Меню

Датчики для измерения линейных размеров



Обзор датчиков перемещения

Нахождение на охраняемой территории постороннего лица можно зафиксировать различными приборами. Нередко для этой цели используется датчик линейного перемещения, который некоторые называют датчиком движения. Подобные приборы могут иметь различный принцип работы и внешний вид. Однако их объединяет общий результат: когда в зоне их действия начинают перемещаться какие-либо объекты, они отправляют управляющий сигнал на приемное устройство, оповещая об этом пользователя. Каждый вид имеет свои отличительные особенности. Стоит обязательно познакомиться с характеристиками и особенностями каждой из существующих разновидностей, чтобы выбрать наилучший вариант в зависимости от преследуемых целей.

Основные виды

Датчики линейного перемещения могут существенно отличаться по конструктивным особенностям и принципу работы. Производители предлагают различные устройства, каждое из которых ориентировано на эксплуатацию в определенных условиях. Они бывают:

  • емкостные. Самый простой вариант. Отличается продуманным исполнением, надежностью и доступностью. Для определения факта движения используется измерение зазора между пластинами либо изменение пространственного положения последних относительно друг друга. Изменение положение способствует изменению зоны перекрытия. Она может либо увеличиться, либо уменьшиться. Для повышения производительности и более активной передачи данных некоторые модели оснащаются генераторами импульсов. При их наличии данные передаются с большей скоростью. Емкостные модели часто используются в качестве источника сигнала в резервуарах с топливом. Они выполняют роль бесконтактного выключателя, сигнализирующего о начале рабочего хода и сообщающие об его завершении;
  • индукционные. Управляющий сигнал формируется в результате изменения индуктивности обмотки. Привлекают высокой точностью получаемых результатов при относительно небольших габаритных размерах. Не предъявляют особых требований к месту установки прибора. Способны работать в любом пространственном положении. Чаще всего индуктивные датчики перемещения устанавливаются на станках, оснащенных программным обеспечением;
  • оптические. По принципу работы подобные приборы близки к обычному лазерному дальномеру. Позволяют проконтролировать относительно небольшие перемещения. Часто входят в состав охранных систем. Используется как лучевой барьер. Практичен в использовании. Отличается повышенной точностью. Обходится достаточно дорого;
  • ультразвуковые. Это своеобразные радары, в процессе эксплуатации которых формируются ультразвуковые волны. Столкнувшись с движущейся в зоне действия устройства объектом, ультразвуковая волна возвращается в приемник контроллера и фиксируется. Характеристики отраженной волны позволяют понять, в каком месте находится объект, какие у него параметры;
  • вихретоковые. В состав подобных приборов входит специальный регистратор с генератором магнитного поля. В процессе эксплуатации регистратором фиксируется величина индукции магнитного поля. Если в зоне действия вихретоковых датчиков перемещения оказывается посторонний объект, возникает побочное магнитное поле, формируемое под действием вихревых токов. В результате взаимодействия побочных магнитных потоков с исходными величина индукции поля изменяется. Даже незначительное отклонение фиксируется с помощью регистратора. По величине изменения удается определить местоположение объекта;
  • магниторезистивные. Устройство оснащается специальными пластинами, параметры которых меняются под действием магнитного поля. Подобный датчик линейного перемещения подключается по специальной схеме, называемой «мостом». Изменение индукции в окружающем пространстве приводит к изменению сопротивления пластин. Элемент, изготовленный из ферромагнитного материала и связанный с движущимся объектом, постепенно перемещается в пространстве, влияя на величину индукции. По изменившемуся значению определяют местоположение объекта;
  • потенциометрический. Относится к самым простым контроллерам движения. В его состав входит потенциометр, содержащий регулятор, связанный с движущейся целью, и источник сигнала. Изменение положение ручки потенциометрического датчика изменяет на переменном резисторе разность потенциалов. По данному значению определяют расстояние до объекта;
  • магнитострикционный. В основу работы устройства данного вида положен эффект магнитострикции, заключающийся в изменении габаритов и объема тела при изменении величины намагниченности. Для реализации данного эффекта в состав прибора введены регистры, состоящие из трубки (волновода), по которому перемещается кольцеобразный магнит. Внутрь трубки помещен провод, соединенный с регистром импульсов и генератором. В процессе эксплуатации устройства происходит сложение полей: генерируемого проводником и создаваемого самим магнитом. Суммарное поле заставляет трубку вращаться, в результате чего она формирует импульсы вращения, поступающие на вход регистратора. Расстояние до кольца определяется по задержке, образующейся между отправлением электроимпульса и приходом импульса от волновода. О расстоянии до перемещающегося объекта говорит положение магнита;
  • на основе эффекта Холла. По своему принципу функционирования такой датчик линейного перемещения похож на магниторезистивный. Используемый эффект предполагает изменение напряжения проводника в тот момент, когда по нему подается электроток. Их главным преимуществом является стойкость к механическому воздействию и колебанию параметров окружающей среды. Это существенно расширяет возможную область использования.

Преимущества и недостатки

Плюсы и минусы чаще всего оцениваются для конкретной модели. Однако есть общие достоинства и недостатки, характерные для датчиков, независимо от их устройства и принципа действия.

К преимуществам стоит отнести:

  • Высокую чувствительность. Бывает сложно настроить прибор, чтобы он не реагировал на домашних животных. Датчик срабатывает при наличии незначительного перемещения в выбранной зоне. За счет этого повышается точность обработки или увеличивается степень защищенности охраняемого объекта;
  • Незначительное энергопотребление. Не стоит опасаться больших счетов на электроэнергию при установке одного или нескольких приборов в доме. Всегда можно подобрать модель с минимальной мощностью при сопоставимых эксплуатационных характеристиках;
  • Длительный срок службы. Датчики способны прослужить длительное время при условии соблюдения рекомендаций производителя и правильном монтаже;
  • Простота в эксплуатации. Прибор не предъявляет повышенных требований к квалификации и опыту потребителя. После установки он работает автоматически, не требуя вмешательства и периодической регулировки;
  • Как правило, небольшие размеры и минимальный вес. Для его установки не требуется много места. В зависимости от наличия свободного места можно выбрать потенциометрический или сделать выбор в пользу устройства другого типа. Учитывая небольшую массу, для размещения прибора подойдет любое основание. При наличии дополнительного крепежа возможна установка под натяжные потолки;
  • Высокий коэффициент преобразования, благодаря которому повышается корректность выдаваемых сигналов;
  • Бесконтактный контроль за территорией. У пользователя отпадает необходимость постоянного присутствия. Вся актуальная информация может передаваться через ресурсы удаленного доступа;
  • Формирование сигнала в режиме реального времени;
  • Простота монтажа благодаря поставке прибора со всеми необходимыми крепежными элементами.
Читайте также:  Измерить расстояние между селами

Из недостатков стоит отметить:

  • Возможность ложного срабатывания. Некоторые приборы чувствительны к изменению погодных условий, наличию и интенсивности атмосферных осадков;
  • Снижение коэффициента преобразования в темное время суток;
  • Высокая стоимость отдельных приборов.

Области применения

Любой датчик линейного перемещения является индикатором с аналогово-цифровым преобразователем. В качестве аналогового сигнала может выступать изменение емкости конденсатора, величины напряжения, параметров вторичной обмотки и других характеристик. Для управления системой, подключаемой к датчику, используется цифровой сигнал.

Величина и количество формируемых сигналов могут отличаться. Для одних систем достаточно двух типов управляющих сигналов: ноли и единица. Подобный принцип действия реализуется в системах:

  • Охранной сигнализации, в частности датчиках, устанавливаемых на двери. При закрытой двери устройство отправляет системе сигнал «ноль», при открытой — единицу;
  • управления светом. При отсутствии в помещении людей или иных движущихся объектов отправляется сигнал «ноль». Свет остается выключенным. Как только в помещении начинается какое-либо движение, отправляется единица: свет включается.

В некоторых случаях к точности измерения определенного параметрам предъявляются повышенные требования. В этом случае датчик линейных перемещений не просто информируется о наличии какого-то движения, но и позволяет определить точное пространственное положение некоторого объекта. Такой принцип реализован на станках с числовым программным управлением. Получаемая от датчиков информация используется системой управления для корректировки пространственного положения рабочего инструмента. Это существенно повышает точность механической обработки и качество выпускаемой продукции.

Советы по выбору

Большой ассортимент датчиков, предлагаемых различными производителями доставляет определенные трудности при выборе подходящего варианта. Чтобы не ошибиться, стоит обратить внимание на:

  • Рабочий цикл. Может варьироваться в большом диапазоне. Чем больше данный параметр, тем дольше прослужит устройство;
  • Температуру, при которой возможна эксплуатация. Некоторые модели предназначены для эксплуатации исключительно внутри помещений при положительной температуре. Другие можно смело монтировать на улице. Выбирая прибор, надо точно знать его назначение и согласовать диапазон температур, в котором производитель рекомендует эксплуатировать устройство, с температурой в конкретной местности;
  • Материал корпуса. От этого зависит внешний вид изделия, его срок службы, стоимость и место установки;
  • Порядок монтажа. Для размещения прибора на подвесном потолке в комплект поставки должен входить специальный крепеж и вес должен быть подходящим;
  • Порядок подключения к системе электроснабжения, требуемые разъемы. В некоторых случаях при установке могут возникнуть очевидные трудности;
  • Способ подключения и принцип работы отдельных элементов;
  • Стоимость. Некоторые производители используют дорогостоящие материалы, существенно повышающие цену модели и незначительно ее эксплуатационные характеристики.

Порядок настройки

Чтобы датчик линейного перемещения справился с поставленной задачей, его надо правильно настроить. Большинство производителей в инструкции по эксплуатации указывают алгоритм действий пользователя, заинтересованного в точной и безупречной работе устройства.

В самом общем случае проверить необходимость поднастройки можно следующим образом:

  • Готовится электролампа мощностью 200Вт либо прожектор, имеющий достаточную яркость;
  • Прибор монтируется на место и подключается к системе электроснабжения;
  • На передающем модуле закрывается крышка;
  • Лампа подключается к системе электроснабжения;
  • Световой поток, формируемый лампой, направляется внутрь устройства. Следует добиться фокусировки формируемых бликов оптической системой;
  • Смотрят на свет. Если он размывается, а размеры превышают 3 мм, значит, без настройки оптической системы не обойтись;
  • Внимательно изучают инструкцию производителя, выполняя действия в точном соответствии с руководством по эксплуатации, добиваясь рекомендованных параметров. Содержание данного этапа может существенно отличаться для приборов определенного типа;
  • Закрывают крышку. Отключают датчик от системы электроснабжения;
  • Проводят повторную проверку, выждав некоторое время. Контролируют ранее перечисленные параметры.

При правильной настройки оптической системы датчик будет работать безукоризненно при любых условиях эксплуатации.

Видео по теме

Источник

Датчик линейного перемещения: назначение и виды

Содержание

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.

Читайте также:  Происхождение единиц измерения длины

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.

Источник

Датчики линейного перемещения – основные нюансы

Классификация приборов

Датчики линейного перемещения имеют несколько классификационных уровней, но основным является принцип действия, который определяет функциональное назначение и область использования приборов.

По принципу действия приборы контроля и измерения перемещений можно разделить на:

  1. Емкостные.
  2. Оптические (оптоэлектронные).
  3. Индукционные.
  4. Датчики магнитострикционного типа.
  5. Ультразвуковые.
  6. Резистивные, магниторезистивные и потенциометрические.
  7. Приборы, использующие в своей работе эффект Холла в быту, практически не используются.

Область применения датчиков

Любой датчик движения, вне зависимости принципа действия, предназначен для преобразования линейного перемещения в цифровой или аналоговый сигнал, который затем поступает к электронному блоку измерения или срабатывания. От принципа действия зависит точность измерения.

Часто нет необходимости в замере конкретной величины перемещения. Например, в охранных системах достаточно просто определить наличие перемещения в зоне контроля. Эти приборы получили название датчиков движения. От них не требуется высокая точность замера величины. Поэтому дешевые емкостные, оптические или индукционные устройства здесь наиболее распространены.

В промышленно-производственных системах автоматического управления требуется измерения величины перемещения. Причем измерение (например, в станках с числовым программным управлением) должно быть проведено с высокой точность и осуществляется или непрерывно, или дискретно – через определенные промежутки времени. В этом случае наибольшее распространение получили магнитострикционные приборы.

Емкостные датчики

Простейший емкостный датчик по своей конструкции напоминает конденсатор. При движении контролируемого объекта его емкость может изменяться путем:

  1. Изменения величины зазора между пластинами.
  2. Изменения взаимного положения пластин и как следствие этого увеличения (уменьшения) зоны взаимного перекрытия.
  3. Изменения диэлектрической проницаемости изолирующего слоя.

При изменении емкости устройства эта величина может сама по себе служить сигналом, передаваемый к электронным блокам управления, а может включать генератор импульсов, которые более просто поддаются дальнейшей обработке.

Наибольшее распространения емкостные устройства контроля перемещения нашли:

  1. В качестве источника сигнала в системах контроля заполнения резервуаров жидким или порошкообразным продуктом.
  2. Как прибор, контролирующий начало – окончание рабочего хода исполнительного органа робототехнических систем и автоматических станков и линий.
  3. Для позиционирования различных объектов.
  4. Как обычный конечный бесконтактный выключатель.
  5. В системах контроля и охранной сигнализации как «датчик присутствия».

Благодаря своей невысокой стоимости и надежности, емкостные устройства нашли самое широкое распространения в отдельных системах комплекса жизнеобеспечения «умный дом».

К их достоинствам, по сравнению с устройствами, использующими другой принцип действия, можно отнести:

  1. Упрощенную технологию массового производства, с использованием недорогих, широко распространенных материалов.
  2. Высокую чувствительность при малом энергопотреблении.
  3. Компактные размеры и незначительный вес.
  4. Долговечность, простоту и надёжность эксплуатации.
  5. Простоту адаптирования устройства к решению различных задач и возможность встраивания в любую конструкцию.

Основными факторами, сдерживающими широкое применение в высокоточных системах управления, являются:

  1. Относительно низкий коэффициент преобразования.
  2. Необходимость тщательной экранировки элементов датчика.
  3. Повышение точности работы прибора на более высоких частотах по сравнению с промышленной частотой в 50,0 герц.
  4. Высокая вероятность ложных срабатываний при изменении атмосферных условий (снег, дождь) что требует повышенной защиты источника сигнала.
Читайте также:  Прибор для измерения пещер

Индукционные датчики

Сигнал в индукционных датчиках формируется за счет изменения индуктивности катушки. Приборы этого типа отличаются высокой точностью, при незначительных габаритах. Индукционные приборы контроля способны проводить измерения дистанционно, а по типу их подразделяют на простые и дифференциальные.

Одно из конструктивных исполнений этих устройств представляет собой трансформатор, сердечник которого имеет возможность передвигаться. При перемещении сердечника индуктивность катушки меняется и это изменение является сигналом. Значение индуктивности изменяется пропорционально уровня перемещения сердечника.

Если контроль перемещения осуществляется в отношении ферримагнитных объектов, то сердечник не требуется. Деталь, попадая в поле электромагнитного излучения катушки, меняет ее индуктивность и формирует управляющий сигнал.

Контролирующие датчики индукционного типа нашли широкое применение в станках с программным управлением, бесконтактных системах охраны и для фактического измерения перемещения, с отчетом его значения по цифровой шкале или с выводом информации на экран жидкокристаллического дисплея.

Оптические и оптоэлектронные приборы контроля перемещений

Набольшее распространение для контроля движения и измерения расстояния получили оптические триангуляторы, являющиеся по своей сути обычным оптическим (лазерным) дальномером. Для контроля малых изменений линейных величин применяются приборы с поляризационной решеткой. Кроме того, оптические датчики широко используются в системах охраны в качестве «лучевого барьера».

К достоинствам этой категории приборов можно отнести:

  1. Реализацию бесконтактного контроля.
  2. Высокую точность.
  3. Практически мгновенно формирование управляющего сигнала (отсутствие времени задержки срабатывания).

Недостатками высокоточных оптических датчиков считаются:

  1. Значительная стоимость.
  2. Критичность к условиям окружающей среды.

Производители различного типа приборов

Крупнейшим российским производителем приборов для контроля перемещений является компания «ЭЛТЕХ» (Санкт-Петербург), специализирующая на устройства для контроля и измерения величины линейного перемещения индуктивного, резистивного и емкостного типа.

Линейные потенциометры модельных линий «Longfellow-2» и «DuraStar» обеспечивает измерение величины перемещения в пределах до 610,0 миллиметров с точностью 0,5%. Стоимость приборов зависит от измеряемого диапазона (модели) и объема поставки и оговаривается при заказе.

В последнее время большой популярностью пользуется недорогие, но достаточно точные приборы китайского производства.

Наиболее распространены следующие модели:

  1. «DEPP EP15-series» – приборы индукционного типа, применяемые в станках и системах автоматического контроля;
  2. Оптическое устройство «HENGXIA K100-series» позволяет контролировать размеры в диапазоне 50,0…7200,0 миллиметров;
  3. Линейный энкодер «Roundss Rlc50d» по сути является электронной рулеткой, позволяющей с высокой точностью замерять размеры и контролировать пройденный путь.

Стоимость китайской продукции зависит от курсовой стоимости рубля и уточняется при заказе.

Прибор контроля перемещения своими руками

Прибор для измерения величины перемещения изготовить самостоятельно практически невозможно. Однако радиолюбители достаточно часто собирают из вышедшей из строя радио и электронной аппаратуры датчики движения, которые с успехом используются в системах безопасности и жизнеобеспечения.

Например, датчик можно использовать для включения света в туалете, когда в помещение санузла заходит человек. Не менее популярны подобные устройства для включения-отключения освещения в жилых помещениях.

И конечно эти приборы незаменимы при формировании собственной системы безопасности, где они фиксируют любую попытку (неважно человек это или животное) несанкционированного проникновения на территорию защищаемого объекта (садового участка, балкона, гаража). Изготовление самодельного датчика движения рассмотрим на примере сборки оптоэлектронного устройства, контролирующего пересечение охраняемого периметра.

Из деталей для изготовления самого прибора потребуются:

  1. Блок питания от мобильного телефона с напряжением на входе 5,0 вольт.
  2. Фотоэлемент – лучше фоторезистор.
  3. Биполярный транзистор с «p-n-p» – переходом.
  4. Построечный потенциометр (сопротивление) с диапазоном регулировки 0…10,0 килоом.
  5. Электромагнитное реле, срабатывавшее при напряжении 5,0 вольт.
  6. В качестве источника излучения идеально подойдет лазерная указка, дающая тонкий, узконаправленный луч.

Порядок соединения схемы следующий:

  1. Катод фотоэлемента припаивается к плюсовому проводнику блока питания – эта точка будет является общим (массовым) проводником.
  2. К аноду фотоэлемента присоединяется просторечный потенциометр, при выведении его движка в среднее положение.
  3. Свободный контакт потенциометра припаивается к отрицательному проводнику блока питания, а контакт от его движка к базе транзистора.
  4. Эмиттер транзистора включается подсоединяется к общему «плюсу» схемы, а коллектор соединяется с одним из контактов реле.
  5. Второй контакт реле припаивается к отрицательному проводу блока питания.

При освещении окошка фотоэлемента лазерной указкой, поворотом движка потенциометра добиваются надежного срабатывания реле. К коммутационным контактам реле можно подключить любой источник сигнала – ревун, лампу накаливания, светодиодный индикатор. Недостатком данного устройства является то, что оно срабатывает только при пересечении луча света.

То есть в режиме ожидания все его элементы функционируют. При различных способах коммутации контактов реле можно добиться включения света при первом пересечении луча и его отключении при повторном.

Источник