5.84M

Category:

electronics

Датчики перемещения и скорости

1.

Датчики перемещения и
скорости
Подготовил: Муслаков А.Д.
Студент группы МТ3-111

Введение
• Датчики скорости фиксируют величину перемещения объекта в
единицу времени.
• Датчики перемещения фиксируют итоговую величину перемещения
объекта.
• Оба датчика используются для измерения положения, скорости и
перемещения рабочих органов или механизмов, а также дальнейшей
передачи этих данных далее в систему.

3.

Назначение датчиков перемещения
• Измерение положения и перемещения (углового и линейного)
рабочих органов машин;
• Определение состояния регулирующих элементов (клапан,
заслонка, задвижка и т. д.);
• Диагностика и проверка работоспособности механизмов в
лабораториях, проведение испытаний.
• Измерения в контрольно-измерительной технике.

4.

Основные характеристики датчиков
перемещения
• Разрешение;
• Точность;
• Прецизионность;
• Линейность;
• Быстродействие;
• Условия применения;
• Надёжность;
• Габариты;
• Стоимость.

5.

Разновидности линейных датчиков
-Емкостные
-Тросиковые
-Цифровые щупы
-Индуктивные
-Цифровые
-Лазерные
-Ультразвуковые
-Линейные потенциометры
-Вихретоковые
-Магнитострикционные
-Тензометрические

6.

Тросиковые датчики линейного перемещения
Измерительные устройства с вытяжным тросовым механизмом.
Особенности:
Пример линейных датчиков
1. Максимальное перемещение до 12 м;
2. Максимальная скорость перемещения: до 5
м/с;
3. Погрешность: 0,02 – 2 %;
4. Разрешение: 0,4 мм;
5. Температура эксплуатации: от -40 °С до 120 °С. Производитель : Turck
6. Широко применяются в подъёмнотранспортной технике, станках, системах
контроля положения деталей.
Модель : DW10000-135-7E-H1441 | 1544555
Диапазон измерения : 0...10000 мм.
Температурный диапазон эксплуатации :-20...+60
°C.

7.

Устройство тросиковых датчиков
На барабан (1) внутри датчика намотан в один
слой измерительный тросик. При вытягивании
тросика через выход (2) барабан вращается.
При этом измерительный датчик угловых
перемещений (3),непосредственно связанный с
осью барабана, вырабатывает электрические
сигналы, характеризующие перемещение
тросика.
1 — барабан,
2 — выход тросика,
3 — датчик,
4 — возвратная пружина.
3
1
4
2

8.

Область применения тросиковых датчиков
Конец тросиковых датчиков легко закрепляется на контролируемых
объектах благодаря гибкости самого троса и небольших габаритов
датчика. Использование обводных роликов с гибким тросиком
позволяет измерять линейные перемещения в труднодоступных
местах.

9.

Индуктивные датчики перемещения (LVDT)
Пример индуктивных датчиков
Особенности:
1. Расстояние до объекта: до 600 мм;
2. Дальность действия 4-10 мм;
3. Погрешность: до 0,3 %;
4. Возможность эксплуатации под давлением;
5. Возможность эксплуатации под водой;
6. Температура эксплуатации: от -40 °С до 200 °С;
7. Применим только к металлическим объектам.
Производитель : ЭТК Меандр
Модель : ВИКО-И-022-М8
Диапазон измерения : 0...500 мм.
Температурный диапазон эксплуатации :-25...+70

10.

Устройство индуктивных датчиков

11.

Схема работы индуктивного датчика
Датчик состоит из трёх обмоток
трансформатора – одной первичной
и двух вторичных. При нахождении
штока в середине трансформатора
напряжение на выходе ровно нулю,
что означает отсутствие
перемещения. При перемещении
штока в любую сторону происходит
увеличение напряжение в одной из
вторичных обмоток и уменьшение –
в другой. Это позволяет датчику
зафиксировать смещение штока.

12.

Лазерные датчики перемещения
Лазерные датчики перемещения работают по принципу триангуляции,
обеспечивающему высокую точность.
Особенности:
Пример лазерного датчика
1. Максимальное перемещение до 200 м;
2. Разрешение: до 0,02 мкм;
3. Почти не подвержены износу;
4. Возможность измерения в труднодоступных
местах;
5. Возможность эксплуатации под водой;
6. Возможность эксплуатации при высоких
температурах.
Производитель : ООО "НПП "ПРИЗМА“
Модель : LS5
Диапазон измерений : 5-200 мм

13.

Принцип работы
Лазерный излучатель создаёт
световую метку на поверхности
объекта. Рассеянное на объекте
излучение фокусируется
объективом и попадает на
фотоприёмник. При получении
сигнала с фотоприёмника
встроенный микропроцессор
производит вычисление
координат изображения.

14.

Область применения
Лазерные триангуляционные
датчики применяются в
автоматизированных системах
управления технологическими
процессами: для контроля длины
отреза при металлообработке,
для определения положения
объектов на конвейерной ленте.

15.

Линейные потенциометры
Особенности:
Пример линейных потенциометров
1. Измерение на расстояниях до 1000 мм;
2. Температура эксплуатации: от -30 °С до 100
°С;
3. Сравнительно невысокий срок службы;
4. Применяется в качестве звена обратной
связи;
5. Устойчивость к электрическим и магнитным
помехам.
Производитель : ЗЭТЛАБ
Модель : KTR-75MM
Диапазон измерений : 0-75 мм
Диапазон рабочих температур : -60 +150 °С

16.

Конструкция потенциометра
1 – Кольцевой каркас из
изолирующих
диэлектрических
элементов
2 – Изолированный провод
3 – Движок

17.

Область применения
• Прессы;
• Станки с ЧПУ;
• Робототехника;
• Экструдеры.

18.

Вихретоковые датчики
Особенности:
Пример вихретоковых датчиков
1. Измерение с крайне высоким
разрешением (до нм);
2. Разрешение: 10 Гц – 0,007%;
3. Измерение на металлических объектах;
4. Возможность измерения сквозь
неметаллических объекты;
5. Износостойкие.
Производитель : ЗЭТЛАБ
Модель : ZET 701
Диапазон рабочих температур : -40 +180 °С

19.

Принцип работы ВТД
Принцип действия датчика основан на взаимодействии
электромагнитного поля катушки с материалом контролируемого
объекта.

20.

Конструкция ВТД
1 – Объект измерений
2 – Зазор
3 – Диэлектрический
наконечник
4 – Резьбовая часть корпуса
5 – Катушка
6 – ЭМ-поле катушки

21.

Тензометрические датчики
Особенности:
Пример тензометрических датчиков
1. Диапазон перемещений: до 3000мм;
2. Подвержены эффекту старения;
3. Точность: 0,1 - 0,2 %;
4. Малая чувствительность к динамическим
воздействиям;
5. Низкая точность показаний при вибрациях;
6. Температура эксплуатации: от -10 °С до 90°С;
Производитель : ЗЭТЛАБ
Модель : СТР
Диапазон измерений : 500-2000 мм

22.

Тензометрические датчики
Тензометрический датчик
основан на зависимости
активного сопротивления
проводника или
полупроводника от его
механической
деформации.

23.

Устройство ТМД
Тензометрический датчик основан на зависимости активного сопротивления проводника или полупроводника от
его механической деформации.
1 – исследуемый объект; 2 – подложка; 3 – проволока; 4 – медные
выводы; 5 – измерительный прибор; 6 – измерительная цепь

24.

Магнитострикционные датчики
Особенности:
Пример магнитостриционных датчиков
1. Измерение величин от 50 до 7000 мм;
2. Погрешность от 0,02% до 0,08%;
3. Разрешение: до 2 мкм;
4. Подвержены к электрическим и магнитным
помехам;
5. Скорость перемещения до 10 м/с;
6. Температура эксплуатации: от -30 °С до 75°С;
Производитель : Трейслайн
Модель : ТЛ-C 10-0
Диапазон измерений : 50 до 7000 мм
Диапазон рабочих температур : -50 +150 °С

25.

Принцип работы

26.

Ультразвуковые датчики
В качестве чувствительного измеряющего элемента используются
ультразвуковые преобразования.
Особенности:
Пример УЗ датчиков
1. Измерение величин от 30 до 6000 мм;
2. Разрешение: 0,1 мм;
3. Скорость перемещения не ограничена;
4. Температура эксплуатации: от -25 °С до 70°С;
Производитель : НПК “ТЕКО”
Модель : USS (A) AC81B-44P
Диапазон измерений : 0 до 2000 мм
Диапазон рабочих температур : -20 +65 °С

27.

Принцип работы
В ультразвуковых датчиках реализован принцип радара –
фиксируются отражённые от объекта волны, поэтому структурная
схема представлена источником и регистратором ультразвуковых
волн.

28.

Цифровые линейки
Особенности:
Пример цифровой линейки
1. Измерение величин до 12 000 мм;
2. Разрешение: от 1 мкм;
3. Часто применяются на станках для контроля
перемещения;
4. Скорость перемещения до 1-5 м/с;
5. Температура эксплуатации: от 0°С до 50°С;
Производитель : Gantner Instruments
Модель : ALS4
Диапазон измерений :до 1000 мм
Диапазон рабочих температур :0..+85 °С

29.

Принцип работы линейки

30.

Цифровые щупы
Особенности:
Пример цифрового щупа
1. Не подходят для работ вне лаборатории;
2. Измерение величин до 30 мм;
3. Разрешение: до 0,1 мкм;
4. Применяются в прецизионном
промышленном оборудовании;
5. Скорость перемещения до 1-5 м/с;
6. Температура эксплуатации: от 0°С до 50°С;
Производитель : HEIDENHAIN
Модель : MT 1281
Диапазон измерений :0..12 мм

31.

Ёмкостные датчики
Особенности:
Пример емкостного датчика
1. Измерение величин от 0,5 до 10 мм;
2. Разрешение: 0,01%;
3. Применяются для измерения расстояния до
неподвижных и вращающихся объектов
4. Не подвержены влиянию магнитных полей и
радиации;
5. Температура эксплуатации: от -50°С до 200°С.
Производитель : Autonics
Модель : CR30-15DP
Диапазон измерений :15 мм

32.

Ёмкостные датчики: принцип работы
Емкостной датчик линейного
перемещения с изменяющейся
величиной зазора
Емкостной датчик линейного
перемещения с подвижным
диэлектриком

33.

Алгоритм выбора датчика перемещения

34.

Формализация исходных данных
Исходные данные для выбора датчика
1.Расстояние от начального положения
измерения до максимального
перемещения объекта
2. Погрешность измерения
3. Разрешение перемещения
4. Направление перемещения
5. Материал
6. Конструктивные особенности
7. Рабочая температура

35.

Этап 1: Анализ исходных данных
После анализа исходных данных по алгоритму
мы попадаем в один из 4 разделов:
1. Измерение перемещений менее 30 мм;
2. Измерение перемещений более 30 мм
бесконтактным способом;
3. Измерение перемещений более 30 мм с
установкой датчика на изделие;
4. Измерение перемещений, вызванных
деформациями изделия.

36.

Этап 2: Выбор датчика. Раздел 1.

37.

Этап 2: Выбор датчика. Раздел 2.

38.

Этап 2: Выбор датчика. Раздел 3.

39.

Этап 2: Выбор датчика. Раздел 4.

40.

Реализация алгоритма выбора датчика
Цель - выбор датчика перемещения лап подъемника TS4M с высотой подъема 1825 мм, температура воздуха в
помещении 20 градусов по цельсию.
Проанализировав исходные данные, обратимся к
методике.
1. Нужно измерить перемещение изделия, вызванное
деформациями под действием на него силы? – НЕТ
2. Датчик можно закрепить на изделии? – ДА
3. Расстояние больше 30 мм? – ДА
4. Разрешение больше 0,4 мм? – ДА
5. Выбираем тросиковый датчик, исходным данным
соответствует датчик производства фирмы АТЕК,
модели AWE 120, с характеристиками: Диапазон
измерений до 3300 мм, температурный диапазон 10..+70
Подъемник
двухстоечный TS4M
Тросиковый датчик
перемещения АТЕК
AWE 120

41.

Производители датчиков линейного
перемещения
• ООО “ТрейсЛайн” - Россия
• ОАО “Авангард” - Россия
• СКБ ИС – Россия
• ЦИТ «Эталонприбор» - Россия
• Henzhen Sunyuan Technology Co. – Китай
• Jiangxi SOP Industrial Co. – Китай
• Nanjing AH Electronic Science & Technology Co. – Китай
• Shanghai Lanbao Sensing Technology Co. - Китай

42.

Датчики угла поворота
Датчики угла поворота (угловые энкодеры)
Пример датчика угла поворота
измеряют положение вращающихся
элементов.
Угловой датчик устанавливаются
непосредственно на вращающийся вал,
ввиду чего они часто используются в
шаговых двигателях и сервоприводах.
Производитель : Innocont
Модель : EIP50

43.

Типы датчиков
Датчики угла поворота делятся на два вида:
Абсолютные
Инкрементальные
Пример абсолютного датчика
Производитель : Sick
Модель : A3M60
Пример инкрементального датчика
Производитель : Autonics
Модель : E40S

44.

Инкрементальные датчики
Это датчики, которые генерируют
импульсный цифровой код через
определённые промежутки
времени, содержащий
информацию относительно угла
поворота объекта. Если вал
останавливается, останавливается и
передача импульсов.
Применяются в шаговых двигателях

45.

Абсолютные датчики
Абсолютные энкодеры бывают
оптическими и магнитными.
Основная их характеристика –
число шагов, то есть уникальных
кодов на один оборот. Их
отличительная черта – свойство
не терять позицию при
отключении питания.
Применяются в сервоприводах

46.

Датчики скорости
Датчик скорости — устройство, позволяющее определять величину
перемещения объекта в единицу времени.
Назначение датчиков скорости:
Определять величину мгновенной скорости объекта.
Используются в машиностроении, авиа- и аэрокосмической технике, в
робототехнике, при проектировании транспортных машин.

47.

Основные характеристики датчиков скорости
• Количество импульсов за единицу времени.
• Посадочное приспособление.
• Напряжение питания, В.
• Потребляемый ток, мА.
• Частота выходного сигнала, Гц.
• Напряжение низкого и высокого уровня выходного
сигнала, В.

48.

Разделение датчиков скорости
Линейные
• На принципе ЭМ
индукции
• Растровые
• Бесконтактного
типа
Угловые
• На основе датчиков
угла поворота
• На основе
принципа эффекта
Холла
• На основе
поплавкового
гироскопа

49.

Линейные датчики скорости, построенные
на принципе ЭМ индукции
Согласно закону Фарадея при приближении
магнита в катушке индуктивности возникает
напряжение, пропорциональное их
относительной скорости и напряженности
магнитного поля. Линейные датчики
скорости построены на этом принципе
магнитной индукции.
Принцип действия
электромагнитного датчика
скорости

50.

Датчик линейной скорости, построенный на
принципе ЭМ индукции
Магнитопровод образует кольцевой воздушный
зазор, в котором размещена кольцеобразная
обмотка. Если подвижный объект связан с
магнитом, то при его перемещении в катушке
наводится ЭДС, пропорциональная скорости
объекта.
Максимальное перемещение: до 30 мм.
Чувствительность: 1 В/(м/с)
Состав датчика:
1 — постоянный магнит,
2 — магнитопровод,
3 — обмотка.

51.

Растровые датчики
Перемещение: до 30 м.
1
В основу работы растровых датчиков
положен метод оптоэлектронного
2
сканирования штриховых растров. При
относительном перемещении шкалы 1 и
анализатора 3 модулируется (изменяется)
излучение от платы осветителей 4, которое
воспринимается фотоприемниками 2.
3
4

52.

Применение растровых датчиков
• Управление производственными
процессами
• Автоматизированные системы контроля
• Радионавигационные системы
• Робототехника
• Автоматизированные системы
дозирования
• Машины с ЧПУ

53.

Датчики линейной скорости бесконтактного типа
Перемещение: от 5 см до 5 км;
Скорость: до 300 км/ч.
Схема работы триангуляции
Пример датчика
Производитель : Сенсорика-м
Модель : ИСД-3
1 — лазер,
2 — объект измерения,
3 — линза,
4 — сенсор.

54.

Датчики угловой скорости на основе принципа
действия эффекта Холла
Применяется при необходимости
Датчик угловой скорости на основе
эффекта Холла
соблюдения минимальных массы и
габаритов датчика.
Также при не возможности подключения
источника питания большой мощности:
Пример датчика
требуется небольшие сила тока (до 100 мА) и
напряжение (до 3 В).
Производитель : Лада

55.

Датчики угловой скорости на основе поплавкового
гироскопа
Схема датчика на основе
гироскопа
Возможно применение конструкции датчика
угловой скорости для различных систем самолета.
Предназначен для измерения угловой скорости
самолета и выдачи электрического сигнала,
пропорционального измеряемой угловой
скорости.
1 — ротор гироскопа, 2 — кожух, 3 — корпус,
4 — пружины, 5 — потенциометр.

56.

Датчики угловой скорости на основе энкодера
1
2
1 — высокая частота вращения,
2 — низкая частота вращения.

57.

Датчики угловой скорости на основе энкодера

58.

Алгоритм выбора датчика скорости

59.

Формализация исходных данных

60.

Этап 1: Анализ исходных данных
После анализа исходных данных по алгоритму
мы попадаем в один из 4 разделов:
1. Выбор датчика на основе поплавкового
гироскопа;
2. Выбор энкодера;
3. Выбор датчика на основе эффекта Холла;
4. Выбор датчика определения скорости для
линейного перемещения.