости дисковых приводов.

На рис. 4 показаны типовые примеры устройств, где индуктивные датчики применяются для определения вращательного движения, а на рис. 5 — углового движения.

Рис. 4. Типовые примеры применения индуктивных датчиков для обнаружения вращательного движения

Рис. 5. Типовые примеры применения индуктивных датчиков для обнаружения углового движения

Рис. 6. Типовые примеры применения индуктивных датчиков для обнаружения линейного движения

Рис. 7. Типовые примеры применения индуктивных датчиков для бесконтактного обнаружения приближения

Кроме того, измерение линейного движения и обнаружение приближения необходимо для:

  • отслеживания уровня жидкостей;
  • определения текущего состояния коробки передач (трансмиссии) и смены передач;
  • определения положения приводов и активности подвески;
  • бесконтактного обнаружения приближения.

На рис. 6 показаны типовые примеры устройств, где индуктивные датчики применяются для определения линейного движения, а на рис. 7 — приближения.

Отладочные наборы

Рис. 8. Отладочный набор для тестирования схем сбора данных с датчиков линейного перемещения

Для тестирования характеристик и параметров работы датчиков семейства LX33xx производитель предлагает специальные отладочные наборы, которые позволяют в максимально короткие сроки протестировать и реализовать недорогие компактные схемы сбора данных с датчиков линейного (LX3301AEVB14LK, LX3302EVB14LK, рис. 8) и углового (LX3301AEVB14RK, LX3302EVB14RK, рис. 9) перемещения [5, 6].

В стандартный комплект поставки входит объединенная конструкция из тестовых датчиков (двух катушек индуктивности, выполненных на печатной плате) и схемы сбора данных (LX33xx). Также в наборе присутствует CD-ROM с технической документацией и ПО, которое реализует графический интерфейс пользователя.

Питание осуществляется от обычного USB-порта персонального компьютера. Для конфигурирования встроенной EEPROM предусмотрен модуль USB-преобразователя LXM9516.

Следует отметить, что возможность конфигурирования повышает гибкость использования тестовой системы и позволяет увеличить число возможных применений.

Заключение

Рис. 9. Отладочный набор для тестирования схем сбора данных с датчиков углового перемещения

Новые индуктивные датчики Microsemi LX33xx обладают высокой надежностью и оптимальным соотношением эксплуатационных показателей и стоимости.

Высокая помехоустойчивость и стабильность при изменении температуры гарантирует высокую точность и достоверность предоставляемых ими данных. Это дает возможность включать датчики LX33xx в состав оконечного оборудования на самых ответственных участках автоматизированных систем управления и контрольно-измерительных систем разного применения, что делает Microsemi LX33xx конкурентным и эффективным продуктом на рынке современных средств электроники.

Датчик перемещения

Бесконтактное измерение скорости и дистанции — ИСД-3

Оптический датчик предназначен для высокоточного измерения дистанции, скорости и пройденного пути транспортного средства относительно дороги (в автомобильной промышленности) а также для измерения скорости и длины материалов, движущихся относительно датчика (в индустрии).

Принцип измерения — растровая пространственная фильтрация изображения объекта, технология защищается патентами.

  • Измерительные датчики и системы
  • Датчик скорости
  • Датчик длины
  • Угловое и линейное перемещение
  • Датчик скорости и длины
  • Оптический датчик
  • Дорожные испытания транспортных средств
  • Датчик скорости транспортных средств
  • Двухкоординатные системы
  • Оптический датчик двухкоординатный
  • Датчик пройденного пути
  • Датчик перемещения
  • Измерение длины
  • Измерение длины проката
  • Измерение длины кабеля
  • Измерение длины провода
  • Измерение длины полотна
  • Измерение длины пройденного пути
  • Измерение скорости движения
  • Измерение длины трубы

Бесконтактное измерение длины и пройденного пути — ИСД-5

Датчик длины и пройденного пути ИСД-5 предназначен для использования в металлургической, кабельной, химической, целлюлозно-бумажной, текстильной и деревообрабатывающей промышленности в автоматизированных системах управления, раскроя и учета.

При установке датчика на подвижном объекте он способен измерять скорость и пройденный путь. Датчик так же способен измерять скорости и линейные размеры проходящих мимо транспортных средств, подвижных устройств, конструкций.


Принцип измерения – лазерный интерференционный.

  • Измерительные датчики и системы
  • Датчик скорости
  • Датчик длины
  • Угловое и линейное перемещение
  • Датчик скорости и длины
  • Дорожные испытания транспортных средств
  • Датчик скорости транспортных средств
  • Динамика движения транспортных средств
  • Однокоординатные системы
  • Лазерный датчик
  • Лазерный датчик однокоординатный
  • Датчик пройденного пути
  • Датчик перемещения
  • Измерение длины
  • Измерение длины проката
  • Измерение длины кабеля
  • Измерение длины провода
  • Измерение длины полотна
  • Измерение длины пройденного пути
  • Измерение скорости движения
  • Измерение длины трубы

IRIX — Хроматическая конфокальная измерительная система

Irix — это хроматическая конфокальная измерительная система высокой четкости, используемая для измерения расстояний без прикосновения к детали. Конфокальный зонд соединен с контроллером через волоконно-оптический кабель. Irix был разработан и изготовлен для установки на автоматические станки, где необходимо выполнять измерения размеров (расстояния или толщины), не имея возможности прикоснуться к детали.

  • Измерительные датчики и системы
  • Угловое и линейное перемещение
  • Лазерный датчик линейного положения
  • Абсолютный линейный датчик положения
  • Датчик перемещения

РФ1010SS — 3D сортирующая машина

Измерительная машина предназначена для бесконтактного измерения геометрических параметров объектов, в частности семян подсолнечника, и представляет собой автономный программно-аппаратный комплекс.

  • Измерительные датчики и системы
  • Измерение геометрии объектов
  • 3D сканер
  • Датчик перемещения

RF1010SL — 3D измерительная машина

Измерительная машина предназначена для бесконтактного измерения геометрических параметров изделий, в частности рычагов подвески автомобилей.

  • Измерительные датчики и системы
  • Измерение геометрии объектов
  • 3D сканер
  • Датчик перемещения

Триангуляционный лазерный датчик — РФ603

Датчик предназначен для бесконтактного измерения положения, перемещения, размеров, профиля поверхности, деформаций, вибраций, сортировки, распознавания технологических объектов; измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов.

Триангуляционный датчик РФ603 с рабочим диапазоном от 2 до 1250 мм.

  • Измерительные датчики и системы
  • Датчик скорости
  • Датчик длины
  • Угловое и линейное перемещение
  • Приближение и распознание
  • Лазерный датчик приближения
  • Уровень, расход и поток жидкости и газа
  • Датчик уровня жидкости лазерные
  • Высота транспортного средства относительно поверхности дорожного покрытия
  • Датчик пройденного пути
  • Датчик перемещения
  • Триангуляционный датчик

Быстродействующие датчики перемещения — РФ603HS

Датчики предназначены для бесконтактного измерения и контроля положения, размеров, профиля поверхности, деформаций, вибраций, сортировки, распознавания технологических объектов; измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов.

  • Измерительные датчики и системы
  • Датчик скорости
  • Датчик длины
  • Угловое и линейное перемещение
  • Приближение и распознание
  • Лазерный датчик приближения
  • Уровень, расход и поток жидкости и газа
  • Датчик уровня жидкости лазерные
  • Высота транспортного средства относительно поверхности дорожного покрытия
  • Датчик пройденного пути
  • Датчик перемещения
  • Триангуляционный датчик

Датчик перемещения с увеличенным базовым расстоянием — РФ600

Датчики предназначены для бесконтактного измерения и контроля положения, размеров, профиля поверхности, деформаций, вибраций, сортировки, распознавания технологических объектов; измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов.

  • Измерительные датчики и системы
  • Датчик скорости
  • Датчик длины
  • Угловое и линейное перемещение
  • Приближение и распознание
  • Лазерный датчик приближения
  • Высота транспортного средства относительно поверхности дорожного покрытия
  • Датчик пройденного пути
  • Датчик перемещения
  • Триангуляционный датчик

РФ627 компактный лазерный сканер

Датчик для бесконтактного измерения и проверки профиля поверхности, размеров, деформаций, плоскостности, зазоров, объема и построения 3D-моделей.

  • Измерительные датчики и системы
  • Угловое и линейное перемещение
  • Датчик линейного положения
  • Лазерный датчик линейного положения
  • Приближение и распознание
  • Лазерный датчик приближения
  • Измерение геометрии объектов
  • Дорожные испытания транспортных средств
  • Однокоординатные системы
  • Высота транспортного средства относительно поверхности дорожного покрытия
  • Датчик перемещения

РФ6001 — триангуляционные датчики с увеличенной базой

Новый триангуляционный датчик предназначен для использования в условиях, когда необходимо произвести высокоточное измерение объектов, расположенных на большом расстоянии от датчика (причиной могут быть пространственные ограничения или высокая температура возле измеряемого объекта

  • Измерительные датчики и системы
  • Датчик скорости
  • Датчик длины
  • Угловое и линейное перемещение
  • Приближение и распознание
  • Уровень, расход и поток жидкости и газа
  • Датчик уровня жидкости лазерные
  • Дорожные испытания транспортных средств
  • Высота транспортного средства относительно поверхности дорожного покрытия
  • Датчик пройденного пути
  • Датчик перемещения
  • Триангуляционный датчик
  • Измерение длины

6-ти компонентный инерциальный модуль S-CAN-IMU-01

6-ти компонентный инерциальный модуль S-CAN-IMU-01 представляет собой электронный блок, измеряющий ускорения и угловые скорости в трёх осях. Измеренные данные передаются в цифровом формате по шине CAN. Питание модуля осуществляется от сети постоянного тока. Существует 2 версии модуля: базовый и расширенный.

  • Измерительные датчики и системы
  • Угловое и линейное перемещение
  • Датчик угла поворота
  • Датчик угла наклона
  • Дорожные испытания транспортных средств
  • Динамика движения транспортных средств
  • Трехкоординатные системы
  • Акселерометр гироскоп
  • Датчик перемещения

Датчик скорости ИСПР-1

Датчик предназначен для точного измерения скорости объектов (автомобили, ЖД транспорт и т.п) на мерном участке при проведении краш-тестов, а также для абсолютной калибровки любых других датчиков скорости и стендов – эталонов скорости.

  • Измерительные датчики и системы
  • Датчик скорости
  • Дорожные испытания транспортных средств
  • Датчик скорости транспортных средств
  • Динамика движения транспортных средств
  • Однокоординатные системы
  • Лазерный датчик однокоординатный
  • Датчик пройденного пути
  • Датчик перемещения

Малогабаритный триангуляционный лазерный датчик — РФ605

Датчики предназначены для бесконтактного измерения и контроля положения, размеров, профиля поверхности, деформаций, вибраций, сортировки, распознавания технологических объектов; измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов.

  • Измерительные датчики и системы
  • Датчик скорости
  • Датчик длины
  • Угловое и линейное перемещение
  • Приближение и распознание
  • Лазерный датчик приближения
  • Высота транспортного средства относительно поверхности дорожного покрытия
  • Датчик пройденного пути
  • Датчик перемещения
  • Триангуляционный датчик

Штрих-2 — комплект для 3D сканирования

Система «Штрих-2» предназначена для бесконтактного лазерного сканирования изделий с целью получения объемной компьютерной модели и формирования файлов модели, пригодных для дальнейшего использования в системе ЧПУ.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector