Лекция Индуктивные датчики положения

Индуктивные датчики положения   Индуктивные   датчики   находят   широкое   применение   в   машиностроении, пищевой,   текстильной   и   других   отраслях.   Они   наиболее   эффективно используются в качестве конечных выключателей в автоматических линиях и станках, так как индуктивные датчики срабатывают только на металлы и не чувствительны   к   остальным   материалам.   Это   увеличивает   защищенность индуктивных датчиков от помех; например, введение в зону чувствительности выключателя   рук   оператора,   эмульсии,   воды,   смазки   и   т.д.   не   приведет   к ложному   срабатыванию.   Объектом   воздействия   для   индуктивных выключателей (датчиков) являются  металлические  детали: зубья шестерен, кулачки,   ползуны;   часто   это   металлическая   пластина,   прикрепленная   к соответствующей детали оборудования.   Согласно статистике 90% дискретных датчиков положения ­ индуктивные датчики. Это объясняется высокими эксплуатационными характеристиками, надежностью   и   низкой   стоимостью   индуктивных   датчиков   по   сравнению   с другими типами датчиков.              Рис.  . Устройство индуктивного датчика   Источник: http://www.straus­com.ru/fstore/indsensor.jpg  Генератор создает электромагнитное поле взаимодействия с объектом.    Триггер   обеспечивает   гистерезис   при   переключении   и   необходимую длительность фронтов сигнала управления.   Усилитель увеличивает амплитуду сигнала до необходимого значения.  Светодиодный индикатор показывает состояние выключателя, обеспечивает контроль работоспособности, оперативность настройки. Компаунд   обеспечивает   необходимую   степень   защиты   от   проникновения твердых частиц и воды.    Корпус   обеспечивает   монтаж   датчика,   защищает   от   механических воздействий,   выполняется   из   латуни   или   полиамида,   комплектуется метизными изделиями.   При подаче напряжения питания перед активной поверхностью индуктивного датчика   образуется   переменное   магнитное   поле,   создаваемое   катушкой индуктивности   генератора.   При   попадании   объекта   воздействия   в   зону чувствительности   выключателя,   снижается   добротность   колебательного контура   и   амплитуда   колебаний,   что   вызывает   срабатывание   триггера   и изменение состояния выхода датчика.   Номинальное   расстояние   воздействия   (Sn)   и   гарантированный   интервал воздействия   (Sa),   указанные   в   технических   характеристиках   датчика, относятся к стандартному объекту воздействия ­ это квадратная пластина из стали Ст 40, толщиной 1мм, сторона квадрата равна большему из значений: диаметру   активной   поверхности   выключателя   или   значению   3Sn. Соотношение для определения реального расстояния воздействия (Sr): 0,9 Sn <  Sr  <   1,1 Sn  ­  справедливо   для   стандартного   объекта   воздействия.  Если объект   воздействия   имеет   размеры   меньше   стандартного,   то   расстояния воздействия Sn, Sr, Sa следует умножить на поправочный коэффициент К. Поправочные   коэффициенты   К   вводят   также,   если   объект   воздействия выполнен не из стали, а из других металлов и сплавов.       Источник: http://www.straus­com.ru/fstore/indgraphic.jpg  Магниторезистивные   датчики   магнитного   поля   в   качестве   чувствительного элемента содержат магниторезистор. Принцип действия датчика заключается в эффекте изменения оммического сопротивления материала в зоне действия магнитного   поля.   Наиболее   сильно   этот   эффект   проявляется   в полупроводниковых материалах. Изменение их сопротивления может быть на несколько порядков больше чем у металлов. Физическая   суть  эффекта  заключается   в  следующем.   При   нахождении полупроводникового элемента с протекающим током в магнитном поле, на электроны   действуют   силы   Лоренца.   Эти   силы   вызывают     отклонение движения   носителей   заряда   от   прямолинейного,   искривляют   его   и, следовательно,   удлиняют   его.   А   удлинение   пути   между   выводами полупроводникового элемента  равносильно изменению его сопротивления. В   магнитном   поле   изменение   длины   «пути   следования»   электронов обусловлено взаимным положением векторов намагниченности этого поля и поля протекающего тока. При изменении угла между векторами  поля и тока пропорционально изменяется и сопротивление.  Таким   образом,   зная   величину   сопротивления   датчика   можно   судить   о количественной характеристике магнитного поля. Магнитосопротивление   сильно   зависит   от   конструкции   магниторезистора. Конструктивно   датчик   магнитного   поля   представляет   магниторезистор, состоящий   из   подложки   с   расположенной   на   ней   полупроводниковой полоской. На полоску нанесены выводы.   Такие датчики обладают малым сопротивлением, поэтому на одной подложке размещают необходимое число полосок и соединяют их последовательно. С   этой   же   целью   часто   датчик   выполняется   в   виде   диска   Корбино. Запитывается датчик путем подключения к выводам расположенным в центре диска   и   по   его   окружности.   При   отсутствии   магнитного   поля   путь   тока прямолинеен   и   направлен   от   центра   диска   к   периферии   по   радиусу.   При наличии   магнитного   поля   ЭДС   Холла   не   возникает,   так   как   у   диска отсутствуют противоположные грани. Сопротивление же датчика изменяется ­ под действием сил Лоренца пути тока искривляются.  Датчики  этого   типа,  благодаря  высокой  чувствительности,  могут  измерять незначительные изменения состояния магнитного поля и его направление. Они применяются в системах навигации, магнитометрии, распознавания образов и определения  положения объектов. Индукционные датчики магнитного поля Датчики этого типа относятся к генераторному типу датчиков. Конструкции и   назначения   таких   датчиков   различна.   Они   могут   использоваться   для определения   параметров   переменных   и   стационарных   магнитных   полей.   В данном   обзоре   рассмотрен   принцип   работы   датчика,   работающего   в постоянном магнитном поле. Принцип   работы   индукционных   датчиков   базируется   на   способности переменного магнитного поля индуцировать в проводнике электрический ток. При   этом   ЭДС   индукции,   появляющаяся   в   проводнике,   пропорциональна скорости изменения магнитного потока через него.  Но   в   стационарном   поле   магнитный   поток   не   изменяется.   Поэтому   для измерения параметров стационарного магнитного поля применяются датчики с катушкой индуктивности, вращающейся с постоянной скоростью. В этом случае магнитный поток будет изменяться с определенной периодичностью. Напряжение на зажимах катушки будет определяться скоростью изменения потока (числом оборотов  катушки) и количеством витков катушки. По   известным   данным   легко   вычисляется   величина   магнитной   индукции однородного магнитного поля.