PRZETWORNIKI PRZEMIESZCZENIA
(9)
Przetworniki przemieszczenia – są to urządzenia, zadaniem których jest określenie wartości wzajemnego przemieszczenia elementów względem siebie.
W przetwornikach tych są wykorzystane :
§ wzorce inkrementalne,
§ wzorce falowe.
Przetworniki przemieszczenia ze wzorcami inkrementalnymi
W tych wzorcach wraz ze zmianą wymiaru (przemieszczenie suwaka względem wzorca) występują zmiany właściwości fizycznych (optycznych, magnetycznych lub elektrycznych).
W zależności od rodzaju właściwości przetworniki dzielą się na :
§ przetworniki fotoelektryczne,
§ przetworniki magnetyczne,
§ przetworniki indukcyjne,
§ przetworniki pojemnościowe.
2
1
3
4
5
1- źródło światła,
2- kondensor,
3- wzorzec inkrementalny,
4- przesłona,
5- fotodioda.
PRZYKŁAD nr 1
Rys. 2. Układ pomiarowy optoelektroniczny projekcyjny z przysłoną o czterech polach (firma Heidenhain):
a) ze wzorcem szklanym, b) ze wzorcem metalowym;
1 - wzorzec inkrementalny, 2 - przysłona z siatką, 3 - siatka (podziałka) wzorca, 4 - wskażnik referencyjny, 5 - źródło światła, 6 - kondensor, 7 - fotodiody, T - okres podziałki (stała siatki);
W konstrukcji tej zarówno przysłona, jak i fotodiody znajdują się w bardzo małej odległości od wzorca.
WZORCE INKREMENTALNE
Szklane - T = 10 mm lub 20 mm.
Metalowe - T= 40 mm lub 100mm.
Długości wzorców - L = 100 ¸ 6000 mm.
Dokładności wzorców ± 1mm / 1 m.
Rys. 3. Sygnały otrzymane z przetwornika optoelektronicznego inkrementalnego układu pomiarowego:
§ a), b), c) i d) - sygnały z fotodiod,
§ e) i f) - sygnały po zsumowaniu,
§ g) i h) - sygnały w postaci prostokątnej, (generowane w elektronicznym układzie kształtowania sygnału)
§ sygnał referencyjny.
PRZYKŁAD nr 2
ZASTOSOWANIE
§ Długościomierze,
§ Mikroskopy,
§ Maszyny współrzędnościowe.
Przetworniki magnetyczne
Rys. 4 Przetwornik z wzorcem inkrementalnym magnetycznym: 1 - pręt okresowo namagnesowany T = 200 mm , 2 - suwak, Is - prąd wzbudzenia ( uzwojenia pierwotne), S1 i S2 - sygnały wyjściowe.
S2 - przesunięty względem S1 o 1/4 T.
Wada - wrażliwy na zanieczyszczenia (szczelina między wzorcem a suwakiem rzędu kilku mm).
Rys. 5 Przetwornik magnetoelektryczny; 1 - rura cienkościenna, 2 - suwak z uzwojeniem (5,6,7,8), 3 - stalowe kulki o dużej dokładności wymiarowej, 4 – korpus.
Zmiany natężenia wytworzonego pola magnetycznego ( natężenie pola magnetycznego jest zależne od położenia suwaka względem kulki) są przetwarzane na impulsy elektryczne. Rozdzielczość odczytu - dziesiąte części mikrometra.
Przetworniki indukcyjne ( induktosyny)
Wykorzystuje się tutaj zjawisko zmiany indukcyjności wzajemnej pomiędzy dwoma zespołami uzwojeń ( liniału – część ruchoma i suwaka- część nieruchoma).
Rys.6 Układ pomiarowy indukcyjny: 1 - liniał , 2 - suwak. a - zasada działania, b - schemat konstrukcyjny. S = 0,25 mm
Liniał - paramagnetyczny ( metalowy z izolacją magnetyczną) , na którym są meandrycznie położone uzwojenia. T = 2 mm, L = 250 mm.
Można je łączyć szeregowo.
Suwak - dwa uzwojenia, zasilane Uzas. Częstotliwość - 2 ¸ 10 kHz.
Zastosowanie - obrabiarki ( niewrażliwy na zanieczyszczenia), dokładność ¸ 1,5 mm /250 mm.
Indukcyjny przetwornik przemieszczenia -zastosowanie
Rys. 1 Indukcyjny przetwornik przemieszczenia: a) widok, b) rozmieszczenie uzwojeń na liniale i suwaku; 1- uzwojenie liniału, S,C – uzwojenie suwaka.
Można zastosować w przetwornikach obrotowych (przemieszczenia kątowe).
Rys. 7 Schemat rozwiązania induktosynu obrotowego.
Szczelina - 0,18 mm, przekazywanie sygnału pomiarowego z rotora do statora - transformatorowe, dokładność przetwarzania ¸ 1,5 ".
Przetworniki pojemnościowe.
Schemat przetwornika pojemnościowego.
Rys. 8 Schemat przetwornika pojemnościowego. 1 - liniał (wzorzec), 2 - suwak (czytnik ), 3 - paski przewodzące prąd.
LINIAŁ (WZORZEC)
A
a)
b)
4"
Rys. 9 Budowa liniału przetwornika pojemnościowego:a) przekrój liniału, b) kształt uzojenia "2", 1 - warstwy izolacyjne liniału, 2 - uzwojenie mosiężne (wg rys. b).
CZYTNIK - na powierzchni od strony liniału jest szereg równomiernie rozmieszczonych, przewodzących prąd pasków o szerokości A/4.
W trakcie przesuwu czytnika paski wraz z uzwojeniem liniału tworzą zespoły zmiennych pojemności, które zostają zamienione ( w układach elektronicznych) na cyfrową postać przesunięcia.
Są również inne rozwiązania przetworników pojemnościowych.
Przetworniki przemieszczenia ze wzorcami falowymi
Przetwornik przemieszczeń liniowych z wzorcem falowym (interferometr laserowy) - rys. 10.
Rys. 10 Przetwornik przemieszczeń liniowych z wzorcem falowym (interferometr laserowy); 1 - laser ( jednoczęstotliwościowy), 2 - pryzmat dzielący, 3 - reflektor stały, 4 - reflektor ruchomy, 5 - układ fotodetekcyjny, 6 - układ formowania impulsów prostokątnych, 7 - licznik impulsów.
...
Marcianus