Энкодер это средство измерений

Принцип работы инкрементного и абсолютного энкодера

В статье вы узнаете, что такое энкодер, какие он может измерять величины. Узнаете что такое инкрементальный и абсолютный энкодер. Познакомитесь с классификацией по принципу действия. А также узнаете на какие характеристики энкодеров нужно обращать внимание при выборе. Напоследок, небольшой список производителей.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Датчики измерения давления» или «Относительная влажность воздуха».

Что такое энкодер

Контроллер (датчик) положения вращающегося объекта или по-другому энкодер — это электромеханическое устройство, с помощью которого можно определить положение вращающейся оси (вала). В данном устройстве механическое движение преобразовывается в электрические сигналы, определяющие положение объекта, дают информацию об угле поворота вала, его положении и направлении вращения. С помощью энкодера также можно измерить длину и расстояние или установить перемещение инструмента.

Энкодеры имеют широкую сферу применения в печатной промышленности, металлообработке, лифтовой технике, автоматах для фасовки, упаковки и розлива, в испытательных стендах, а также в роботах и прочих машинах, требующих точной регистрации показателей движения частей. Они практически полностью заменили широко распространенные ранее сельсины.

Типы энкодеров

Выделяют следующие типы энкодеров: инкрементальные (инкрементные) и абсолютные.

Инкрементальный энкодер

Инкрементальный энкодер — это устройство, которое определяет угол поворота вращающегося объекта, выдавая импульсный цифровой код. Используется для определения скорости вращения вала (оси), когда нет нужды сохранять абсолютное угловое положение при выключении питания. То есть, если вал неподвижен, передача импульсов прекращается. Другими словами, если включить энкодер этого типа, то отсчет поворота угла начнется с нуля, а не с угла на который он был выставлен до момента выключения. Оси объекта и энкодера соединяются между собой с помощью специальной гибкой переходной муфты или жесткой втулки, либо энкодер может помещаться собственно на сам вал. Основным преимуществом инкрементальных энкодеров является их простота, надежность и относительно низкая стоимость.

Абсолютный энкодер

Абсолютный энкодер выдает цифровой код, различный для каждого положения объекта, позволяет определять угол поворота оси даже в случае исчезновения и восстановления питания и не требует возвращения объекта в начальное положение, что является несомненным преимуществом этого типа энкодеров. Так как угол поворота всегда известен, то счетчик импульсов в этом случае не нужен. Сигнал абсолютного энкодера не подвергается помехам и вибрации и тем самым для него не нужна точная установка вала. Абсолютный энкодер используется в высокоточных системах: робототехника, станки с числовым программным управлением и др.

Классификация по принципу действия

По принципу действия различают:

  • энкодеры оптические
  • магнитные
  • магниторезисторные

Оптические

Рис. Схема оптического энкодера.

Конструкция оптического энкодера состоит из специального оптического диска, светоизлучающего диода и фотодетектора. Диск с нанесенной оптической шкалой (поверхность диска состоит из прозрачных и непрозрачных участков) жестко закрепляется на валу. При вращении объекта специальный датчик считывает информацию и преобразовывает ее в импульсы.

Магнитные

Рис. Схема магнитного энкодера.

Магнитный энкодер включает в себя вал с магнитом и датчиком Холла, который регистрирует последовательность прохождения магнитных полюсов (северные и южные) и измеряет скорость и направление вращения.

Магниторезисторные

Рис. Схема магниторезистивного энкодера.

Магниторезистивный энкодер состоит из катушки помещенной в магнитное поле, катушка закрепляется на валу. При вращении катушки ее витки будут изменять положение относительно поля, они будут то пералельны полю, то перпенликулярны, соответсвенно ток в катушке будут меняться. Таким образом, протекащий через катушку ток будут изменяться в зависимости от угла поворота вала.

Параметры, на которые необходимо обратить внимание при выборе энкодеров

При выборе энкодера следует обратить внимание на следующие параметры:

  1. Число импульсов на оборот (число бит у абсолютных энкодеров). От данного показателя зависит точность системы — чем больше импульсов тем выше точность.
  2. Вал, отверстие под вал (и их диаметр). От этого зависит каким образом на энкодер будет передаваться вращение, либо объект будет подсоединяться к отверстию энкодера, либо на вал энкодера будет передаваться вращение с помощью, например, зубчатой передачи или ремня.
  3. Тип выходного сигнала энкодера (HTL, TTL, RS422, двоичный код, код Грея, и др.). Данный параметр влияет на снятие сигнала энкодера и дальнейшую его передачу..
  4. Напряжение питания. От этого показателя зависит работа системы и точность снятия сигнала.
  5. Длина кабеля или тип разъема влияют на возможности установки рабочей системы.
  6. Другие требования по крепежу (необходимость муфты, монтажного фланца, крепежной штанги и др.). Данный параметр влияет на устойчивость установки и тем самым на точность системы.
  7. Важна также степень защиты энкодера от проникновения пыли и влаги.

Производители

На российском рынке основными производителями энкодеров являются предприятия Екатеринбурга, а именно — ЗАО «Сенсор», НПП «Уралметаллургавтоматика», ЗАО «Уралчерметавтоматика». Кроме этого, выделяют НПК «ТЕКО» (г. Челябинск), СКБ ИС (г. Санкт-Петербург), Меандр (г. Санкт-Петербург), СТРАУС (г. Тольятти), Мега-К (г. Калуга) и др.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

Источник

Энкодер: что это такое, принцип работы, виды, для чего используется

Энкодер – это устройство для замеров тех или иных параметров цифровыми методами. К таковым могут относиться параметры передвижения деталей, углы их поворота, направление перемещения, скорость. Энкодер еще называют преобразователем угловых помещений.

Наиболее важный параметр прибора – число импульсов, которые образуются в течение совершения одного оборота. Это так называемая разрядность энкодера. Иногда ее еще называют разрешением или разрешающей способностью. Как правило, параметры разрешающей способности равны 1 024 за каждый оборот.

Среди прочих важных конструктивных параметров выделяют:

  1. Рабочее напряжение на устройстве.
  2. Тип вала – он может быть как пустым, так и сплошным.
  3. Размеры вала и отверстия.
  4. Способ выхода.
  5. Габариты корпуса устройства.
  6. Метод крепления.

Разновидности энкодеров

Любой энкодер представляет собой поворотный датчик. Самая простая его конструкция оснащается ручкой, которая может осуществлять повороты в разные стороны. От того, на сколько углов было совершено вращение, а также от направления вращения и будет зависеть цифровой сигнал на выходе.

Эти устройства принято разделять по таким критериям:

  • инкрементные и абсолютные;
  • оптические, магнитные и механические.

Энкодер инкрементного типа образует импульсы, которые определяются устройством считывания информации. Это и позволяет им определять положение того или иного объекта, а также подсчитывать количество импульсов.

Когда устройство приводится в работу, настоящее положение целевого объекта еще неизвестно. Для того чтобы подключилась система отсчета, используется нулевая отметка. Через нее вал проходит после включения энкодера.

При всех своих плюсах, данная разновидность устройств имеет некоторые недостатки. Например, то, что определение пропуска импульсов от преобразовательного устройства невозможно. Порой это способствует накоплению ошибок во время определения угла поворота. Чтобы избежать этого, применяют пару каналов измерения – синусные и косинусные.

Абсолютные энкодеры имеют специальный поворотный круг, который разделен на специальные секторы, как правило, имеющие одинаковые размеры и пронумерованные. Когда устройство включается в работу, выдается тот или иной номер сектора, где оно находится в данный момент. Отсюда и название – абсолютный энкодер. Данная конструктивная особенность позволяет быстро определить как угол, так и положение, а также направление вращения. Данные параметры определяются относительно нулевого сектора диска.

Абсолютные угловые датчики не требуют соединения системы отсчета с нулевым значением. Для начала определения положения и иных показателей в них применяется так называемый код Грея. Именно он позволяет избегать ошибок.

Можно назвать лишь один недостаток данного типа датчика – это необходимость постоянного перевода в двоичные коды для определения положения. Оптический тип датчика конструктивно предусматривает наличие оптического растрового диска, который закрепляется на вал. Когда тот вращается, формируется световой поток, затем он воспринимается фотоприемником.

Оптические энкодеры абсолютного типа – это устройства, в которых каждая позиция вала обладает своим выходным цифровым кодом, являющимся главным показателем для устройства. Согласно ему и производятся вычисления, а также закрепление параметров передвижения диска.

Существует также магнитная разновидность энкодеров, которые регистрируют движение подвижных магнитных элементов. Затем данные переводятся в определенные сигналы, понятные системе.

Наконец, механические энкодеры. Они имеют диск, изготовленный из диэлектрика, на котором нанесены выпуклые, либо непрозрачные области. Значение абсолютного угла считывается при помощи линейки контактов и переключателей. Здесь также работает код Грея. Он позволяет устранить неоднозначные интерпретации сигналов.

В качестве минусов данных типов энкодеров можно назвать разбалтывание контактов со временем. Это будет приводить к тому, что сигнал подвергнется искажению, выдавая не всегда достоверные подсчеты. Датчики оптических и магнитных моделей лишены данного недостатка.

Кроме того, различают одно- и многооборотные энкодеры. Однооборотным является датчик, выдающий показания по абсолютному значению в рамках вращения на 360 градусов, то есть внутри одного оборота. После того, как оборот будет совершен, код начинает считываться заново. Обычно датчики таких моделей находят свое применение в антенных системах, коленчатых прессах и т.п.

Многооборотные устройства, как несложно догадаться, рассчитаны на счет кодов в течение определенного числа оборотов. К примеру, для линейных проводов, либо для измерительных задач при помощи зубчатых измерительных штанг данный подход считается неприменимым. Тогда выручают датчики, которые не только измеряют углы поворотов внутри одного вращения, но и регистрируют количество вращений посредством особого передаточного устройства.

Особенности настроек и подключения

Монтажом энкодеров должен заниматься только профессиональный мастер. Они монтируются обычно на том валу, с которого считывается информация. Применяются переходные муфты для компенсации различия размеров. Корпус энкодера необходимо как можно более прочно закрепить.

Если же речь идет о монтажных работах на полом валу, то требуется прибегнуть к иному методу. В этом случае вал включается внутри датчика и монтируется внутри полой втулки. При этом сам корпус считывающего устройства закреплять не следует.

Если брать самый элементарный случай подключения, то, по возможности, следует подключить выход преобразователя к входу счетного устройства, и запрограммировать его на определенные параметры скорости.

В основном, преобразователи применяются совместно с контроллерами. К преобразователю необходимо присоединить нужные выходы. После этого программой будет автоматически определено, какое положение объект занимает в данный момент времени, какова его скорость, каким ускорением он обладает.

Характеристики

Каждая разновидность энкодера имеет свои особенности и характеристики:

  • Величина импульсов, которая производится в момент одного оборота диска в процессе работы. Может варьироваться от 1 до 5 тысяч импульсов.
  • Для абсолютных энкодеров важна такая характеристика, как разрядность бит или их количество.
  • Тип вала, используемого в устройстве, может отличаться — он бывает с прямой осью или полый.
  • Учитывается разновидность используемого фланца на валу под шпонку.
  • Сигнал при выходе может отличаться.
  • Уровень напряжения питания.
  • Используемый тип разъема и длина кабеля.

В зависимости от сложности устройства и возможности выдерживать различные нагрузки, отличается и сфера применения. Простые датчики имеют минимальное оснащение и используются в несложных механизмах. Высокоточные устройства с высокой производительностью, защитой от температурного воздействия или взрывов применяются в промышленности и сложных технических устройствах.

Где может быть использовано устройство

Существует немало сфер и областей, в которых энкодеры нашли широкое применение. Достаточно рассмотреть наглядные примеры использования этих устройств, чтобы убедиться в их популярности:

  • В механизмах, работающих для нужд печатной промышленности, эти датчики контролируют вращение валов, по которым проходит бумага и краска.
  • На предприятиях, где ведется металлообработка, они задействованы при вращении валов с металлическими лентами.
  • При конструировании различных моделей и устройств в области робототехники помогают контролировать движение различных частей робота.
  • В автомобилестроении с помощью датчиков определяется угол поворота колеса.
  • Городское хозяйство нельзя представить без лифтов – для их работы также требуются энкодеры.
  • В пищевой и химической промышленности необходимо постоянно фасовать продукцию в больших объемах. Этим занимаются автоматизированные устройства, в которых установлены энкодеры.
  • Даже в домашних условиях можно легко найти предмет, в котором есть энкодер — это компьютерная мышь, которая есть практически в каждой квартире.
  • В различных электротехнических устройствах, например, сервомоторах, требующих высокой точности, также установлены датчики.

В зависимости от сферы использования и особенностей устройства, энкодеры могут решать различные задачи. Они измеряют угловые положения, помогают определить позиционирование объектов, детектируют положение в пространстве, могут проводить определение позиций с высокой точностью, а также измерять вращательные движения.

Преимущества и недостатки энкодеров.

К плюсам данных устройств можно отнести:

  1. Дешевизну и простоту в монтаже и применении.
  2. Минимальное количество ошибок во время подсчета импульсов, либо полное их отсутствие.
  3. Универсальность использования.
  4. Возможность определения направления вращения замеряемого объекта.

Существуют и определенные недостатки:

  1. Возможные ошибки при запуске системы и наличие ошибок во время работы. Особенно это будет проявляться в случае неверно выбранного типа энкодера и его монтажа.
  2. Наличие некоторых ограничений в плане обеспечения разрешающей способности – при повышении степени точности определения потребуется увеличивать и число рабочих каналов.
  3. Необходимость преобразования двоичного кода Грея в некоторых типах датчиков.

Стоит заметить, что эти и прочие недостатки с лихвой перекрываются удобством и универсальностью энкодеров.

Вы всегда можете приобрести энкодеры Omron и Sick по привлекательным ценам в нашем интернет-магазине.

  1. Любая информация, переданная Сторонами друг другу при пользовании ресурсами Сайта (http://www.techtrends.ru), является конфиденциальной информацией.
  2. Пользователь дает разрешение Администрации Сайта на сбор, обработку и хранение своих личных персональных данных, а также на рассылку текстовой и графической информации рекламного характера.
  3. Стороны обязуются соблюдать данное соглашение, регламентирующее правоотношения связанные с установлением, изменением и прекращением режима конфиденциальности в отношении личной информации Сторон и не разглашать конфиденциальную информацию третьим лицам.
  4. Администрация Сайта собирает два вида информации о Пользователе:

— персональную информацию, которую Пользователь сознательно раскрыл Администрации Сайта в целях пользования ресурсами Сайта;
— техническую информацию, автоматически собираемую программным обеспечением Сайта во время его посещения.

Источник

Энкодеры (Encoders): виды, назначение и применение

Часто можно слышать названия: преобразователь перемещений, датчик положения, шифратор, кодировщик, ДОС (датчик обратной связи), позиционер. В английской верcии transducer, sensor. В немецкой – drehgeber (если угловой), line geber- (если линейный).

Так что же такое энкодер (encoder)? Прежде всего это преобразователь. Устройство, преобразующее изменение физических величин в последовательность импульсов, которые поступают в контроллер, ЧПУ, ПК или иное принимающее устройство. Эти импульсы формируют электрический сигнал, который сообщает о величине и направлении перемещения. Физическими величинами могут быть:

  • оптический сигнал – то есть световой поток, проходящий через шкалу или отраженный от нее;
  • изменение магнитного поля (принцип основан на эффекте Холла);
  • изменение индуктивного полня (связи между обмотками при перемещении);
  • изменение электрического поля (емкостной принцип).

Виды энкодеров

Классификацию можно вести по нескольким критериям. Основные это: принцип действия, что измеряет, тип измерения, степень точности, другие.

Принцип действия бывает:

  • Оптический – высокая точность и невысокая устойчивость к воздействиям внешней среды. Строгие требования к монтажу.
  • Магнитный – меньше требований к монтажу, не высокая точность. Высокая устойчивость к воздействиям внешней среды. Подходит для тяжелых условий.
  • Индуктивный – достаточно высокая точность. Не боится воздействия агрессивной среды. Есть особенности при монтаже и обработке сигнала.
  • Емкостной – компактный (очень плоский) датчик, обеспечивает высокое разрешение при небольшой высоте.

В этот перечень можно включить функциональные аналоги: потенциометры, резистивные сенсоры, тахогенераторы, резольверы.

Измерять энкодеры могут линейное перемещение (положение), скорость линейного объекта, угол, вращение (скорость вращения), поворот, наклон. Поэтому, в зависимости от объекта измерения, преобразователь может быть:

Два типа измерения:

  • Абсолютный (absolute) – каждому положению соответствует свой определенный код. Определяет информацию о позиции даже после выключения питания. Получают все более широкое распространение в связи с развитием технологий и повышением требований к быстродействию и передаче данных.
  • Инкрементальный (инкрементный, incremental) – иначе относительный. Счет идет только при включенном питании. Часто имеют вспомогательную референтную (ноль) метку. В свое время пришли на смену сельсинам, индуктосинам и вращающимся трансформаторам. Прочно удерживают свою нишу в общепромышленных процессах.

По точностным характеристикам:

  • Высокоточные (в основном оптические):
    • Угловые имеют точность от +/-15” на оборот и выше;
    • Линейные от +/-3 мкм/метр.
  • Общепромышленные:
    • Угловые – точность в пределах +/-30”…+/-150”;
    • Линейные – от +/-5 мкм/метр до +/-40 мкм/метр.
  • Без классификации:
    • Угловые – точность в грубее +/-0,1 °;
    • Линейные – грубее 100 мкм/метр.

Конструкция стандартного углового энкодера имеет: вал, подшипниковый узел, шкалу, сенсорный элемент, фланец, кожух, соединитель или кабель.

Стандартный линейный датчик (на инженерном жаргоне линейка): корпус, шкалу, считывающую головку, соединитель или кабель.

Применение энкодера

Сферы, где встречаются датчики угла, «линейки», резольверы очень разнообразны. Любой процесс автоматизации сегодня не обходится без сенсоров состояния и обратной связи. Управление работой ведется оператором, пользователем, программой с рабочей панели на объекте или дистанционно. В следующих применениях все чаще можно встретиться с энкодером:

  • Перемещение материалов:
    • Конвейеры;
    • Крановое оборудование;
    • Складские системы.
  • Подъемное оборудование:
    • Эскалаторы;
    • Лифты.
  • Робототехника
  • Строительная техника
  • Медицинские установки:
    • Томографы и Рентген-аппараты;
    • Хирургические роботы;
    • Системы перемещения пациентов.
  • Нефтегазовые платформы
  • Металлообрабатывающие станки:
    • Токарные;
    • Фрезерные;
    • Расточные;
    • Шлифовальные.
  • Деревообработка
  • Железнодорожный и муниципальный транспорт
  • Трубопроводы
  • И др

Хорошая работа системы зависит от правильно подобранного оборудования. Энкодер является одним из элементов нижнего уровня, так называемым пассивным элементом (slave). Несмотря на нахождение на низшем уровне архитектуры процесса без него невозможна точная работа оборудования. Грамотная техническая поддержка и широкий выбор моделей, параметров, габаритов, типов подключения дает гибкость и экономит время. C одним из самых полных ассортиментов энкодеров на рынке познакомьтесь на сайте f-enco.ru.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector