Микропроцессорная техника и аппаратура контроля в рабочих машинах

Принцип действия емкостной измерительной системы основан – на том, что с измерением размера контролируемой детали изменяется емкость конденсатора датчика. Измеряя тем или иным путем эту емкость, можно судить о размере изделия.

Емкостный метод контроля может быть как контактным, так и бесконтактным. При бесконтактном методе одной из пластин конденсатора служит само контролируемое изделие; при контактном методе емкостный датчик представляет собой плоский или цилиндрический конденсатор, одна из пластин которого связана с измерительным стержнем. Бесконтактный метод находит ограниченное применение.

Рис. 4. Емкостные датчики: а- схема включения; б- датчик с поворотными пластинами; в- датчики с пластинами в виде выдвижных цилиндров.

Емкостные датчики работают только с преобразующими электросхемами. Применяются в основном два типа схем: преобразующая схема, работающая как прецизионный измеритель емкости по методу моста, в одно из плеч которого включен датчик, и схема с включением емкостного датчика в контур задающего генератора. В первом типе схем при изменении емкости датчика в диагонали моста возникает напряжение разбаланса, которое может быть использовано непосредственно для отсчета или как напряжение, приводящее в действие сервосистему, осушествляющую нулевой баланс моста. Во втором типе схем при изменении емкости меняется частота генератора. По величине изменения частоты можно судить о размере изделия. Эта схема значительно чувствительнее мостовой, но более подвержена всевозможным влияниям извне. Емкостные датчики имеют ряд преимуществ перед другими датчиками; линейное изменение параметра (емкости) в довольно широких пределах рабочего хода, обеспечивающее при этом очень высокую точность измерения (до долей микрона); измерительное усилие датчика может быть столь незначительным (несколько грамм), что датчик может конкурировать с бесконтактными методами измерения; при включении в соответствующую схему емкости датчика могут быть использованы для дифференциальных измерений.

На рис.4, а приведена типовая схема включения емкостного датчика. На неподвижные электроды датчика подается переменное напряжение с частотой 50 гц от трансформатора Тр с заземленной средней точкой. При смещении подвижного электрода В относительно нейтрального положения на сетке лампы появляется напряжение, которое после усиления подается к электродвигателю Д. При работе электродвигателя щетка реохорда Р перемещается до тех пор, пока напряжение на катоде лампы не станет равным напряжению на сетке. На одной оси с реохордом находится шкала, проградуированная в единицах измеряемой величины. На диске шкалы смонтирован упор. При предельных размерах детали он воздействует на концевые выключатели; при этом подается импульс на исполнительное реле. Такого рода емкостный датчик является дифференциальным, так как в нем имеется одна подвижная В и две неподвижные А и С пластины, что увеличивает чувствительность датчика.В емкостном датчике переменным электрическим параметром является емкость конденсатора [17]

(1)

где ε – относительная диэлектрическая проницаемость среди между пластинами конденсатора; S – площадь пластин, см; δ – воздушный зазор между пластинами, см.

Зависимость (1) является нелинейной, однако при малых перемещениях х
пластин по сравнению с начальным расстоянием между пластинами ее можно считать приближенно линейной. Действительно, при перемещении пластины конденсатора – на величину х
его емкость

(2)

Умножая и деля последнее равенство на (1 + ) и пренебрегая в знаменателе величиной второго порядка малости получаем

, (3)

Емкостные датчики выполняются не только в виде расходящихся пластин (рис. 4, а), но и в виде поворотных пластин (рис. 4, б) или выдвииных цилиндров (рис. 4, в).

Емкость датчика с поворотной пластиной

, (4)

где α – угол поворота подвижной пластины,

– площадь взаимодействия между пластинами

α = 0.

Емкость цилиндрического конденсатора

, (5)

где Н – глубина погружения внутреннего цилиндра во внешний;

r – радиус внутреннего цилиндра;

r – радиус внешнего цилиндра.

Список использованной литературы

1.Стрыгин “Основы автоматики и вычислительной техники”. Учебное пособие для ВУЗов.1981г.

2.Арменский Е.В., Фалк Г.Б. “Электрические микромашины”, 1985г.

3.Сафонов Ю.М. “Электроприводы промышленных роботов”. М.-1990г.