Cwicz. 4 Sensory i elementy wykonawcze SiEWA/BCIPL Temat

Cwicz. 4
Sensory i elementy wykonawcze
SiEWA/BCIPL
Temat ćwiczenia: BEZDOTYKOWY CZUJNIK INDUKCYJNY
POŁOŻENIA LINIOWEGO
1. Wprowadzenie
Czujnik położenia liniowego jest to urządzenie służące do realizacji takich zadań, jak np.
pomiar odległości pomiędzy miejscem jego zamontowania a przedmiotem lub wykrywanie
przeszkód znajdujących się na trajektorii ruchu manipulatora robota, w celu uniknięcia
przypadkowych zderzeń. Informacją wyjściową czujnika jest wartość zmierzonej odległości
pomiędzy czujnikiem i badanym przedmiotem.
Zakres działania czujnika wynosi zwykle 10 do 200 mm. Do pomiaru mniejszych odległości
stosowane są inne czujniki - specjalne.
Spośród różnych typów czujników położenia liniowego najszersze zastosowanie w
automatyce znalazły czujniki indukcyjne, ultradźwiękowe i optyczne.
Zasada działania czujnika indukcyjnego wykorzystuje zależność amplitudy napięcia na
wyjściu generatora, pobudzającego źródło zmiennego pola magnetycznego, od
strat
powodowanych przez prądy wirowe w ośrodku w pobliżu tego źródła. Źródłem tym jest zwykle
cewka nawinięta na otwartym rdzeniu ferrytowym, odpowiednio ukierunkowanym, tworzącym
strefę czułości czujnika (rys. 1).
Źródło prądowe
Rdzeń ferrytowy
z uzwojeniami
Wzmacniacz
wyjściowy
+
0-20mA
~
~
Pole
magnetyczne
Oscylator LC
Rys. 1.
Detektor Układ progowy
z histerezą
-
Schemat blokowy czujnika indukcyjnego.
Uzwojenie jest przyłączone do oscylatora LC o częstotliwości od 200 kHz do 1 MHz.
Wprowadzenie w obszar tego pola przedmiotu metalowego powoduje indukowanie się w nim
prądów wirowych, co odbywa się kosztem energii pola magnetycznego i oznacza zmniejszenie
amplitudy sygnału wyjściowego z oscylatora. Zmiana ta jest sygnalizowana poprzez układ
zawierający detektor amplitudy, układ progowy i wzmacniacz wyjściowy. Standard napięcia lub
prądu wyjściowego jest zależny od konkretnego wykonania czujnika.
Chociaż czujniki indukcyjne charakteryzują się dużą wytrzymałością i niezawodnością,
istotną niedogodnością jest fakt, że mogą być wykorzystywane do pomiaru odległości tylko do
przedmiotów metalowych.
04_SiEWA_BCIPL.doc
1
07/10/2016
Cwicz. 4
Sensory i elementy wykonawcze
SiEWA/BCIPL
2. Zestaw aparatury
Stanowisko pomiarowe zawiera wszystkie elementy niezbędne do przeprowadzenia
ćwiczenia. Są nimi: trwale umocowany do podstawy czujnik, który będzie badany, próbka
materiału sprzężona z głowicą mikrometryczną umożliwiającą precyzyjne określenie odległości
próbki od czoła czujnika oraz zespół zasilacza ze wskaźnikiem pomiarowym. Szkic stanowiska
pomiarowego przedstawia rys. 2.
6
8
1
7
5
9
2
3
4
Rys. 2.
Stanowisko pomiarowe: 1) podstawa montażowa, 2) badany czujnik, 3) głowica
mikrometryczna, 4) próbka materiału, 5) zespół zasilacza i wskaźnika, 6) włącznik zasilania,
7) kontrolka zasilania, 8) wyświetlacz ciekłokrystaliczny, 9) wtyk zasilania sieciowego.
Czujnik posiada wyjście prądowe o wydajności proporcjonalnej do odległości pomiędzy
próbką materiału, a czołem czujnika. Pomiar wydajności źródła prądowego czujnika
przeprowadzany jest w prostym układzie przedstawionym na rys. 3:
BN
BK
+
R=10 
BU
-
V
Rys. 3.
Schemat układu do pomiaru wydajności źródła prądowego czujnika.
W takim układzie wydajność źródła prądowego można oszacować następująco:
I
04_SiEWA_BCIPL.doc
U [mV ]
[mA] .
10
2
07/10/2016
Cwicz. 4
Sensory i elementy wykonawcze
SiEWA/BCIPL
Wartość rezystora R została tak dobrana, aby spadek napięcia przy maksymalnym prądzie
nie wpływał na liniowość źródła prądowego (tj. w celu zapewnienia dostatecznej różnicy
pomiędzy napięciem zasilającym czujnik a maksymalnym spadkiem napięcia na rezystorze R)
oraz dla zapewnienia wykorzystania zakresu pomiarowego woltomierza.
Przykładowe charakterystyki I[mA]=f(s[mm]) rodziny indukcyjnych czujników położenia
liniowego, różniących się wartościami zakresu pomiarowego, przedstawia rys.4.
Rys. 4.
Zależność prądu wyjściowego czujnika od odległości do badanej próbki.
Rys. 5. Schemat elektryczny stanowiska pomiarowego.
W trakcie badania czujnika należy określić wydajność prądową przy różnych odległościach
na tyle dokładnie, żeby móc wskazać zakres najbardziej liniowej pracy. Próbki materiału
przemieszcza się za pomocą głowicy mikrometrycznej.
04_SiEWA_BCIPL.doc
3
07/10/2016
Cwicz. 4
Sensory i elementy wykonawcze
SiEWA/BCIPL
Na początku pomiaru należy pamiętać o określeniu zerowej odległości pomiędzy czołem
czujnika a próbką.
Element pomiarowy czujnika przemieszcza się za pomocą głowicy mikrometrycznej.
Wskazania tej głowicy odczytuje się na podziałkach: zgrubnej i dokładnej, co wyjaśnia rys. 6:
Rys. 6.
Zasada odczytu wskazań głowicy mikrometrycznej.
3. Zadania
3.1. Zapoznać się ze stanowiskiem pomiarowym.
3.2. Dla trzech próbek, wykonanych z aluminium, mosiądzu i stali zdjąć charakterystyki
wydajności źródła prądowego w funkcji odległości próbki od czoła czujnika.
4. Opracowanie
4.1. Wykreślić pomierzone charakterystyki wydajności źródła prądowego.
4.2. Przy pomocy otrzymanych charakterystyk określić zakresy liniowej pracy czujnika przy
pomiarach odległości od przedmiotów wykonanych z badanych materiałów. Dla
otrzymanego zakresu wyznaczyć maksymalny błąd (dokładność) przy pomiarze odległości.
04_SiEWA_BCIPL.doc
4
07/10/2016