устройство, принцип действия, сравнительные технические характеристики оптических и магнитных линеек, советы и рекомендации по выбору.

Устройство цифровой индикации SDS6-2V на 2 оси

Точность обработки деталей на металлорежущем оборудовании отслеживается с помощью оптоэлектронных датчиков оптической линейки, установленной на станине станка. Аналоговый сигнал с датчика поступает на устройство цифровой индикации (УЦИ), преобразуется в цифровой и визуализируется в виде числовых значений перемещения инструмента или детали по осям подач.

Устройство оптической линейки достаточно простое, но надежное, обеспечивающее высокую точность (до долей мкм) измерений. Ее основные элементы: прозрачная линейка с нанесенной микроскопической штриховкой и оптическая считывающая головка, перемещающаяся вдоль линейки. Считыватель при своем движении реагирует на череду рисок и промежутков, аналоговый сигнал по кабелю передается к устройству цифровой индикации. УЦИ преобразует количество пройденных линий в цифровую информацию и выводит на свой дисплей. Линейка имеет от одной до нескольких референтных точек для установки начала отсчета перемещения (нуля координат).

Оптические измерители (линейки) широко применяются как в новом оборудовании, так и при переоснащении и модернизации старого станочного парка. Экономический эффект при применении линейных оптических датчиков напрямую связан с повышением производительности металлообработки и упрощением работы оператора.

Все устройства цифровой индикации (УЦИ) в продаже от компании «Станкомашкомплекс» можно посмотреть по ссылке — /katalog-stankov/tokarnye/misc/.

Основные параметры оптической линейки

• Рабочая длина.
• Точность.
• Тип сигнала.
• Дискретность измерения.

Оптическая линейка KA600

Рабочая длина

Длина оптической линейки должна быть больше, чем паспортный ход станка. Учитывать следует не величину хода, а расстояние между жесткими упорами по измеряемой оси. Это предохранит выход из строя считывающего датчика (головки) по вине оператора либо при неисправности концевых выключателей оборудования. Рекомендуется рабочую длину электронно-цифровой линейки исходя из максимальной величины перемещения по оси +100 мм

Чем больше измеряемая длина — тем больше сечение и размер считывающей головки. Необходимо обеспечить минимальные деформации установленного внутрь корпуса измерительного стекла. Верно и обратное утверждение — чем меньше измеряемый ход оси — тем миниатюрнее может быть оптическая линейка и считывающая головка

Точность

Не стоит приобретать линейку, ориентируясь на ее высокий класс точности (доли микрон). Чем выше разрешение измерений, тем больше цена измерителя. Оптическая линейка не повысит точность станка, эта техническая характеристика зависит от паспортной точности и фактического состояния механики и люфтов опорных поверхностей. Внешние факторы тоже немаловажны: уровень вибрации при работе оборудования, температура и т. п. Без устранения всех негативных условий, без модернизации и соблюдения правил нормальной эксплуатации станков добиться даже паспортных показателей невозможно. И прецизионная измерительная система в виде оптической линейки высокого класса точности в этом случае не поможет.

Тип сигнала

Повышенная скорость передаваемого сигнала обеспечивается TTL логикой (тип сигнала — прямоугольные импульсы фаз A, B, Z с амплитудой 5В). Дискретность импульсов в несколько микрон (от 0,5 до 5) минимизирует погрешность измерения.

Возможно использование считывающей головки с RS-422 сигналом (присутствуют также фазы /А, /B, /Z).

Дискретность измерения

Величина чувствительности оптической линейки. Например обозначение дискретности 5 мкм обозначает, что электронная линейка передаст сигнал в УЦИ или ЧПУ (1 импульс фаз A или B) при перемещении равном или большем 5 мкм. Внутри этой зоны отследить положение оси затруднительно. Уменьшение дискретности измерения (повышение точности или сужение зоны нечувствительности) требует увеличения точности изготовления стекла и нанесения рисок, что приводит к увеличению стоимости. Большое количество импульсов в итоге может стать также ограничителем максимальной скорости перемещения по оси, т.е. принимающее сигналы устройство может воспринять не все импульсы, и позиция будет потеряна

Если сравнивать оптические и магнитные измерители (и те и другие применяются сегодня довольно активно), то у последних отсутствует нормирование класса точности показаний, как правило, измерительная погрешность магнитных линеек лежит в пределах от ±20 до ±40 мкм на метр.

Что выбрать: магнитную или оптическую линейку

При необходимой высокой точности (до 2-3 микрон на каждый метр перемещений) на металлорежущем оборудовании практически любого типа применяют оптоэлектронные измерители (линейки). Ориентируясь на финансовую выгоду, оборудование часто оснащают магнитными линейками, имеющими более низкую точность измерения. Но цена магнитного измерителя начинает выигрывать у стоимости оптической линейки только у моделей с рабочей длиной от полуметра.

Магнитные линейки:

1. Используют преимущественно на шлифовальных и расточных станках, экономически целесообразно применение при измерении длин от 3м
2. Не применяют на станках с погрешностью менее 10 мкм/м. Токарное, фрезерное, шлифовальное и другие типы металлорежущего оборудования в этом случае оснащают оптическими датчиками.

Магнитная линейка KA800M

KA-800 — серия линеек с магнитной лентой. Применяется на станках с перемещением узлов больше 3 метров. Система индикации SDS6 может одновременно работать как с оптическими так и с магнитными линейками

Оптические линейки

Серия КА оптических линеек от Guangzhou Lokshun CNC Equipment ltd учитывает практически все запросы как производителей металлорежущего оборудования, так и конечных потребителей. Серия отличается высокой дискретностью измерения (сигнал передается через каждые 1 или 5 мкм перемещения в зависимости от дискретности линейки), что сводит к минимуму позиционную ошибку. Оптические линейки снабжены корпусами, защищающими рабочие поверхности от металлической стружки, шлама, СОЖ.

Предыдущая статья

Следующая статья

 

Получить консультацию

по инструменту, методам обработки, режимам или подобрать необходимое оборудование можно связавшись с нашими менеджерами или отделом САПР

 

Также Вы можете подобрать и приобрести режущий инструмент и оснастку к станку, производства Тайваня, Израиля

Отправляя заявку, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности

Проработать технологию, подобрать станок и инструмент

 

 

 

 

Датчик длины и пройденного пути ИСД-5

Общее описание

В настоящее время серия включает 2 модели датчиков с различными вер-сиями для обеспечения номинальных рабочих расстояний до объекта от 10 до 1300 мм. Возможны также заказные конфигурации датчиков с параметрами, отличающимися от параметров, указанных ниже.

В дальнейшем серия дополнится двумерными датчиками, измеряющими скорость одновременно по двум координатам. Например, это позволит измерять поступательную скорость вращающихся объектов (применение в трубопрокатном производстве) или траекторию движения, например, отслеживать поперечные смещения движущихся объектов.

Также предполагается создание специализированных лазерных датчиков для измерение динамических характеристик транспортных средств.

 

Применение в промышленности:

• Измерение длины и скорости материалов, движущихся относительно датчика.
• Измерение пройденного пути и положения объектов, движущихся возвратно-поступательно относительно датчика, либо относительно земли (сенсор установлен на объекте, например, на рельсовом кране, автомобиле, вагоне…).

 

Главные отличительные черты:

• Прецизионные измерения скорости и дистанции (> 20 м) – точность 0,02 –0,1 % (взависимости от абсолютной скорости и частоты измерения, см. да-лее).
• Возможность определения направления движения (опция).
• Возможность варианта двумерного датчика (измерение скорости по двум ко-ординатам, например, для измерения поступательной скорости вращающе-гося объекта (кабель, труба)).
• Возможность работы по любым поверхностям, включая стекло.
• Широкий диапазон номинальных расстояний до поверхности: от 10 см до 200 см и более.
• Оригинальный моноблочный расщепитель пучка, обеспечивающий стабиль-ностьинтерференционной картины и широкий диапазон допустимых изме-нений расстояния дообъекта (до ±30% от номинального).
• Термоскомпенсированная конструкция, обеспечивающая стабильность из-мерений вшироком диапазоне температур без термостабилизации измери-теля*.
• Небольшая потребляемая мощность датчика (1 Вт без термостабилизатора) имикроконтроллерного блока обработки сигнала (1,5 Вт).

* В диапазоне температур измерителя +15…+50˚С температурный дрейф отсутствует. При низких температурах может использоваться система термостабилизации (опция).

Электромагнитная совместимость
ИСД-5 разработан для использования в промышленности и соответствуют следующим стандартам:

• EN 55022:2006 Оборудование информационных технологий. Характеристики радиопомех. Пределы и методы измерений.
• EN 61000-6-2:2005 Электромагнитная совместимость. Общие стандарты. Помехоустойчивость к промышленной окружающей среде.
• EN 61326-1:2006 Электрооборудование для измерения, управления и лабораторного использования. Требования к электромагнитной совместимости. Общие требования

 

Лазерная безопасность
ИСД-5 соответствует следующим классам лазерной безопасности по IEC
60825-1:2007

Модель	ИСД-5 Стандарт
Длина волны, нм	635, 660, 808
Мощность излучения, мВт	5, 12, 40
Класс безопасности	3В

Лазерная безопасность класса 3B
В модели Стандарт, в зависимости от рабочего расстояния, могут быть установлены полупроводниковые лазеры с непрерывным излучением видимого диапазона мощностью 5 — 20 мВт или ИК мощностью до 120 мВт (метровый рабочий диапазон). Все они относятся к классу 3В лазерной безопасности. На корпусе размещена соответствующая предупредительная этикетка:

Лазерная безопасность класса 3R
В модели Мини установлен полупроводниковый лазер с непрерывным излучением видимого диапазона с максимальной выходной мощностью 5 мВт. Он относятся к классу 3R лазерной безопасности. На корпусе размещена соответствующая предупредительная этикетка:

 

Технические характеристики

Параметр	ИСД-5 Стандарт	ИСД-5 Мини	Примечания
Диапазон измеряемых скоростей, м/с	0,01 – 50	0,005 — 10	Максимальные пределы. Одновременно, при данных установках, динамический диапазон Vмакс/Vмин =1000. Чем больше рабочее расстояние до объекта, тем больше минимальные и максимальные измеряемые скорости.
Точность измеряемой скорости (стандартное отклонение)*, %	±0,07 – 0,15 ±0,02 -0,1	±0,15 ±0,05	Без усреднения С усреднением 0,2 — 0,3 с, при V > 1 м/с Чем меньше рабочее рас- стояние, тем больше точ- ность измерений.
Определение направле- ния движения	Есть		Опция, по заказу
Абсолютная точность измеряемой длины*, %	<±0,03 – 0,1		При предварительной ка- либровке на длинах пути >20 м
Частота измерений, Гц	10 – 90 (54 Гц типичная)		Может настраиваться поль- зователем.
Номинальные расстояния от оптики датчика до по- верхности, см	18, 30, 50, 75, 130, 200	10,18, 30	Указывается при заказе
Допустимый диапазон из- менения расстояния	± 20 – 30 % от номинала		Зависит от типа поверхно- сти (амплитуда сигнала снижается на краях диапа- зона)
Тип излучателя	Диодный лазер ИК диапа- зона, 20 мВт		класс 3B
Питание	12 В (8 — 14 В) 24 В (9 – 36 В)		Другие по заказу
Потребляемая мощ- ность, Вт Датчик Блок обработки	1 — 2	1	Типично, зависит от напря- жения питания. Термоста- билизация требует допол- нительной мощности до 10 Вт.
	1,5 — 3 Вт
Диапазон рабочих тем- ператур датчика, ˚С	+5…+50		До -15 – с системой термо стабилизации, для более низких температур датчик может помещаться в термо-кожух (опция).
Вес датчика, г	320	200
Размеры корпуса датчи- ка, мм	85х79х46	114х64х29	Без разъемов, бленд и кре- пежных гнезд. Подробнее — см. рисунок
Длина кабеля от датчика до блока обработки, м	3		До 10 — 15 м по требованию.
Класс защиты датчика от внешней среды	IP67
Блок обработки сигнала
Размеры корпуса, мм	120х100х35
Вес, г	350
Выходные сигналы бло ка обработки
Аналоговый	Скорость, 65 — 150 мВ/м/с, до 3,3 В		Типичные значения, могут настраиваться пользовате- лем (см. далее описание ПО).
Частотный	Путь, 1000 Имп/м (=скорость 1000 Гц/м/с), меандр 0 – 5 или Uпит В, ТТL/HTL совместимый, до 200 КГц.		Разрядность ЦАП – 12 бит, дискретность частоты – 32 бит Для датчиков с определени- ем направления: стандарт- ный энкодерный (А,В) с ин- версией фаз либо импульс- ный + сигнал направления.
Цифровой	Передача всех параметров и настройка датчика по Ethernet (протокол UDP) либо по COM-USB (UART) .		При использовании Ethernet в качестве основного воз можно также дублирование выходных данных по UART (подробнее см. гл.5)
Физическая задержка обновления выходных сигналов (latency)	0,5/(частота измерений)		Без фильтрации, постоянна
Поставляемое ПО для работы с датчиком	Программа для считы вания данных по сети, отображение данных и параметров датчика, со хранение в файл ASCII. Программы для диагно стики датчика. DLL считывания данных по сети для встраивания в ПО пользователя. Конфигурирование параметров датчика – по сети.		Подробнее см. далее. Возможно создание специа лизированного ПО по ТЗ за казчика.

*При предварительной калибровке на объекте (для устранения геометрических ошибок установки).

Характеристики ИСД-5 постоянно улучшаются, поэтому они могут отличаться от приведенных в данном документе без ухудшения функциональности.

 

 

Схема соединений

Состав системы и схема соединений показаны на рисунке

 

Обозначения при заказе

ИСД – 5.[1 или 2]– [x]см– [ET или ET+UART или USB ] – AN(U или I) – PL([x]В) – SM – [x]В — [x]м/с-[x]м -[Тип разъема][x]м– H – M – PC –FC – EU

Символ	Наименование
1 или 2	Вариант исполнения (→pdf смотрите описание типа измерения (10. 24 MB))
[x] cm	Номинальное расстояние до объекта 1*
ET, ET+UART или USB	Цифровые интерфейсы 2*: ET — Ethernet интерфейс ET+UART – опция к ET 3* USB – через конвертер COM-USB. Одновременная установка разных интерфейсов невозможна!
AN(U или I)	Аналоговый выход по напряжению (U) – базовый вариант — или току (I)
PL	Импульсный выход (один канал) – базовый вариант. Уровень 12В (3, 5, 24 В – опции). ENC (уровень,В)– энкодерный выход А и B (сдвинутый на 90 град) 4*
SM	Функция останова импульсного выхода
[x]В	Номинальное напряжение питания от 9 до 24В.  48В или 220В — Опции.
[x]м/с	Необходимый диапазон измеряемых скоростей 5*
[x]м	Длина кабеля от датчика к блоку контроллера, м
Тип разъема (длина кабе-ля)[x]м	CL – автомобильный прикуриватель PG – сетевой адаптер питания — — открытые концы  Длина кабеля питания, м
Н	Наличие встроенного нагревателя (термостабилизатора) (опция)
M	Магнитный крепеж
PC	Индикатор длины (как правило, промышленный счетчик)
FC	Индикатор скорости
EU	Переходник Ethernet-USB (если в ноутбуке пользователя нет разъема Eternet)
Комментарии	Можно коротко описать назначение датчика (дорожный/промышленный), а также конкретизировать указанные параметры, например, токовый выход 0-20мА или 4-20мА или: при питании 12В требуется уровень импульсного выхода 5В или 24В и т. п.

Символ «[» и  «]» при обозначении заказа указывать не надо.

Можно коротко описать назначение датчика (дорожный/промышленный), а также конкретизировать указанные параметры, например, токовый выход 0-20мА или 4-20мА или: при питании 12В требуется уровень импульсного выхода 5В или 24В и т.п.

 

1* По возможности следует выбирать минимальное расстояние, подходящее для данной задачи. Чем меньше номинал, тем выше точность измерений.

2* Основной протокол должен быть один, поскольку в зависимости от него используются различные пользовательские программы (см. далее).

3* В дополнение к основному может быть установлен отдельный разъем — выход данных по UART, например, для их передачи непосредственно на пользовательский контроллер или на смарт-дисплей (нужно указать необходимый формат посылки данных).

4* Эмуляция энкодера, т.е. направление движения не определяется (фаза не изменяется при реверсе направления). Используется, если у пользовательской системы нет одноканального счетного входа.

5* Указывается реально необходимый диапазон. Необходим для оптимизации параметров датчика, в том числе, полосы электронного тракта. Минимальный предел скорости 0,05 м/с, максимальный – 120 м/с. Однако, следует помнить, что динамический диапазон при конкретных настройках датчика составляет 1:1000.

Простые принципы работы систем электрических датчиков на судах

Тони Кучич

Тони Кучич

НИОКР | Промышленная автоматизация | Программист ПЛК | Управление | ОТ

Опубликовано 15 декабря 2016 г.

+ Подписаться

» Если вы не можете просто объяснить это, вы недостаточно хорошо это понимаете.

» — Альберт Эйнштейн.

Хотя в этом предложении много правды, Альберт также сказал, что «просто» не может объяснить, почему что-то работает. Итак, вот несколько предложений о работе датчика, которые я считаю полезными.

Сколько типов датчиков у нас есть? Скажем так: Если есть сила, есть датчики (исключая темную материю :)). Датчик просто описывается как устройство, которое реагирует на внешние силы и изменяет свой выходной сигнал. Затем мы можем обнаружить эти изменения и отобразить их во многих полезных формах. Самым простым типом является датчик температуры. Он изготовлен из материалов с TC (температурным коэффициентом), что означает, что сопротивление датчика изменяется при изменении температуры. *При замене датчиков температуры обязательно проверьте диапазон датчика, поскольку схема обнаружения может использовать другую шкалу. Если электроника позволяет, как в SCADA, можно изменить и масштаб цепей обнаружения.

Но как мы это обнаружим? Самый простой способ — подать напряжение на датчик. * Крайне важно, чтобы напряжение оставалось постоянным на протяжении всего измерения. Для этого у нас есть стабилизаторы постоянного/постоянного напряжения в измерительной цепи и фильтры для измерения качества. Видите ли, если бы датчик не имел постоянного напряжения, ток, который мы измеряем, изменялся бы в зависимости от температуры и напряжения. R=U/I по-прежнему применяется, и большую часть времени мы используем 24 В постоянного тока. Далее, в промышленности существует множество диапазонов тока, которые мы можем использовать, например, 0–20 мА, 4–20 мА — пара из них. На кораблях мы редко используем диапазон 0 мА, потому что труднее обнаружить неисправности датчиков, а датчики должны быть максимально надежными. Значение 0 мА может означать, что измерение пропорционально значению температуры 0 мА или что кабель поврежден. Вот почему мы используем 4-20 мА.

Менее 4 мА означает замыкание на землю или неисправность датчика, 0 мА означает обрыв цепи, а более 20 мА означает короткое замыкание или неисправность датчика. Это один из способов проверить ваши сенсоры. Это называется и разомкнутая система. Многие типы датчиков работают таким образом для аналоговых значений. Но что, если нам нужны переключатели?

Электроника понимает только единицы и нули, поэтому аналоговые значения, такие как ток, необходимо сначала преобразовать в цифровые сигналы. Цифровые сигналы могут направляться непосредственно в измерительную цепь, потому что обычно они просто указывают, включено что-то или нет, например, работает машина или нет, открыта дверь или нет. Если есть ток, это 1, если нет тока, это 0. Это также может быть обратная настройка или диапазон 4-20 мА. Его можно обойти, установив небольшой провод или резистор между контактами, чтобы обмануть электронику, если у вас нет запасного под рукой, и это имеет решающее значение для безопасности.

Многие системы управления даже не используют цифровую электронику. Аналоговые датчики также могут использоваться для управления.

Например, ваш домашний обогреватель работает таким образом. Когда температура падает, переключатель в извещателе замыкается, и он запускает нагреватель. Когда температура достигнет калиброванного значения, нагреватель выключится. *На кораблях я сталкивался с тем, что на котле Утилизатора есть реле давления, которое отключает таким образом весь главный двигатель.

Измерение тока мой любимый. Очень просто и при этом так полезно. Обмотка провода вокруг провода, который мы хотим измерить, вызывает индукцию в измерительной обмотке тока, который мы обнаруживаем и масштабируем. Это бесконтактная система, что делает ее очень надежной, в ней нет движущихся частей, ее нельзя обслуживать, ее можно просто заменить, и она довольно недорогая.

Как проверить датчик? Один из способов — измерить силу тока с помощью проверенного мультиметра. Проверьте также мощность подачи и убедитесь, что она является правильным значением. Если это не так, вы можете точно настроить напряжение в цепи генератора постоянного/постоянного тока. Другой способ, например, если у вас нет мультиметра. Подсоедините последовательно контрольную лампу накаливания и посмотрите, загорится ли она (течет ток). Эффект Холла и бесконтактные выключатели работают на индукции, поэтому используйте кусок магнита, чтобы включить выключатели. Также производители указывают значения сопротивления в руководстве, чтобы вы могли сравнить их, но обязательно измерьте сопротивление, когда система выключена :).

Не измеряйте ток параллельно, потому что это даст электронике сигнал высокого тока и вызовет аварийный сигнал или отключение . Иногда работает и старая добрая замена сенсора, а потом задавать вопросы. Этот метод часто создает хранилище для тех « хороших, но бывших в употреблении » запасных частей.

Спасибо за внимание. Надеюсь, я кое-что прояснил о датчиках, которые мы используем в промышленности. Существует гораздо больше способов тестирования и много типов датчиков. Хотелось бы услышать от вас, с какими датчиками вы сталкивались и конечно проблемы с ними!

9 различных типов преобразователей датчиков

Члены могут загрузить эту статью в формате PDF.

Что вы узнаете:

• В чем разница между преобразователем и датчиком?
• Девять различных типов сенсорных передатчиков.
• Как работает каждый тип передатчика?
• Какие компоненты каждого типа передатчика?

Датчики и преобразователи играют все более важную роль в области приборов и счетчиков, а также в промышленной автоматизации. Эти два прибора обычно используются на оборудовании, требующем измерения температуры, давления, расхода и пространства объекта, и результаты должны передаваться для дальнейшего автоматического управления.

Те, кто не привык к таким приборам, могут легко запутаться, поскольку и датчик, и трансмиттер используются для измерения среды. Итак, для начала давайте сначала поговорим о различиях между датчиками и передатчиками.

Датчик состоит из чувствительного элемента и преобразователя. Чувствительный элемент может воспринимать измеренные переменные (температура, давление, уровень жидкости и расход), а элемент преобразования может преобразовывать измеренные переменные в нестандартные электрические сигналы или другие формы выходных сигналов. Выходной сигнал датчика нестандартен.

В отличие от датчиков, преобразователь изначально не может воспринимать измеряемые переменные. Скорее, он просто преобразует нестандартный электрический сигнал, выдаваемый датчиком, в измеримый электрический сигнал, обычно в сигнал тока от 4 до 20 мА или сигнал напряжения от 1 до ~ 5 В постоянного тока. При этом передатчик также усиливает сигнал для последующего приемного прибора.

В настоящее время многие передатчики объединены с датчиками для создания одного прибора. Этот интегрированный прибор называется преобразователем, а не датчиком; например, преобразователь Rosemount серии 3051 и преобразователь ABB серии TTH 200 и т. д.

Ниже приведены 9 различных типов преобразователей в терминах. Обсуждаются их принципы работы и компоненты, чтобы помочь лучше понять, какой передатчик является лучшим вариантом для конкретного использования.

1. Встроенный датчик температуры

Встроенный датчик температуры обычно состоит из датчика температуры (термопары или терморезистивного датчика) и двухпроводного полупроводникового электронного блока. При изготовлении датчик температуры устанавливается непосредственно в распределительную коробку в цельном модуле, образуя интегрированный преобразователь.

В основном существует два типа встроенных преобразователей температуры:

Преобразователь температуры с терморезистентностью

Принцип работы

Терморезисторный преобразователь температуры объединяет чувствительный элемент температуры — терморезистор — и блок преобразования и усиления сигнала для измерения температуры жидких, паровых и других газообразных сред или твердых поверхностей от −200 до 1600 ℃ в различных процессах. Обычно он используется с прибором отображения, записывающим прибором и различными системами управления.

На датчик температуры воздействует температура, вызывающая сопротивление или потенциальный эффект, который преобразуется в сигнал дифференциального напряжения. После преобразования и усиления сигнала теплового сопротивления нелинейная зависимость между температурой и сопротивлением компенсируется линейной схемой. После схемы V/I-преобразователя преобразователь будет выдавать сигнал постоянного тока 4 ~ 20 мА, соответствующий измеряемой температуре.

На рис. 1 показана работа преобразователя температуры с тепловым сопротивлением.

Измерение температуры термосопротивлением основано на том принципе, что сопротивление металлического проводника увеличивается с повышением температуры. Большинство термисторов состоят из чистых металлических материалов. В настоящее время широко используются платина и медь, а также никель, марганец и родий для производства термисторов.

Компоненты

Термопарный датчик температуры

Принцип работы

На рис. 2 показан принцип работы термопарного датчика температуры. Термоэлектрическая сила, создаваемая термопарой, компенсируется и усиливается холодным концом. Затем нелинейная ошибка между термоэлектрической силой и температурой устраняется линейной схемой.

Затем сигнал усиливается и преобразуется в стандартный токовый выходной сигнал 4 ~ 20 мА. После этого пользователи могут использовать результат сигнала в микрокомпьютерной системе или других традиционных инструментах. Или, в зависимости от требований пользователей, результат сигнала также может быть использован для взрывозащищенных или пожаробезопасных измерительных приборов.

Для предотвращения сбоя контроля температуры, вызванного обрывом провода термопары при измерении термопары, преобразователь также оснащен схемой защиты от отключения питания.

Когда термопара сломана или плохо подсоединена, преобразователь выдает максимальное значение (28 мА), чтобы отключить питание прибора.

Компоненты

• Источник опорного сигнала

• Компенсация холодного спая

• Amplification unit

• Linearization processing

• V/I conversion

• Disconnection processing

• Reverse-connection protection

• Current-limiting protection

• Other circuit units

Встроенный преобразователь температуры имеет длинный список преимуществ, включая простую конструкцию, экономию свинца, большой выходной сигнал, сильную защиту от помех, хорошую линейность, простой прибор отображения, антисейсмический и влагостойкий прочный модуль, обратное соединение и ток. -предельная защита и надежная работа.

2. Датчик давления

Датчики давления могут преобразовывать полученные сигналы давления газа, жидкости и другие сигналы в стандартные сигналы тока и напряжения. Затем они отправляют результаты на последующие приборы, такие как сигнализатор индикации, регистратор и регулятор для измерения, индикации и регулирования процесса.

Принцип работы

Датчик давления также называется датчиком дифференциального давления. Его принцип измерения подобен тому, что показан на Рисунок 3 .

Давление процесса и эталонное давление воздействуют соответственно на два конца чувствительного к давлению узла интегрированного кремния, а перепад давления вызывает деформацию кремниевой пластины. Смещение деформации чрезвычайно мало (микроны).

Полный динамический мост Уитстона на кремниевой пластине приводится в действие внешним источником тока, а выходное напряжение находится на уровне милливольт, что пропорционально давлению. Из-за превосходной прочности силиконового материала линейность и индекс вариации выходного сигнала очень высоки.

Во время работы преобразователь преобразует измеряемую физическую величину в сигнал напряжения (мВ). Он подается на дифференциальный усилитель с большим увеличением и может противодействовать температурному дрейфу.

Затем усиленный сигнал преобразуется в соответствующий сигнал тока блоком преобразования напряжения и тока. Через нелинейную коррекцию генерируется стандартный сигнал тока и напряжения, линейный по отношению к входному давлению.

Преобразователь давления можно разделить на датчик общего давления (0,001 ~ 20 МПа) и преобразователь микроперепада давления (0 ~ 30 кПа).

Components

• Pressure sensor

• Module circuit

• Display meter

• Case

• Process connector

3. Liquid-Level Transmitter

A liquid-level Преобразователь фактически представляет собой применение преобразователя давления для измерения уровня жидкости. В соответствии с методом измерения, способом установки и конструкцией он позже был назван датчиком уровня жидкости, который также относится к области измерения уровня жидкости. Три варианта этого типа передатчика включают в себя:

Датчик уровня с плавающим шариком

Принцип работы

На рис. 4 показан принцип работы датчика уровня с плавающим шариком.

Как правило, удельный вес магнитного плавающего шарика составляет менее 0,5, поэтому он может плавать на поверхности жидкости и перемещаться вверх и вниз по измерительной трубе. Трубка снабжена измерительным элементом, способным преобразовывать измеренный сигнал уровня жидкости в сигнал сопротивления, пропорциональный изменению уровня жидкости под действием внешнего магнетизма. По завершении измерения преобразователь преобразует электронный блок в 4 ~ 20 мА или другой стандартный выходной сигнал.

Разработанный с модульной схемой, датчик уровня жидкости с плавающим шаром обладает преимуществами кислотостойкости, влагостойкости, ударопрочности и коррозионной стойкости.

В схему встроены схемы обратной связи по постоянному току и внутренней защиты, которые обеспечивают максимальный выходной ток не более 28 мА. Таким образом, блок питания может быть надежно защищен, а вторичный прибор не будет поврежден.

Компоненты

FLOAT ING -BUOY-уровни передатчика

Принцип работы

Рис.

Датчик уровня жидкости буйкового типа разработан в соответствии с принципом плавучести Архимеда, согласно которому магнитный плавающий шар заменяется буем.

В поплавковом уровнемере используется крошечная металлическая пленка для определения натяжения для измерения уровня, границы или плотности жидкости. При использовании для измерения он может работать в соответствии с обычной операцией настройки с помощью кнопок управления на рабочем месте.

Буй погружается в жидкость в буйковой камере и жестко связан с торсионно-трубной системой. Сила, действующая на систему торсион-труба, равна чистой стоимости веса самого буя за вычетом плавучести буя. Под действием этой равнодействующей силы трубка кручения закрутится на определенный угол.

Положение, плотность или граничное положение жидкости в камере буя изменяют плавучесть буя, погруженного в жидкость, что меняет угол скрученной трубки. Изменение передается на датчик, жестко связанный с торсионной трубкой, которая изменяет выходное напряжение датчика. Выходной сигнал будет дополнительно усиливаться электронными компонентами и преобразовываться в выходной ток 4 ~ 20 мА.

Поплавковый датчик уровня жидкости использует микроконтроллер и соответствующие электронные схемы для измерения переменных процесса, обеспечивает токовый выход и имеет ЖК-дисплей, на котором отображается значение. В его конструкции реализована возможность обмена данными по протоколу HART.

Компоненты

• Детектор: буй и соединительный стержень ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) и ЖК-дисплей

Датчик гидростатического давления

Принцип работы

Датчик уровня гидростатического давления в основном используется для измерения уровня жидкости в городском водоснабжении и дренаже, водоочистных сооружениях, водохранилищах, реках, океаны, нефтяные резервуары, нефть, химическая промышленность, электроэнергетика и другие приложения.

Измеряемой средой может быть вода, масло, кислота, щелочь и вязкая жидкость. Прибор может выводить двухпроводной токовый сигнал при 4-~20 мА постоянного тока, который имеет преимущества передовой технологии, высокой точности, стабильного и надежного качества, а также простоты установки и использования.

Преобразователь гидростатического давления является идеальным прибором для измерения уровня жидкости в системах обнаружения и контроля процессов.

На рис. 6 показан принцип работы преобразователя гидростатического давления. Этот преобразователь основан на принципе, согласно которому гидростатическое давление измеряемой жидкости пропорционально высоте жидкости.

Он использует пьезорезистивный эффект рассеянных кремниевых или керамических чувствительных элементов для преобразования гидростатического давления в электрический сигнал. После температурной компенсации и линейной коррекции электрический сигнал преобразуется в сигнал стандартного тока 4–20 мА постоянного тока для вывода.

Установка и использование преобразователя уровня гидростатического давления очень удобны. Пользователи могут поместить сенсорную часть трансмиттера непосредственно в жидкость, а трансмиттерную часть можно зафиксировать с помощью фланцев или кронштейнов.

Компоненты

4. Емкостной преобразователь уровня

Емкостной преобразователь уровня подходит для промышленных предприятий для измерения и контроля производственного процесса. Он в основном используется для длительного и непрерывного измерения уровня жидкости или твердого порошка в проводящих и непроводящих средах.

Принцип работы

Принцип работы емкостного преобразователя уровня показан на рис. 7 . Когда два вида давления от измеряемой среды поступают в камеры высокого и низкого давления емкостного датчика уровня жидкости, они будут действовать по обе стороны диафрагмы δ-элемента (т. е. чувствительного элемента). Далее самой диафрагмой и заполняющей жидкостью сигнал будет передаваться на обе стороны измерительной диафрагмы.

Если давление с обеих сторон непостоянно, смещение измерительной диафрагмы пропорционально разности давлений. Таким образом, емкость с обеих сторон не одинакова. После генерации и демодуляции он преобразуется в сигнал, пропорциональный давлению.

АЦП преобразует ток демодулятора в цифровой сигнал, значение которого используется микропроцессором для определения значения входного давления. Микропроцессор управляет работой преобразователя.

Кроме того, микропроцессор может выполнять линеаризацию датчика, сброс диапазона измерения, преобразование технических единиц, демпфирование, извлечение квадратного корня, точную настройку датчика и другие операции, а также диагностику и цифровую связь.

Наконец, ЦАП может преобразовывать скорректированный цифровой сигнал от микропроцессора в данные, которые могут быть скорректированы программным обеспечением преобразователя. Данные хранятся в EEPROM, который будет в полной безопасности даже после сбоя питания.

Компоненты

• Датчик емкости

• Справочный источник

• .

5. Ультразвуковой передатчик

Ультразвуковой передатчик делится на две категории: обычный ультразвуковой передатчик (без счетчика) и встроенный ультразвуковой передатчик. Последнее используется чаще.

Принцип работы

Ультразвуковой уровнемер может измерять высоту материала в контейнере на основе принципа акустического отражения. Он измеряет и отображает значение уровня материала (уровень жидкости или уровень материала) и отправляет выходной сигнал на главный компьютер в главной диспетчерской.

На рис. 8 показан рабочий процесс ультразвукового преобразователя. Сначала он измеряет расстояние до поверхности объекта, а значение уровня (уровень жидкости или уровень материала) получается путем вычитания значения измерения расстояния из высоты установки (расстояние от поверхности пьезоэлектрического преобразователя до дна контейнера). .

Поэтому высота установки должна быть установлена ​​на уровнемер. Другие параметры также должны быть установлены, например, полная шкала и нулевая точка удаленного токового сигнала.

Ультразвуковые передатчики широко используются в области очистки воды и сточных вод, например, в насосной станции, сборном колодце, биохимическом реакционном резервуаре и отстойнике; электроэнергетика и горнодобывающая промышленность, например, в резервуарах для шлама и угольного шлама, а также для очистки воды; и нефтяной промышленности.

Их можно использовать для измерения уровня жидкости, уровня материала, открытого канала и других измерений протекающей жидкости, а также расстояния.

Датчик этого типа решает многие проблемы, связанные с традиционными методами измерения (такими как датчики вращения, давления, емкости и поплавка), включая залипание, обмотку, блокировку, утечку, коррозию среды и неудобное обслуживание.

Компоненты

• Пьезоэлектрический чип

• Ультразвуковой датчик

6. Преобразователь кислотности с сурьмяным электродом

Преобразователь кислотности с сурьмяным электродом, промышленный онлайн-аналитический прибор, обеспечивает такие функции, как определение рН, автоматическую очистку и преобразование электрического сигнала. Это система измерения pH, состоящая из сурьмяного электрода и электрода сравнения.

Принцип работы

На рис. 9 показаны четыре типа преобразователей кислотности сурьмяных электродов и их компоненты.

В измеряемом кислотном растворе существует разность потенциалов между поверхностью металлического сурьмы и триоксидом сурьмы из-за образования слоя оксида триоксида сурьмы на поверхности сурьмяного электрода. Величина разности потенциалов зависит от концентрации оксида сурьмы, что соответствует умеренной концентрации иона водорода в растворе кислоты.

Если предположить, что замедление сурьмы, триоксида сурьмы и водного раствора равно 1, электродный потенциал можно рассчитать по формуле Нернста.

Компоненты

7. Датчик концентрации кислоты, щелочи и соли

Датчик концентрации кислоты, щелочи и соли определяет концентрацию путем измерения значения проводимости раствора. Он может непрерывно определять концентрацию кислоты, щелочи и соли в водных растворах для промышленных процессов.

Датчик этого типа в основном используется для обработки питательной воды для котлов, подготовки химических растворов, защиты окружающей среды и других процессов промышленного производства.

Принцип работы

На рис. 10 показаны части, из которых состоит преобразователь концентрации кислоты, щелочи и соли.

Принцип работы преобразователя концентрации кислоты, щелочи и соли заключается в следующем: в определенном диапазоне концентрация кислотно-щелочного раствора пропорциональна его проводимости. Следовательно, пока измеряется проводимость раствора, можно рассчитать кислотно-щелочную концентрацию. Когда измеряемый раствор поступает в специальную ячейку проводимости, если поляризация электрода и распределенная емкость игнорируются, это может быть эквивалентно чистому сопротивлению.

При постоянном переменном токе выходной ток линейно зависит от проводимости, а проводимость пропорциональна концентрации кислоты и щелочи в растворе. Следовательно, пока измеряется ток раствора, можно рассчитать концентрацию кислоты, щелочи и соли.

Компоненты

8. Преобразователь электропроводности

Преобразователь электропроводности подобен встроенному преобразователю. Он косвенно измеряет концентрацию ионов, измеряя проводимость раствора. Кроме того, он может непрерывно определять проводимость водного раствора в промышленном процессе.

Принцип работы

На рис. 11 поясняется принцип работы преобразователя электропроводности. Поскольку раствор электролита так же хорош, как и металлический проводник, электрический ток, протекающий через раствор электролита, несомненно, будет иметь эффект сопротивления, и он соответствует закону Ома.

Однако температурная характеристика сопротивления жидкости противоположна характеристике металлического проводника, имеющего отрицательную температурную характеристику. Чтобы отличить его от металлического проводника, проводимость раствора электролита выражается проводимостью (обратной величине сопротивления) или проводимостью (обратной величиной удельного сопротивления).

В сценарии, когда два взаимно изолированных электрода образуют ячейку проводимости, а измеряемый раствор помещается в середину ячейки и прикладывается переменный ток постоянного напряжения, образуется токовая петля.

Если напряжение и размер электрода фиксированы, существует определенная функциональная зависимость между током контура и проводимостью. Таким образом, электропроводность измеряемого раствора может быть получена путем измерения тока, протекающего через раствор.

Компоненты

Компоненты, конструкция и схема преобразователя электропроводности такие же, как и у преобразователя концентрации кислоты, щелочи и соли.

9. Интеллектуальный датчик

Принцип работы

На рис. 12 показаны датчики и микропроцессоры, составляющие интеллектуальный датчик. Он в полной мере использует вычислительные и запоминающие возможности микропроцессора и может обрабатывать данные датчиков, включая обработку измерительного сигнала (например, фильтрацию, усиление, аналого-цифровое преобразование и т. д.), отображение данных, автоматическое коррекция и автоматическая компенсация и т. д.

Микропроцессор представляет собой ядро ​​интеллектуального передатчика. Он может не только вычислять, хранить и обрабатывать измеренные данные, но и настраивать датчик с помощью контура обратной связи для достижения наилучшего сбора данных.

Поскольку микропроцессор обладает разнообразными программными и аппаратными функциями, он может выполнять задачи, невозможные для традиционных преобразователей. Таким образом, интеллектуальные передатчики могут снизить сложность изготовления датчика, а также улучшить его характеристики в широком диапазоне.

Components

• Sensing element

• Analog-to-digital conversion circuit

• Digital-to-analog conversion circuit

• Microprocessor

• Digital display panel

• HART элемент связи

Преимущества интеллектуальных датчиков

• Возможность автоматической компенсации: Интеллектуальный преобразователь может автоматически компенсировать нелинейность, температурный и временной дрейф датчика с помощью программного обеспечения. Он может сам диагностировать ошибки. После включения он может выполнить самопроверку датчика, чтобы проверить, нормально ли работает каждая часть датчика, и принять решение. Его обработка данных удобна и точна. Он может автоматически обрабатывать данные в соответствии с внутренней программой, такой как статистическая обработка, удаление аномальных значений и так далее.

• Двусторонняя связь: микропроцессор может не только получать и обрабатывать данные датчика, но также передавать информацию датчику для настройки и управления процессом измерения. Он может хранить и запоминать информацию, включая данные о характеристиках, информацию о конфигурации и записи компенсации датчиков.

• Интерфейс цифрового выхода: Выходной цифровой сигнал может быть легко подключен к компьютеру или полевой шине.

Резюме

При выборе преобразователя следует учитывать фактические условия установки, условия окружающей среды, характеристики прибора, экономичность и измеряемую среду. На практике измерительную работу можно разделить на прямые измерения и косвенные измерения. Его использование включает измерение процесса, управление процессом и блокировку устройства.

При покупке преобразователя необходимо тщательно выбрать соответствующий тип и модель преобразователя в соответствии с указанными выше целями.

Ссылки

Анна Грис, 2011 г., «Каков принцип работы резистивного преобразователя давления?», WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, просмотрено 12 марта 2021 г.

Автоматизация управления, 2019 г., «Что такое гидростатическое давление?», Control Automation , просмотрено 8 мая 2021 г.

Eastsensor 2018, «Принцип работы емкостного датчика перепада давления», eastsensor.com, просмотрено 13 марта 2021 г. Май 2021.

Horiba 2016, «Детектор (электрод сравнения, электрод температурной компенсации, комбинированный электрод)», Horiba, просмотрено 14 марта 2021 г.

Inst Tools 2016, «Принцип индикатора уровня поплавкового типа», Instrumentationtools, просмотрено 8 мая 2021 г.