MERANIE POLOHY A POSUNUTIA

Meranie polohy a posunutia

Odporové snímače polohy

Sú založené na použití odporových potenciometrov s pohyblivým kontaktom (jazdcom) mechanický ovládaným meranou veličinou – posunutím. Najčastejšie sa používajú potenciometre s rotačným pohybom jazdca (meranie uhlového pootočenia) alebo s priamočiarým posuvom jazdca (meranie priamočiarého posunutia).

Obr. : Princíp odporového snímača polohy

Odporový snímač polohy sa správa ako napäťový delič s deliacim pomerom určeným meraným posunutím.

Odporové dráhy sa rozdeľujú na:

- kovové (drôtové, vrstvové)

- nekovové (uhlíkové - grafit, vodivé plasty, cermentové - keramika + kov, elektrolytické).

Materiál kontaktov bežca – špeciálne kovové zliatiny PtIr – platina iridium, AgPd – striebro paladium.

Nepriaznivým javom u potenciometrov je šum. Vzniká pri pohybe jazdca po odporovej dráhe (vinutí) a je spôsobený rôznymi elektrickými a mechanickými javmi.

Snímače polohy so skokovou zmenou elektrického odporu

Tieto snímače prevádzajú zmenu polohy na skokovú zmenu odporu prepínaním jedného alebo viacerých kontaktov rozmiestnených po dráhe pohybu. Podľa spôsobu ovládania kontaktov sa tieto snímače delia:

- ovládané mechanicky

- ovládané magnetickým poľom (jazýčkové relé kontakty, Hallové sondy)

Princíp magnetický ovládaných (jazýčkových) relé kontaktov spočíva v tom, že sa dva kontakty zhotovené z plechov z magnetický mäkkých materiálov umiestnia do magnetického poľa. Obe jazýčky sú pokryté vrstvou vzácnych kovov (Ag, Au, Pt) a zatavené do sklenenej trubičky naplnenej inertným plynom pod nízkym tlakom.

Používajú sa pre meranie počtu otáčok, rýchlosti, snímanie vodnej hladiny, polohy objektov a pri konštrukcií tlačidiel klávesnice.

 

Obr. : Hermeticky uzavreté relé kontakty

Kontaktné snímače s Hallovým prvkom sú elektronické spínače ovládané hallovým napätím generovaným na elektródach pri prieniku magnetického poľa polovodičovou doštičkou napájanou kolmo na elektródy elektrickým prúdom.

Obr. : Snímač s Hallovým prvkom

Induktívne snímače polohy, posunutia

Sú to snímače, u ktorých merané posunutie spôsobuje zmenu indukčnosti (jedná cievka – tlmivkové snímače) alebo vzájomnej indukčnosti (najmenej dve cievky – transformátorové snímače). Magnetický obvod môže byť uzavretý alebo otvorený. Usporiadanie je jednoduché alebo diferenciálne.

Pre indukčnosť snímača približne platí:

Pri induktívnom snímači s premenlivou vzduchovou medzerou sa meraným posunutím spôsobuje práve zmena vzduchovej medzery. Závislosť L na d je hyperbolická, s preto sa tieto snímače používajú pre meranie malých posunutí.

Snímač s premenlivou plochou vzduchovej medzery je vhodný pre meranie stredných hodnôt posunutí. Konštrukcia snímača pritom musí zabezpečovať aby nedochádzalo zároveň k zmene vzdialenosti d.

Induktívne snímače transforátorové pracuju na takom princípe, že ich základom je zmena vzájomnej indukčnosti medzi primárnymi a sekundárnymi cievkami. Podobne ako u transformátora je primárna cievka napájaná z generátora striedavého napätia, takže výstupné napätie sekundára je úmerné meranej veličine. Najčastejšie sa používa usporiadanie diferenčného transformátorového snímača (LVDT – linear variable differential transformer)

 

Obr. : Induktívny snímač polohy s premenlivou vzduchovou medzerou

Obr. : Induktívny snímač s premenlivou plochou vzduchovej medzery

Obr. : Lineárny diferenčný transformátorový snímač polohy LVDT

Induktosyn je druh transformátorového snímača polohy, v ktorom sú použité cievky realizované technikou plošných spojov. Induktosyn sa skladá z primárného vinutia – merítka –v tvare meandra na izolante (sklo, keramika) a jazdca s dvoma cievkami (meandrami). Tvar cievok merítka a jazdca je rovnaký a pri ich vzájomnom posuve sa mení vzájomná indukčnosť medzi každou z cievok a merítkom.

Induktívne snímače na princípe vírivých prúdov (angl. eddy current). Vírivé prúdy sú vyvolané striedavým magnetickým poľom cievky a vyvolajú v materiáli s rezistivitou a permeabilitou sekundárne („odrazené“) magnetické pole s nejakou intenzitou pôsobiacou proti poli, ktoré ho vyvolalo. Zmenšuje sa teda intenzita pôvodného poľa. Zmenšené pole má za následok zmenšenie indukčnosti budiacej cievky a zvýšenie jej strát, pretože je nutné nahradiť energiu spotrebovanú vírivými prúdmi na ohrev vodivého materiálu. Meranú časť si môžeme predstaviť ako sekundárnu cievku.

 

Obr. : Snímač na princípe vírivých prúdov

Tieto snímače sa používajú na diagnostické operácie, t.j. zisťovanie vád materiálov, založených na zmene rezistivity a permeability objektov. Intenzita poľa prenikajúceho do objektu je závislá na vzdialenosti cievka – objekt, sú tieto snímače používané aj na bezdotykové meranie vzdialenosti, hrúbky vodivých materiálov a detekciu kovových objektov. Z princípu je zrejme, že meranými objektami môžu byť aj vodivé kvapaliny (zisťovanie prítomnosti kvapaliny.

Najčastejšie sa snímače na princípe vírivých prúdov používajú zapojené do mostíkového zapojenia, pričom je použitý kompenzačný snímač, ktorý nie je ovplyvňovaný meraným objektom.

Kapacitné snímače

Sú vhodné pre meranie veličín ovplyvňujúcich kapacitu kondenzátora, t.j. geometriu elektród (plochu, vzdialenosť) a permitivitu dielektrika, v ktorom sa uzatvára elektrické pole kondenzátora.

Inkrementálne snímače posunutia

Princíp týchto snímačov spočíva v clonení svetelného toku medzi zdrojom a fotocitlivými prvkami pravítkom (kotúčom) pravidelne rozdeleným na úseky pre svetlo priepustné a priepustné (kroky). Posuv pravítka (rotora) o jeden krok vyvolá prerušenie svetelného zväzku a výstupný signál fotocitlivého detektora po úprave na impulz unifikovaného tvaru inkrementuje obsah čítača. Meraný posuv je teda daný obsahom čítača vynulovaného pri referenčnej polohe.

Obr. : Inkrementálny snímač polohy

Obr. : Opticky snímač na princípe zaclonenia