Датчики дискретных параметров

К основным дискретным параметрам, преобразуемым датчи­ками в электрические сигналы, можно отнести состояние объекта («включен —выключен», «открыт—закрыт» и т.д.) и количество объектов. Частным случаем параметра «состояние» можно считать параметр «код» (операции, позиции и т.д.), который, как и со­стояние, определяется по некоторому признаку или набору при­знаков.Как уже говорилось ранее, любой аналоговый (т.е. непрерыв­ный) параметр может быть дискретизирован, т.е. представлен на­бором значений, отличающихся одно от другого на определен­ную величину. Предположим, что суппорт обрабатывающего станка может иметь фиксированные значения угла поворота 0, 10, 20° и т.д. Угол поворота — величина аналоговая, но если пронумеро­вать положения суппорта, то мы будем иметь дело с дискретными величинами — кодами позиций: 1, 2, 3 и т.д. Для получения ин­формации о том, на какой угол повернут суппорт в данный мо­мент, можно использовать датчик углового перемещения, но если на суппорте есть указатель, по которому можно определить код позиции суппорта, то проще использовать датчик состояния.

Разница между датчиками состояния и количества заключает­ся в следующем. Датчик состояния формирует электрический сиг­нал, однозначно соответствующий одному из двух или несколь­ких признаков состояния объекта. Например, двигатель включен — на выходе датчика есть сигнал; двигатель выключен — на выходе датчика сигнала нет. И наличие, и отсутствие сигнала содержат информацию о состоянии объекта.

Датчик количества формирует сигнал при наличии единствен­ного признака (например, при наличии изделия на конвейере), после чего он возвращается в исходное состояние. При каждом очередном появлении этого признака формируется новый сиг­нал, т.е. именно в наличии этого сигнала заключается полезная информация.

Сигналы с датчика количества поступают на устройство обра­ботки дискретных сигналов — счетчик, который подсчитывает количество поступивших сигналов, а значит, количество объек­тов, с которыми связан датчик. Сигналы с датчика состояния по­ступают на другое устройство — регистр, по которому оператор или управляющее устройство судят о состоянии объекта, с кото­рым связан датчик.

Простейший датчик дискретных параметров — контактный (рис. 4.26). Его дискретный входной параметр — перемещение; диск­ретная выходная величина — сопротивление электрической цепи, которое может быть или равным нулю (контакты замкнуты), или бесконечно большим (контакты разомкнуты). Дискретность вход­ного параметра означает, что датчик воспринимает только два значения перемещения движущегося штока относительно его на­чального положения: либо перемещение меньше определенного значения и контакт разомкнут, либо больше и контакт замкнут. Такой датчик может использоваться, например, как концевой выключатель цепи управления движущимся элементом, достиг­шим крайнего положения, или для контроля предельно допусти­мого размера деталей на конвейере. Погрешность его может быть очень маленькой — около 1 мкм.

100

 

Широко используются для преобразования дискретных сигна­лов оптические датчики. В подразд. 4.2.3 была рассмотрена работа оптического датчика как преобразователя аналоговой величины (углового перемещения), работающего в дискретном режиме. Но он может использоваться также и как датчик состояния, и как датчик количества.

В первом случае объект, состояние которого контролируется, должен быть снабжен непрозрачным «флажком», который при одном состоянии объекта перекрывает поток света от источника к приемнику излучения, а при другом его состоянии пропускает этот поток. Соответственно в цепи приемника излучения либо нет тока, либо он есть. Роль флажка может выполнять и сам контро­лируемый объект.

В режиме датчика количества источник и приемник излучения располагаются так, что каждый очередной объект, подлежащий счету, перекрывает оптический канал и очередной сигнал с при­емника излучения передается на счетчик.

Оптические датчики удобны тем, что в них отсутствует меха­нический контакт с контролируемым объектом. Они широко ис­пользуются не только для измерения и контроля технологических параметров, но и для защиты обслуживающего персонала от по­падания в опасную зону. В такой ситуации сигнал с датчика может не только предупредить персонал об опасности, но при необхо­димости автоматически отключить оборудование во избежание травмирования людей.

Комбинация дискретного контактного датчика с первичными механическими преобразователями позволяет создавать дискрет­ные датчики аналоговых параметров, называемые релейными. Кон­тактный датчик размещается рядом с механическим преобразова­телем, выходной величиной которого является перемещение (на­пример, пружинным преобразователем силы, сильфонным пре­образователем давления или биметаллическим — температуры). По достижении заданного значения параметра перемещающийся эле­мент замыкает контакты датчика, формируя выходной сигнал. При изменении параметра в обратном направлении контакты снова размыкаются, причем обычно имеется небольшая разница в зна­чениях параметров, соответствующих замыканию и размыканию контактов (гистерезис).

101

 

Контрольные вопросы

1. Дайте определение датчика.

2. Почему именно в электрический сигнал датчик преобразует техно­логический параметр?

3. Какие датчики называются активными? Назовите их.

4. Назовите основные выходные параметры пассивного датчика.

5. Перечислите основные характеристики датчиков.

6.  Перечислите виды датчиков перемещения. Что является их входной и выходной величиной?

7. Назовите основные датчики деформации, силы. Что является их входной и выходной величиной?

8.  Назовите основные датчики температуры. Что является их входной и выходной величиной?

9. Назовите основные датчики дискретных параметров. Какие прин­ципы положены в основу их работы?

 

Г ЛАВА 5 УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ

Если человек сильно утомлен, то может не заметить, напри­мер, идущего ему навстречу приятеля или не услышать с первого раза звонок в дверь. Но ведь его датчики — глаза и уши — получи­ли информацию и преобразовали ее в сигналы, поступившие в нервную систему. Почему же мозг не отреагировал на эти сигна­лы? Возможно, потому, что они оказались слишком слабыми — из-за переутомления ваша нервная система не обеспечила необ­ходимое усиление этих сигналов или не смогла выделить их на фоне других поступивших сигналов (помех).

В технических системах тоже возможны ситуации, когда сигна­лы датчиков слишком слабые, сопровождаются помехами, поэто­му в них большое внимание уделяют устройствам преобразования сигналов. Эти устройства обеспечивают:

•      передачу информационных сигналов от датчиков к аппарату­ре обработки сигналов и управляющих сигналов к исполнитель­ным механизмам;

•           предварительную обработку (нормализацию) сигналов дат­чиков;

•      усиление сигналов;

•        коммутирование сигналов;

•           преобразование аналоговой величины в дискретную, и на­оборот;

•       подсчет событий;

•       хранение информации;

•           формирование управляющих сигналов для исполнительных механизмов.