любая самоделка подобного рода обойдется дороже покупного китайского е-штангенциркуля (по времени точно) (шучу, сами знаете) Если интересно и читаете по-английски — посмотрите www.freepatentsonline.com че мир придумал про это и пр. А так — линейный индуктосин, spherosyn (от Newall, мне офигенно нравится их принцип), емкостные линейные энкодеры, вебкамера, прицепленная к обыкновенному штангелю и софтина, которое это дело распознает (только что придумал оптический угловой энкодер, насаженный на тонкий вал с намотанным тросиком и отсчитывающий импульсы (где-то видел самодельный DRO (УЦИ вроде по-русски) c рс 0,05) Тем более в тз не указана скорость измерения и тд.
Не обессудьте — с праздником!
Реклама
Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет
_________________ Человек умный — объяснит Глупый — будет разбрасываться умными словами.
Реклама
Вебинар поможет в выборе недорогих источников питания оптимальных для систем охраны, промышленных и телекоммуникационных приложений, а также для широкого применения. Будут представлены основные группы источников питания по конструктивным признакам и по областям применения в контексте их стоимости или их особенностей, позволяющих снизить затраты на электропитание конечного устройства.
Страница 1 из 1
[ Сообщений: 4 ]
Часовой пояс: UTC + 3 часа
Кто сейчас на форуме
Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 5
Источник
LVDT-датчики перемещения
Датчики перемещения находят применение во многих приложениях, и, хотя выбор устройств довольно широк, все же рассматриваемые в статье датчики компании Macro Sensors следует выделить из ряда подобных благодаря, как минимум, двум причинам. Во-первых, значительный динамический диапазон измеряемых перемещений, во-вторых — способность работать в самых жестких [[условиях эксплуатации]].
Аббревиатура LVDT образована от словосочетания Linear Variable Differential Transformer — линейный дифференциальный трансформатор с переменным коэффициентом передачи. LVDT-датчики — электромеханический преобразователь, преобразующий прямолинейное перемещение объекта, с которым он связан механически, в электрический сигнал. К отличительным особенностям рассматриваемых датчиков можно причислить очень большой динамический диапазон измеряемых перемещений (от десятков микрон до ±0,5 м) и возможность работать в самых жестких условиях эксплуатации. Первое следует из принципа действия, а второе — из конструктивного исполнения.
Существует довольно много импульсных датчиков перемещения, принцип действия которых основан на регистрации момента пересечения (с помощью магнитных или оптронных датчиков) движущимся объектом определенной метки. При наступлении указанного события на выходе датчика генерируется импульс. Подобные устройства по понятным причинам имеют не только ограниченный динамический диапазон измерений перемещений, но и увеличивают ошибку вычисления скорости и ускорения (первая и вторая производная от перемещения), что не всегда является приемлемым. Рассматриваемые в статье LVDT-датчики, в силу того что их выходной сигнал непрерывен, лишены отмеченных недостатков.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ LVDT-ДАТЧИКА
На рисунке 1 схематично представлена конструкция LVDT-датчика, основными составляющими которого являются первичная и две вторичные обмотки (как правило, обмотки расположены на неподвижном сердечнике) и подвижное ядро. Первичная обмотка размещена симметрично между двумя идентичными вторичными обмотками. Катушки расположены на цельном термостабильном армированном полимере и заключены в герметичную оболочку, защищающую их от попадания влаги и агрессивных сред. Подвижное ядро, выполненное из высокопроницаемого магнитного материала, имеет цилиндрическую форму и свободно перемещается по внутренней полости датчика.
Электропитание первичной обмотки осуществляется переменным синусоидальным напряжением — типовое значение 3 В, 3 кГц. Выходным сигналом датчика является разность напряжений вторичных обмоток u8212 — дифференциальное напряжение. Обычно дифференциальное переменное напряжение преобразуется встроенным электронным модулем в сигнал постоянного тока.
На рисунке 2 проиллюстрирован принцип действия LVDT-датчика. Если подвижное ядро находится строго в центре (так называемая нулевая позиция), то магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой Р, симметрично, следовательно магнитные потоки через вторичные обмотки S1 и S2 равны, а значит равны и ЭДС Е1 и Е2, индуцируемые в этих обмотках, а значит равно нулю дифференциальное напряжение. Если же подвижное ядро смещается относительно нулевого положения, то искажается симметрия магнитного поля — через одну из вторичных обмоток, в зависимости от положения ядра, проходит больший магнитный поток, нежели чем через другую (см. рис. 2). Следовательно, различаются и ЭДС, индуцируемые во вторичных обмотках, — чем больше магнитный поток, тем больше ЭДС.
На рисунке 3а показано, как изменяется амплитуда дифференциального выходного напряжения ЕOUT в зависимости от положения ядра внутри сердечника. Максим альное значение ЕOUT обычно достигает нескольких вольт. Угол сдвига фаз выходного напряжения ЕOUT относительно первичного напряжения остается постоянным вплоть до нулевой позиции, при пересечении которой сдвиг фаз изменяется на 180 градусов (см. рис. 3б). Сдвиг фазы можно использовать для определения направления движения относительно нулевой позиции при преобразовании сигнала переменного тока электронным модулем. Тогда выходной сигнал последнего будет иметь вид, как показано на рисунке 3в.
Из принципа действия и конструкции LVDT-датчика следует ряд очевидных преимуществ. Ниже мы перечислим основные из них
Отсутствие трущихся частей — одно из главных преимуществ LVDT-датчика. При использовании в штатном режиме нет механического контакта между подвижным ядром и катушками. Это преимущество особенно важно при измерениях малых перемещений, например при контроле вибраций.
Высокая чувствительность: отсутствие трения и физический принцип действия позволяют измерять очень малые перемещения ядра при хорошей повторяемости результатов измерений. Минимальная величина измерения ограничивается шумом и разрешением индицирующего прибора.
Практически неограниченная механическая износостойкость является следствием отсутствия трущихся частей. Из-за отсутствия трения и механических контактов между ядром и катушками нет факторов, оказывающих отрицательное влияние на механическую износостойкость. Следовательно, повышается надежность, что очень важно при использовании, например, в аэрокосмической промышленности и ядерной энергетике, а также в других приложениях, где надежность является ключевым параметром.
Повышенная защита от выбега за пределы трансформатора. Внутреннее отверстие большинства LVDT-датчиков открыто с обеих сторон, поэтому в случае «зашкаливания» (перемещения контролируемого объекта и жестко связанного с ним ядра за предусмотренные пределы) не происходит механического повреждения датчика — подвижное ядро попросту вылетает за пределы датчика, не нанося тому никаких повреждений. Эта неуязвимость очень хороша для применений в тензометрах и экстензометрах (приборы для измерения удлинений), которые используются в тестах на растяжение материалов.
Одно направление чувствительности. LVDT-датчик реагирует на перемещение ядра только в одном направлении и нечувствителен к перемещению в других направлениях. Эта особенность важна в приложениях, когда ядро передвигается не по идеальной прямой линии, а слегка «рыскает » при перемещении.
Разделение катушек и ядра. Катушки механически отделены от подвижного ядра, причем катушки помещены в герметичную капсулу. Это обстоятельство часто используется для применения LVDT в гидроприводах и сервоприводах.
Устойчивость к воздействию внешней среды. Материалы и конструкция, используемые в LVDT, антикоррозионные, износоустойчивые и прочные, что делает LVDT маловосприимчивым к негативным воздействиям внешней среды. Обмотки залиты эпоксидной смолой и почти невосприимчивы к влажности и осадкам, хорошо противостоят одиночным ударам и вибрациям. Внутренний экран из магнитопроницаемого материала минимизирует эффект внешних электромагнитных полей. И ядро и сердечник изготовлены из антикоррозионных материалов, также являющихся магнитными экранами. Для применения датчика во взрыво- и пожароопасных средах, а также в агрессивных средах датчик может быть изолирован от внешней среды посредством заключения в капсулу и «запечатан» с помощью сварки. Обычно LVDT-датчики работают в расширенном диапазоне рабочих температур и могут применяться и в криогенной технике, и при повышенных температурах и радиации, например в ядерных реакторах.
Повторяемость нулевой точки. Положение нулевой точки чрезвычайно стабильно и повторяемо даже при сверхшироких температурных диапазонах.
Хорошие динамические свойства. Отсутствие трения позволяет LVDT очень быстро изменять положение ядра. Динамический отклик ограничивается только массой ядра. Примеры применения LVDT-датчиков приведены в [1].
ЭЛЕКТРОННЫЙ МОДУЛЬ LVDT
Для электропитания LVDT-датчиков требуется синусоидальное переменное напряжение (обычно 3 В и 3 кГц), формирование которого является одной из задач электронного модуля. Другая функция модуля состоит в преобразовании и усилении дифференциального переменного напряжения в знакопеременный выходной сигнал с учетом направления движения (сдвиг фазы дифференциального напряжения от напряжения на первичной обмотке). Сегодня доступны различные электронные модули — от кристаллов до печатных плат. Производятся также индикаторы для работы с LVDT-датчиками, например [2].
Источник
Lvdt датчик перемещения своими руками
Датчик абсолютных линейных перемещений диапазона 0 — 10 мм с линейным переменным дифференциальным трансформатором
Введение
Хотя линейный переменный дифференциальный трансформатор (LVDT — linear variable differential transformer) применяется в датчиках абсолютных перемещений с первой половины XX века, его популярность остается по-прежнему довольно высокой. Основные достоинства датчиков с LVDT: простота конструкции первичного и электронного преобразователей, хорошее разрешение, линейность и воспроизводимость, широкий диапазон рабочих температур, отсутствие движущихся электрических контактов и, как следствие, долговечность. Достаточно легко сконструировать LVDT для измерения линейных перемещений в диапазоне 0 . 10 см и более, а также угловых перемещений в диапазоне 0 . 120 0 .
Конструкция первичного (LVDT) и электронного преобразователей
Базовая конструкция LVDT состоит из трех соосных катушек, намотанных на каркасе с центральным отверстием (рис. 1). В отверстии каркаса располагается способный перемещаться в осевом направлении шток с ферромагнитным сердечником. Центральная катушка служит обмоткой возбуждения. На нее подается напряжение возбуждения синусоидальной формы. Боковые катушки, включенные по дифференциальной схеме, играют роль сигнальной обмотки. Когда ферромагнитный сердечник находится в центре (нулевое положение), выходное напряжение сигнальной обмотки приблизительно равно нулю. Когда сердечник смещается в любую сторону относительно нулевого положения, амплитуда выходного сигнала возрастает, пока сердечник не достигнет некоторого крайнего положения. Фаза выходного напряжения относительно напряжения возбуждения равна 0 или 180 0 в зависимости от направления перемещения сердечника от нулевого положения. Приблизительный диапазон измерения перемещений (X) соответствует ходу штока из одного крайнего положения в другое.
Рис. 1. Конструкция и схема работы LVDT.
Электронный преобразователь для работы с LVDT может быть построен по блок-схеме, приведенной на рис. 2. Обмотка возбуждения подключается к генератору синусоидального сигнала. Напряжение с сигнальной обмотки, амплитуда и фаза которого зависят от положения ферромагнитного сердечника по отношению к катушкам, усиливается (при необходимости) и подается на синхродетектор. Сигнал с выхода синхродетектора подается на фильтр низких частот (ФНЧ) и далее используется по назначению.
13 Кбайт). Внешний вид преобразователя показан на рис. 3.
Рис. 3. Внешний вид LVDT.
Для работы с LVDT могут использоваться специализированные микросхемы, например, AD598/698 (Analog Devices) или NE5521 (Philips). Однако первая стоит довольно дорого (около 50 $), а вторая, по слухам, снята с производства по причине утраты маски. Поэтому в ряде случаев может быть актуальной разработка собственных схем электронных преобразователей на дискретных элементах. На рис. 4 представлен один из вариантов схемы.
На операционном усилителе (ОУ) DA1.1 (LM324) собран генератор синусоидального напряжения частотой 5 кГц с амплитудным значением приблизительно 1 В. Это напряжение подается на обмотку возбуждения I LVDT1. На рис. 5 показаны осциллограммы сигналов на обмотке возбуждения (I) и сигнальной обмотке (IIA + IIB) при двух крайних положениях штока (ферромагнитного сердечника).
а) б)
Рис. 5. Сигналы на обмотке возбуждения и сигнальной обмотке LVDT при крайних положениях ферромагнитного сердечника (I — обмотка возбуждения: 0.5 В/дел., 50 мкс/дел., II — сигнальная обмотка: 0.2 В/дел, 50 мкс/дел.).
Напряжение с сигнальной обмотки LVDT1 подается на усилитель DA1.3 с полосовым фильтром. На ОУ DA1.2, DA1.4 собран синхродетектор, к выходу которого подключен ФНЧ на элементах R13C6. Для питания электронного преобразователя используется однополярный источник напряжением +5 вольт. Потребляемый ток не превышает 4 мА. Диапазон изменения выходного напряжения (между контактами OUT и Vref) составляет -0.6 . +0.6 вольт, что соответствует диапазону измеряемых перемещений 0 . 12 мм (от одного крайнего положения штока до другого), то есть чувствительность датчика в среднем составляет 100 мВ/мм.
Вышеприведенная конструкция датчика перемещений разрабатывалась для измерений с точностью не хуже 10 %, но при необходимости достаточно легко может быть достигнута точность измерений 1 % и даже выше.
Расчет катушек LVDT производился с помощью программы Coil [1].
Датчик — устройство, являющееся первичным элементом цепи измерения, контроля или регулировки какой-либо физической величины, изменяемый вместе с этой величиной некоторый параметр которого (сигнал) может преобразовываться данной цепью для дальнейшего использования в соответствии с предназначением цепи.
б) 