ДАТЧИКИ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА
ПОВОРОТА И СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА
В промышленности и на транспорте широко применяются измерительные потенциометры (переменные резисторы). Они позволяют измерять угол поворота вала с небольшой погрешностью (от 1 до 3%). Обычно резистор наматывают на каркас тонким проводом, обладающим высоким сопротивлением, по которому перемещается контакт. Выпускаются потенциометры, работающие в ограниченном диапазоне (например, МУ-615А) и круговые потенциометры: ПТП-5, ПТП-51 … ПТП-54, ПТП-5К1 … ПТП-5К4 и др.
Круговые потенциометры обычно оснащают шкалой и окошком для отсчета делений (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Круговой потенциометр типа ПТП-5
Электромагнитные датчики
Для измерения углов поворота валов применяют на автомобилях электромагнитные датчики. Например, с помощью таких датчиков измеряют угол поворота коленчатого вала двигателя и находят угловую скорость его вращения при применении электронной системы впрыска бензина. Также с помощью таких датчиков измеряют угол поворота колеса автомобиля и находят угловую скорость его вращения (в антиблокировочных системах).
Рассмотрим конструкцию и принцип действия электромагнитного датчика [2].
Работу датчика обеспечивает зубчатый сектор 1 (рис. 5.2), изготовленный из магнитного материала (сталь). На секторе профрезеровано от 40 до 90 пазов. Датчик 2 устанавливается неподвижно на корпусе 3. Корпус 3 тоже изготавливается из магнитного материала. Датчик состоит из постоянного магнита (см. N – S на рис. 5.2), на котором установлена обмотка. Обмотка имеет значительное число витков и два вывода.
|
|
|
Магнит создает внутри обмотки постоянное магнитное поле. Если зуб сектора приближается к датчику (показано на рис. 5.2), то магнитная цепь постоянного магнита замыкается. Через обмотку датчика проходит магнитный поток, направление которого указано стрелками. Магнито-проводом является корпус 3, вал сектора и сектор. Магнитный поток увеличивается, на выводах датчика появляется электродвижущая сила и увеличивается напряжение UД. Если зуб сектора отходит от датчика, то возрастает сопротивление магнитной цепи. Магнитный поток снижается, на выводах датчика уменьшается электродвижущая сила UД и образуется противоположное напряжение.
При непрерывном вращении магнита на выводах датчика индуцируется переменное напряжение, частота которого соответствует скорости вращения сектора. Для получения напряжения, достаточного для работы микросхемы, к которой подключается датчик, между сектором и датчиком устанавливают небольшой зазор от 0,5 до 1 мм.
Напряжение, вырабатываемое датчиком, зависит от скорости вращения сектора. При малой скорости величина напряжения низкая, при большой скорости – величина уже достаточна для надежной работы микросхемы. Иными словами, величина и частота сигнала датчика зависят от скорости вращения сектора и зазора. Для получения стабильного по напряжению сигнала и достижения стандартной крутизны импульсов применяют широко распространенную микросхему, называемую триггером Шмитта. На выходе микросхемы образуются сформированные прямоугольные импульсы.
|
|
|
Рис. 5.2. Схема установки магнитоэлектрического датчика:
1 – зубчатый сектор; 2 – датчик; 3 - корпус
Угол поворота вала теперь легко подсчитать, если применить электрический счетчик импульсов. При этом точность измерения угла определяется числом зубьев сектора.
Имея в распоряжении прямоугольные импульсы, следующие с определенной частотой, можно электрическим путем получить напряжение, величина которого пропорциональна угловой скорости вращения вала. Для этого разработаны специальные блоки ПЧН – преобразователи частоты в напряжение. Блок ПЧН содержит генератор прямоугольных импульсов постоянной длительности и интегратор.
Таким образом, с помощью электромагнитного датчика измеряют угол поворота вала и угловую скорость его вращения.
|
|
|
Датчики этого типа применяются также в приборах ИМДЦ-ЦМ, которые используются для измерения мощности двигателя без снятия двигателя с автомобиля. С помощью этого прибора мощность двигателя измеряется в режиме разгона при максимальной подаче топлива.
Датчики растрового типа
Описанные выше датчики позволяют измерить угол поворота вала и угловую скорость с небольшой точностью. Высокую точность измерения обеспечивают датчики растрового типа. Они применяются на станках с числовым программным управлением и при проведении научно-исследовательских работ. Промышленностью России выпускаются датчики СИФ-1, 2, 3 (рис. 5.3) и более совершенные датчики ВЕ-178.
Рис. 5.3. Датчик СИФ-3 растрового типа
Датчики подсоединяются к валу с помощью упругой муфты. Внутри датчика имеются два стеклянных диска и электронный блок. Первый диск неподвижен, а второй приводится во вращение с помощью муфты. На дисках с помощью лазерной технологии выполнены радиальные полосы. Диски расположены на небольшом расстоянии друг от друга. С одной стороны установлен излучающий светодиод (датчик типа ВЕ-178), а с другой стороны – приемный фотодиод. Если диски расположены так, что полосы находятся напротив друг - друга, то световой поток проходит к фотодиоду. Если полосы сдвинуты относительно друг друга, то свет не проходит. При вращении второго диска меняется интенсивность освещения фотодиода, на его выходе образуется переменное напряжение. Сигнал фотодиода усиливается операционным усилителем, и формируется в прямоугольные импульсы. Для того, чтобы определить направление вращения вала, устанавливают два излучающих и два приемных фотодиода. По сдвигу фаз следования импульсов определяют направление вращения. В датчике дополнительно установлен фотодиод, с помощью которого определяют начальное положение вала. Четвертый фотодиод вырабатывает один импульс при повороте вала на один оборот.
|
|
|
Число полос на стеклянных дисках намного больше, чем число зубьев на секторе электромагнитного датчика. Датчики этого типа вырабатывают от 250 до 2500 импульсов за один оборот вала. Это позволяет измерить угол поворота вала с дискретностью соответственно от 1,44 до 0,144 градуса (8,64 мин). Располагая большим числом импульсов можно обеспечить работу блока ПЧН с высокой точностью.
Генераторные датчики
Для измерения частоты вращения валов также применяют датчики генераторного типа [2]. Промышленность России выпускает бесконтактные датчики БК-А (рис. 5.4) и БВК-24 (рис. 5.5) различных модификаций. Датчики БК-А подключаются к источнику постоянного тока напряжением 12 В, а датчики БВК-24 – к источнику постоянного тока напряжением 24 В.
Рис. 5.4. Датчик БК-А генераторного типа
Работу датчиков этого типа обеспечивает паз, имеющийся в его корпусе. По краям паза в корпусе датчика располагают две обмотки. К одной обмотке подключается конденсатор и образуется колебательный контур. Вторая обмотка имеет небольшое число витков. Назовем ее возбуждающей обмоткой.
Рис. 5.5. Датчик БВК-24 генераторного типа
В паз датчика при вращении вала входит металлическая пластина. Если пластина находится вне паза, то магнитное поле с возбуждающей обмотки передается в колебательный контур, и в контуре возбуждаются колебания. Когда пластина входит в паз, тогда связь между обмотками исчезает, колебания прекращаются. Сигнал с колебательного контура снимается, усиливается усилителем и выпрямляется. На выходе выпрямителя образуются импульсы. Импульсы формируют триггером Шмита в прямоугольные импульсы и подсчитывают их число счетчиком.
Следует заметить, что датчики генераторного типа также применяют для контроля мест расположения деталей различного оборудования.
Гироскопические датчики
Для измерения угловой скорости автомобиля применяют одностепенные гироскопы [2]. Например, угловую скорость автомобиля измеряют при заводских испытаниях для оценки его управляемости.
Авиационная промышленность Российской федерации выпускает датчики типа ДУСУ1 различных вариантов (рис. 5.6). Датчики подключаются к дополнительному генератору переменного тока частотой 200 Гц, напряжением 24 В (рис. 5.7). Следует заметить, что в авиации напряжение в бортовой сети самолета или вертолета принято 24 B, и для питания дополнительного оборудования используется переменный ток частотой 200 Гц.
Рис. 5.6. Датчик угловой скорости ДУСУ1
Рис. 5.7. Преобразователь напряжения ПАГ-1ФП
Внутри гироскопического датчика установлен маховик, вращающийся с частотой не менее 15 тысяч оборотов в минуту. При вращении корпуса датчика изменяется положение оси вращения маховика. Угол поворота оси маховика регистрируется реостатным (проволочным) датчиком, выводы которого подсоединены к разъему датчика.
Для измерения курсового угла автомобиля и одновременно угла крена применяют двухстепенные гироскопы. Такие измерения производят при исследованиях управляемости и устойчивости автомобиля. Авиационная промышленность выпускает гироскопы модели Г-3М, которые называют гирополукомпасами (рис. 5.8). Гирополукомпасы подключают к дополнительному генератору переменного тока частотой 200 Гц и к источнику постоянного тока напряжением 24 В.
Поворот оси гироскопа измеряется реостатными датчиками в двух плоскостях. Сигналы с датчиков выведены на разъем. Для установки маховика гироскопа в начальное положение применяется отдельный электродвигатель. Предусмотрено дистанционное управление электродвигателем.
Рис. 5.8. Гирополукомпас
Авиационная промышленность также выпускает трехстепенные гироскопы модели ЦГВ-4 (рис. 5.9). Их применяют при исследованиях управляемости и устойчивости автомобиля. Питание и управление этими приборами организовано так же, как и приборами Г-3М.
Рис. 5.9. Трехстепенной гироскоп
Контрольные вопросы для самопроверки
1) Изложите принцип действия электромагнитного датчика.
2) Изложите принцип действия датчика растрового типа.
3) Изложите принцип действия датчика генераторного типа.
4) Изобразите сигнал с выхода триггера Шмита при подаче на его вход синусоидального сигнала.
5) Какие параметры измеряется с помощью гироскопических датчиков?
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 646; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!