Jutiklių tyrimas (laboratorinis darbas)

Laboratorinis darbas Nr. 1

Jutiklių tyrimas

Darbo tikslas. Išnagrinėti įvairių tipų informacijos formavimo įtaisų (jutiklių) sandarą, jų veikimo principus, ištirti jų charakteristikas – poveikio atstumą, histerezę ir nustatyti taikymo sritis.

Teorinė dalis. Jutikliai – tai specialūs mechatroninių sistemų įtaisai, kurių dėka galima kontroliuoti įrenginių ar mašinų būseną ir pagal jų formuojamus signalus spręsti apie technologinio proceso eigą bei formuoti valdymo poveikius, lemiančius pageidaujamą proceso raidą. Mechatroninių sistemų jutikliai paprastai naudojami mechaninių procesų parametrams – objektų padėčiai, jų judėjimo greičiui, jėgai ar momentui, slėgiui, temperatūrai, laikui ir kt. matuoti.

Loginius (binarinius) signalus formuojantys jutikliai – tai dviejų būsenų (įjungta/išjungta) jutikliai, savo būseną keičiantys tuo momentu, kai į jų veikimo zoną patenka stebimas objektas arba kai kontroliuojamo parametro vertė pasiekia iš anksto nustatytą jutiklio poveikio signalo vertę. Paprastai laikoma, kad paveikdamas jutiklis formuoja loginį „1“ signalą, o išsijungdamas – loginį „0“ signalą. Gali būti naudojami ir priešingai veikiantys loginiai jutikliai naudojami įvairiems objektams atsiradusiems jutiklio veikimo zonoje aptikti, ribinėms judamųjų mašinos dalių padėtims ar procesų parametrų vertėms kontroliuoti ir pan.

Tolydinius (analoginius) signalus formuojantys jutikliai nustatytu tikslumu matuoja objektų padėtį ar stebimų procesų parametrų vertes ir keičia išmatuotųjų įvairios fizinės prigimties parametrų (padėties, greičio, slėgio jėgos ir pan.) vertes į tolesniam apdorojimui patogesnių fizinių parametrų (elektros įtampos, srovės) vertes. Tolydinius signalus formuojantys jutikliai teikia išsamią informaciją apie stebimus ir valdomus procesus, kuria remiantis formuojami įrenginių ir sistemų valdymo poveikiai.

Jutikliai skirstomi į tokias grupes: A grupė – Formuojantys loginį išėjimo signalą.(Galima tiesiai jungti prie PLV). B grupė – Formuojantys impulsinį išėjimo signalą. C grupė – Formuojantys analoginį išėjimo signalą, be stiprintuvų ar elektroninių keitiklių. D grupė – Formuojantys standartinį analoginį išėjimo signalą, su stiprintuvais ir elektroniniais keitikliais, leidžiančiais tiesiogiai matuoti išėjimo signalą. Tipiniai išėjimo signalai: 0 … 10V, -5V …+5V, 1 … 5V, 0 … 20mA, -10 …+10 mA, 4 … 20mA. E grupė – Jutikliai ir jutiklių sistemos su standartiniais išėjimo signalais, pvz. RS-232-C, RS-422-A, RS-485. F grupė – jutikliai arba jutiklių sistemos, formuojantys standartinį signalą, suderinamą su nuosekliaisiais ar lygiagrečiais interfeisais.

1. Harmoninio signalo generavimo principu veikiantys jutikliai. Visiems šios grupės jutikliams būdinga tai, kad artėjant prie stebimo objekto keičiasi jame įmontuoto aukšto dažnio generatoriaus virpamojo kontūro parametrai arba jo apkrova. Dėl to keičiasi ir signalas jutiklio išėjime, kurį fiksuoja relinis elementas ir įsijungdamas arba išsijungdamas formuoja loginį „Taip“/“Ne“ (1/0) signalą.

1.1 Induktyviniai priartėjimo jutikliai. Konstrukcijos paprastumu išsiskiria induktyviniai priartėjimo jutikliai. Induktyvinio priartėjimo jutiklio blokinė schema yra pavaizduota 1 pav. Jutiklį sudaro: L–C generatorius (1), relinis elementas (2), galios stiprintuvas su apsaugos grandinėmis (3).

1. LC – generatorius 2. Relinis elementas 3. Stiprintuvas

1pav. Induktyvinio priartėjimo jutiklio veikimo schema.

Induktyvinių jutiklių veikimo principas paremtas elektromagnetinės indukcijos principu. Jutiklyje esantis generatorius generuoja aukšto dažnio virpesius, kuriančius aukšto dažnio magnetinį lauką, užsidarantį jutiklio išorėje. Ši išorinė erdvė, per kurią užsidaro jutiklio lauko jėgų linijos ir yra jutiklio veikimo zona. Patekus elektrai laidžiam objektui į šią zoną, jame indukuojamos sukūrinės srovės, apkraunančios generatorių. Pagal pakitusį jutiklio apkrovimo lygį galima spręsti jog į jutiklio aktyviąją zoną pateko stebimas objektas.

Induktyviniai jutikliai gali būti loginiai arba analoginiai. Loginiai jutikliai yra suderinti taip, kad keistų išėjimo signalo būseną iš „0“ į „1“, kai objektas priartėja nustatytu atstumu (jų išėjime įrengta elektroninė relė, persijungianti tuomet, kai pasiekiamas nustatytas generatoriaus apkrovimo lygis). Analoginiai jutikliai išėjime formuoja elektrinį signalą (įtampą ar srovę) proporcingą generatoriaus apkrovimui.

Jutiklio jautrumas priklauso nuo šių faktorių;

1. • į aktyviąją zoną patenkančios medžiagos magnetinių savybių;
2. • į aktyviąją zoną patenkančios medžiagos laidumo;
3. • stebimojo kūno matmenų.

Induktyviniai jutikliai jautriausiai reaguoja į patekusius į jų aktyviąją zoną feromagnetikus (geležį, kobaltą, nikelį), nes feromagnetikai, sudaro geras sąlygas magnetiniam laukui sklisti. Induktyviniai jutikliai taip pat geriau jaučia didesnę lyginamąją varžą turinčius laidininkus, kadangi juose sūkurinės srovės sukuria didesnius energijos nuostolius. Analoginiai induktyviniai jutikliai gali būti panaudoti nedideliems metalinių objektų poslinkiams ar jų deformacijoms stebėti.

Medžiagos faktoriui įvertinti įvedamas redukcijos koeficientas, rodantis kiek sumažėja jutiklio jautrumas, palyginti su jautrumu minkštai geležiai (Fe 360):

Techninės charakteristikos:

Taikymo sritis -	metalinių kūnų indikacija;
Darbo įtampa -	10 V … 30 V;
Nominalus poveikio atstumas -	0,8 … 10 mm;
Maksimali srovė -	75 … 400 mA;
Aplinkos temperatūra -	-25º C … +75º C;
Persijungimo dažnis	10 … 5000 Hz; max. 20 kHz.

Induktyviniai jutikliai yra ilgaamžiai, nejautrūs teršalams ir atsparūs vibracijoms. Jie yra nekontaktiniai ir veikia be išorinės poveikio jėgos. Turi trilaidį elektrinį prijungimą.

1.2 Induktyviniai-magnetiniai priartėjimo jutikliai. Induktyviniai-magnetiniai priartėjimo jutikliai (2 pav.) veikia panašiai kaip induktyviniai. Skirtumas tas, kad generatoriaus ritė yra sumontuota ant uždarą magnetinę grandinę sudarančio magnetolaidžio. Normaliai magnetolaidis yra neprisotintas. Kai prie jutiklio priartėja įmagnetintas kūnas (pastovus magnetas) magnetolaidis įsisotina, pasikeičia generatoriaus ritės su magnetolaidžiu induktyvumas ir keičiasi generuojamų virpesių parametrai. Šį pokytį ir užfiksuoja relinis elementas.

2 pav. Induktyvinis-magnetinis priartėjimo jutiklis

Jutiklio veikimo tikslumas priklauso nuo įmagnetinto kūno orientacijos. Tai pavaizduota 3 pav.

3 pav. Induktyvinio-magnetinio jutiklio poveikio sritys. Techninės charakteristikos:

Taikymo sritis -	įmagnetintų kūnų indikacija;
Darbo įtampa -	10 V … 30 V;
Maksimali srovė -	200 mA;
Aplinkos temperatūra -	-20º C … +70º C;
Persijungimo dažnis -	1000 Hz.

Induktyviniai-magnetiniai priartėjimo jutikliai plačiai naudojami kaip bekontakčiai pneumatinių cilindrų galinių padėčių indikatoriai.

1.3 Talpiniai priartėjimo jutikliai. Talpiniai priartėjimo jutikliai veikia panašiai kaip induktyviniai priartėjimo jutikliai. Juose aktyvioje zonoje yra L – C kontūro kondensatorius, kurio talpa priklauso nuo įnešto į šią aplinką kūno dialektrinės konstantos, bei matmenų. Labai svarbu tai, kad talpiniai priartėjimo jutikliai reaguoja tiek į laidininkus, tiek į izoliatorius, t.y į visas medžiagas, kurių dielektrinė konstanta yra kitokia nei oro. Lentelėje pateikiama įvairių medžiagų redukcijos koeficientai, pagal kuriuos galima nustatyti talpinio jutiklio jautrumą skirtingoms medžiagoms.

Medžiaga	Redukcijos koeficientas
Visi metalai	1
Vanduo	1
Stiklas	0,3 … 0,5
Plastmasė	0,3 … 0,6
Kartonas	0,3 … 0,5
Medis (priklausomai nuo drėgmės)	0,2 … 0,7
Alyva	0,1 … 0,3

Talpinio jutiklio jautrumas taip pat priklauso ir nuo kūno, patekusio į jautriąją zoną matmenų (storio). Naudojant talpinius jutiklius būtina žinoti, kad jie labai jautrūs aplinkos teršalams, jų veikimo patikimumui didelės įtakos turi aplinkos drėgmė. Naudojant talpinius jutiklius galima stebėti didelę dialektrinę konstantą turinčius kūnus (pvz., metalus, vandenį) mažą dialektrinę konstantą turinčių kūnų aplinkoje. Pavyzdžiui, naudojant talpinius jutiklius, galima fiksuoti vandens lygį plastmasiniuose induose.

Puslapiai: 1 2 3

Share on Facebook