CC BY
46
погоне за идеалом - не потеряй себя.
Использованные источники:
1. Беляев А.Р. Человек - амфибия. М.: Эксмо-Пресс. 2017. - 288с.
2. Белянин А.О. Тайный сыск царя Гороха М.: Армада. 2001. - 490 с.
3. Булгакова М.А Мастер и Маргарита. М.: Аст Хранитель, 2007. 478 с.
4. Верн Ж. 20000 лье под водой. Харьков: Книжный клуб семейного досуга Харьков. 2012. 240 с.
5. Девяткин Г.Т., Сигарева Е.В. Изучение социальных проблем региона как необходимое условие формирования рыночных отношений //Историческая и социально-образовательная мысль. - Т. 10, № 1, 2018. - С. 107-113.
6. История любви Мастера и Маргариты по роману М.А. Булгакова «Мастер и Маргарита» [Электронный ресурс] // Сочинения Litra.ru. URL: http://www.litra.ru/composition/download/coid/00110401242036931937/
7. Попов С.И., Сигарева Е.В. Мораль, этика в обычном понимании и в зеркале критической рефлексии // Право и практика № 3, 2017. - С. 126-132.
8. Чанышев А.Н. Курс лекций по древней философии. М.: Высшая школа. 1981. 374 с.
УДК 681.586'32
Мингазова И.Н. бакалавр
Уфимский государственный авиационный технический университет Россия, г. Уфа
ДАТЧИКИ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
Аннотация: В статье рассматриваются датчики линейных перемещений, их классификация, область применения и принципы действия.
Ключевые слова: местоположение объекта, измерительный преобразователь, точность измерения.
Mingazova I.N. bachelor
Ufa state University aviation technical University Russia, Ufa
LINEAR DISPLACEMENT TRANSDUCERS
Abstract: the article deals with linear motion sensors, their classification, scope and principles of action.
Keywords: object location, measuring transducer, measurement accuracy.
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 любой форме: твердой, жидкой или сыпучей. Датчик перемещения представляет
собой измерительный преобразователь с входной величиной в виде механических перемещений, которые преобразуют контролируемую величину в сигнал, который можно измерить, передать, сохранить, обработать, зарегистрировать.
Датчики линейных перемещений широко применяются при проведении испытаний, в решении задач мониторинга, в мехатронике, промышленной автоматизации, станках, гидроцилиндрах и множестве других устройств. Если нет необходимости в определении конкретной величины перемещения, а достаточно просто определить наличие перемещения в зоне контроля, то датчики применяют в качестве охранных систем. Такие приборы называют датчиками движения. В промышленных системах автоматического управления требуется измерения конкретной величины перемещения. Например, в станках с числовым программным управлением измерение должно быть проведено с высокой точностью и осуществляться непрерывно, или дискретно — через определенные промежутки времени. Магнитострикционные приборы выполняют обе задачи достаточно хорошо.
Датчики линейного перемещения можно классифицировать по принципу действия, который определяет функциональное назначение и область использования прибора: датчики перемещения поводкового типа, емкостные, индукционные, датчики магнитострикционного типа, ультразвуковые, резистивные, магниторезистивные и потенциометрические, тензометрические, вихретоковые.
Поводковые датчики (представлен на рисунке 1) достаточно точны при измерении больших перемещений, недороги, просты в монтаже и долговечны. Измерительные устройства с вытяжным тросовым механизмом широко применяются в подъемно-транспортной технике, станках, системах контроля положения цилиндров, метало - и деревообработке.
Гибкий стальной трос наматывается в один слой на барабан. В свою очередь он соединен с корпусом при помощи пружины. Конец стального троса с установленным карабином закрепляется на объекте, движение которого необходимо проконтролировать. При изменении расстояния между датчиком и объектом трос вытягивается из датчика и разматывается с барабана (или наоборот). Вал барабана соединен с потенциометром (для аналоговых выходных сигналов), или энкодером (для цифровых выходных сигналов). Чувствительный элемент поворачивается пропорционально и происходит преобразование линейного перемещения в электрический сигнал.
-фсаЗрл^ г шгнш1.
ЧШ^НиНСМСЕ?:! №
Рисунок 1 - Датчик поводкового типа Емкостные датчики (представлены на рисунке 2) позволяют проводить бесконтактные измерения расстояний до объектов с токопроводящей поверхностью. Такие измерения проводятся с микронной точностью, температура, магнитные поля и радиация не оказывают влияния на результаты измерений. Основным применением датчиков является контроль соосности и биения валов, зазоров в подшипниках, допусков изготовления деталей, а также экспериментальные исследования в жестких условиях.
Рисунок 2 - Датчик емкостного типа
Чувствительный элемент датчика представляет собой кольцевой конденсатор, защитное кольцо которого соединено с внутренним экраном измерительного кабеля с двойным экранированием. Усилитель с отрицательной обратной связью поддерживает точное равенство потенциалов этого защитного экрана и центрального электрода. Такая конструкция обеспечивает однородное поле между пластинами во всем измерительном диапазоне и полную независимость от изменения емкости кабеля. Если переменный ток постоянной амплитуды и частоты проходит через конденсатор датчика, амплитуда переменного напряжения между пластинами конденсатора пропорциональна расстоянию между ними. Осциллятор 20 кГц с постоянной амплитудой и частотой обеспечивает ток датчика, а также компенсирующее напряжение, которое может настраиваться посредством высокоточного потенциометра. Через низкочастотный фильтр и усилитель разница напряжений передается на выходные клеммы.
Зона между датчиком и объектом должна быть свободна от пыли,
масла или воды. При необходимости это может обеспечиваться продуванием воздухом зазора между датчиком и объектом.
Индуктивные датчики линейных перемещений (представлены на рисунке 3) широко применяются в различных промышленных системах, благодаря своей высокой надежности, низкой стоимости и большому сроку службы. LVDT's (линейный дифференциальный трансформатор) - это индуктивные датчики, разработанные для применения в агрессивных условиях, в промышленности, при высоких температурах и давлении, так же при высоком ускорении или большом числе циклов. Принцип действия таких датчиков перемещения основан на индуктивном преобразовании механического движения в электрический сигнал. LVDTS датчики являются бесконтактными, так как между движущимся сердечником и обмоткой есть зазор, следовательно, датчики почти не подвержены износу.
Рисунок 3 - Индуктивные датчики перемещения Магнитострикционные датчики - датчики линейных перемещений на основе явления магнитострикции. Датчик состоит из блока электроники, стержня (волновода) и подвижного курсора в виде постоянного магнита. Из блока электроники по волноводу передается ультразвуковой импульс. Из-за магнитострикционного эффекта магнит создает механическую деформацию волновода. Ультразвуковая волна отражается от деформации и возвращается в блок электроники, который измеряет время прохождения волны до магнита и обратно. Таким образом, определяется, на каком расстоянии от блока электроники расположен магнит.
Магнитострикционные датчики широко применяются для определения положения штока гидравлических и пневматических цилиндров. Для этого на поршень устанавливается магнитный курсор, а датчик встраивается в оголовок цилиндра таким образом, чтобы стержень волновода проходил внутри полого штока цилиндра.
Ультразвуковые датчики (представлены на рисунке 4) используются для вычисления временного промежутка, который может потребоваться звуку для движения от прибора к тому или иному объекту и назад к датчику (функционирование в диффузионном режиме), либо для проверки — был ли принят отправленный сигнал определенным отдельным приемником (для оппозиционного режима работы). Датчик положения применяется с целью контроля наличия или местоположение разных механизмов, а также для
того, чтобы осуществлять подсчет присутствующих объектов. Такой прибор может быть использован и в роли сигнализатора предельного уровня разного рода жидкости либо сыпучих веществ.
Рисунок 4 -Ультразвуковой датчик линейного перемещения
Лазерные датчики перемещения работают по принципу триангуляции. Благодаря анализу сигнала происходит быстрый замер данных как статических, так и движущихся объектов. Мощный источник света излучает короткие импульсы с высокой энергией, которые отражаются от объекта и регистрируются чувствительным к свету приемником. В ходе этого процесса, время излучения и приема измеряется с высокой точностью. Из полученных значений рассчитывается расстояние до объекта на основе продолжительности распространения света. Лазерные триангуляционные датчики широко применяются в автоматизированных системах управления технологическими процессами, например, для контроля длины отреза в дерево- или металлообработке, для определения положения объектов на конвейерной ленте, для бесконтактных измерений расстояния в труднодоступных местах.
Принцип работы линейных потенциометров заключается в распределении напряжения на гибридную проводящую пленку. Типы корпуса и способы монтажа могут быть разными, например, модификации для гидравлических цилиндров со сферическим зажимом для монтажа или с амортизатором.
Датчики на основе эффекта Холла имеют конструкцию подобную конструкции магниторезистивных датчиков, однако в основу их работы положен эффект Холла - прохождение тока через проводник, на который воздействует внешнее магнитное поле, приводит к возникновению разности потенциалов в поперечном сечении проводника.
Датчики Холла (представлен на рисунке 5) находят широкое применение в различных областях современной промышленности, например, в машиностроении, автомобильной электронике, авиации. В отличие от механических и оптических систем, датчики Холла обладают важным преимуществом - они нечувствительны к механическим воздействиям и изменению параметров окружающей среды, обеспечивая при этом минимизацию стоимости готового решения. Набольшее распространение получили так называемые ключевые датчики Холла, т.е. такие датчики,
выход которых меняет свое логическое состояние при превышении напряженностью магнитного поля определенной величины. Однако существует отдельный класс интегральных микросхем с элементом Холла, позволяющий значительно расширить область применения. Речь идет о так называемых линейных датчиках Холла. Среди областей применения линейных датчиков Холла можно выделить две наиболее распространенные. Это устройства измерения линейного или углового перемещения и измерения электрического тока. В большинстве случаев для измерения перемещения объектов используют линейные датчики Холла совместно с постоянными магнитами. Это обусловлено тем, что для поддержания максимальной линейности необходимо обеспечить большую величину изменения магнитного поля при изменении расстояния между датчиком и опорной точкой на перемещающемся объекте.
Рисунок 5 -Датчик Холла Тензодатчики (представлены на рисунке 6) - это датчики, преобразующие величину деформации в удобный для измерения сигнал. Конструктивно прибор представляет собой тензорезистор с контактным элементом. Он закреплен на верхней панели устройства, которая соприкасается с измеряемым телом. Принцип работы любого тензодатчика основан на воздействии на чувствительный элемент определенной детали.
Рисунок 6-Тензометрический датчик Использованные источники:
1. Проектирования радиоэлектронных средств: Учеб. пособие для вузов/ О.В.Алексеев, А.А.Головков, И.Ю.Пивоваров и др.; Под ред. О.В.Алексеева. - М.: Высш. шк., 2000. - 479 с.
2. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник/ А.П. Достанко, В.Л.Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев; Под общ. ред. А.П. Достанко. - Мн.: Выш. шк., 2002
3. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования/ Под ред. Р.Г. Варламова. - М.: Радио, 2000.
