SNÍMAČE NA MERANIE DRÁHY
Na meranie dráhy sa často používajú elektronické snímače:
- Odporové (lineárne potenciometre)
- Induktívne
- Magnetostrikčné
- Optoelektronické
Odporové snímače dráhy (lineárne potenciometre)
Tieto snímače pracujú na princípe lineárnej zmeny odporu. Odporová dráha je nanesená na
izolačnej podložke a po nej sa posúva bežec. Ak sa na konce
odporovej dráhy pripojí elektrické napätie Uin, potom výstupné napätie Uout je úmerné polohe bežca. V súčasnosti sa na výrobu
odporovej dráhy používa takmer výlučne kvalitný vodivý plast. Tým sa dosahujú
veľmi dobré parametre, najmä čo sa týka rozlíšenia (štandardne 0,01 mm)
a rýchlosti pohybu bežca po odporovej dráhe (až do 10 m/s). Ďalšou výhodou
je, že sa jedná o absolútne meranie ktorého výstupný signál sa veľmi ľahko
spracuje ďalšími prístrojmi, napr. voltmetrom, analógovou kartou v PC a
pod. Veľmi dôležitý je tiež faktor ceny. Tento typ snímača sa dodáva
v rozsahoch do 10 mm do 2000 mm za veľmi priaznivé ceny v porovnaní
s inými typmi. Použitie odporového snímača dráhy je nevhodné prakticky len
v jednom prípade, a to ak sa v aplikácii vyskytujú vysoké
vibrácie. Vtedy môže dôjsť k odskakovaniu bežca od odporovej dráhy,
prípadne aj k jeho poškodeniu. Napriek tejto nevýhode je odporový snímač
dráhy najčastejšie používaný snímač dráhy v priemysle. Pri jeho aplikácii
treba dbať na to, aby prúdové zaťaženie bežca bolo minimálne.
Induktívne snímače dráhy (LVDT)
Induktívne snímače dráhy pracujú na princípe diferenčného transformátora. Primárna cievka
je budená striedavým napätím (obvykle v rozsahu 2,5 až 6 kHz), sekundárne
cievky sú zapojené ako polmostík. Ak je jadro
z feromagnetického materiálu v strede, väzba medzi primárnou
a oboma sekundárnymi cievkami je rovnaká a aj výstupné napätia sú
rovnaké. Pohybom jadra sa mení väzba medzi primárnou a sekundárnymi
cievkami a v dôsledku toho sa menia aj napätia v sekundárnych cievkach.
Tie sa vyhodnocujú v demodulátore a následne sa signál upravuje dolnopriepustným filtrom a zosilňovačom. Na výstupe je
potom štandardný analógový signál, napäťový alebo prúdový. Celý merací reťazec
je na obrázku.
Samotný induktívny snímač, na obrázku označený ako LVDT, pozostáva z vhodne navinutých
cievok a železného jadra. Vyznačuje sa preto robustnosťou a
veľkou odolnosťou voči vplyvom prostredia. Bez problémov znáša aj veľké,
vysokofrekvenčné vibrácie.
Mnohé snímače sa dodávajú aj so zabudovaným elektronickým prevodníkom.
Ich použitie je jednoduchšie nakoľko priamo na výstupe dávajú štandardný analógový signál.
Treba však podrobne preštudovať parametre, nakoľko niektoré môžu byť odlišné od
základného typu. Napr. induktívny snímač typu MACL má teplotný rozsah od – 35
°C do + 120 °C. Ten istý snímač so zabudovaným elektronickým prevodníkom má
označenie MDCL ale teplotný rozsah má len od 0 do + 60 °C. Preto pre náročné
podmienky odporúčame použiť externý prevodník. Ten má ešte jednu výhodu v tom, že umožňuje aj
nastavenie výstupného signálu.
Magnetostrikčné snímače dráhy
Základom
magnetostrikčného snímača je feromagneticá
tyč (merací element, vlnovodič). Meraná pozícia sa nastavuje
pomocou externého magnetu ktorý má obvykle tvar objímky a pohybuje sa po
tyči. Feromagnetická tyč sa pri meraní vybudí krátkym prúdovým impulzom
v dôsledku ktorého vznikne pozdĺž tyče radiálne magnetické pole.
V mieste meranej pozície sa nachádza trvalý magnet s vlastným
magnetickým poľom. Ako dôsledok pôsobenia oboch magnetických polí vznikne vo
feromagnetickej tyči krátkodobý moment sily a následne akustické impulzy
šíriace sa na obidve strany tyče. Tieto sa premenia na elektronické impulzy
a z rozdielu ich časov sa vypočíta meraná pozícia.
Magnetostrikčný snímač dráhy má veľmi dobré vlastnosti pre
použitie v priemysle. Jedná sa o bezkontaktné meranie, takže jeho
životnosť je (teoreticky) nekonečná. Meranie je absolútne, podobne ako pri
potenciometroch, a má aj približne rovnakú presnosť ako
potenciometer. Často má aj podobnú konštrukciu a preto sa používa aj ako
náhrada potenciometra. Jeho cena je však vyššia ako cena potenciometra.
Optické snímače dráhy
 Optické snímače dráhy sa
najčastejšie vyrábajú a dodávajú ako inkrementálne. To znamená, že na
výstupe poskytujú elektrické impulzy a až ich spracovaním sa získa
informácia o meranej dĺžke. Nie sú teda absolútne, po zapnutí napájacieho napätia
treba hriadeľ snímača presunúť do východiskovej polohy a systém vynulovať.
Sú tiež menej odolné voči vplyvom prostredia ako napr. induktívne alebo magnetostrikčné snímače. Najväčšou prednosťou optických
snímačov je ich vysoké rozlíšenie, bežne 10 až 1 μm.
Preto sa používajú všade tam kde je potrebná vysoká presnosť.
|