Zadání:

1. Seznamte s diskrétními snímači polohy, s technickými parametry.
2. Proměřte statické charakteristiky předložených snímačů. Zjistěte vliv velikosti napájecího napětí na jejich průběh. Určete hysterezi snímačů, zjistěte vliv materiálu a velikosti přibližované kovové clony na parametry snímače (hystereze, vzdálenost sepnutí, opakovaná přesnost sepnutí, …).
3. Zhodnoťte výsledky měření porovnáním s katalogovými údaji.

1. Princip diskrétních snímačů polohy

Tyto snímače slouží k přeměně mechanického pohybu kovového předmětu na elektrický signál. Používají se k dvouhodnotové indikaci např. jako indikátory koncových poloh strojů apod. Dělí se na čelní a štěrbinové. U snímačů čelních se může snímaný kovový předmět pohybovat ve směru osy snímače i kolmo na tuto osu, u snímačů štěrbinových se pohyb předmětu děje jen v jedné rovině.

Na svém výstupu dávají tyto snímače dvouhodnotový signál. Buďto je na výstupu napětí blízké hodnotě napájecího napětí (sepnuto), anebo přibližně nulové (rozepnuto). Parametry proměřovaných snímačů jsou uvedeny v tab.1. Napájecí napětí se připojuje mezi vývody 1 a 3. Výstupní napětí se měří mezi vývody 2 a 3, zatěžovací odpor R_Z přitom musí mít určitou minimální hodnotu, aby se nepřekročila hodnota max. spínacího proudu. U snímačů s výstupem typu otevřený kolektor se R_Z zapojuje mezi vývody 1 a 2 (obr.1a,b).

Schéma zapojení snímače typu S 740 je na obr. 2. Nejdůležitější částí obvodu je oscilátor o kmitočtu asi 1 MHz tvořený cívkou L1, kondenzátorem C1 a tranzistorem T1. Cívka L3 a kondenzátor tvoří zpětnou vazbu na bázi tranzistoru. Není-li přítomna kovová clonka mezí cívkami L1 a L3 (ve štěrbině snímače), dochází k netlumeným kmitům oscilátoru, v opačném případě kmity ustanou. Vazba oscilátoru na další obvody je induktivní z cívky L1 do cívky L2. Pro lepší pochopení činnosti obvodu jej zjednodušeně rozkreslíme pro přítomnost a nepřítomnost kovového předmětu.

V prvním případě obr.3a je oscilátor v činnosti, dochází k oscilacím, a kmity se přenášejí na cívku L2, a v každé kladné půlperiodě (začerněné v obr.3a) otevírají tranzistor T2. V době, kdy T2 vede, se přes něj vybíjí náboj kondenzátoru C4 proudem IC4. Báze tranzistoru T3 je tím prakticky uzemněna, proto je tento uzavřen, nevede ani tranzistor T4 a zátěží R_Z neprotéká proud, a na R_Z nenaměříme tedy napětí

V druhém případě (vsuneme-li do štěrbiny snímače clonku) kmity oscilátoru vysadí, a do cívky L2 se neindukuje napětí. Tranzistor T2 je nyní trvale uzavřen. Přes odpor R6 se nabíjí kondenzátor C4. Při dosažení určitého napětí na kondenzátoru C4 je tímto napětím otevřen tranzistor T4, v jehož kolektor je zapojen zatěžovací odpor R_Z, např. světelná LED dioda. Přes zpětnovazební odpor R12 je báze tranzistoru T2 ještě více uzemněna a to podporuje uzavření tranzistoru T2 (kladná zpětná vazba). V úplném schématu na obr.2 jsou některé součástky, které jsme při vysvětlování principu pro jednoduchost neuvažovali. Zenerovy diody ZD1, ZD2 a kondenzátor C3 stabilizují napájecí napětí pro oscilátor, dioda D1 zkratuje napájecí zdroj v případě, že ho omylem zapojíme v opačné polaritě.

2. Popis měřicí aparatury

Snímače štěrbinové i snímače čelní jsou umístěny na dřevěných vyjímatelných deskách. Zdířky v levé části slouží pro připojení potřebných napájecích napětí. Posuv snímaného předmětu (kovového předmětu, plíšku) ke snímačům se děje mikrometrickým šroubem. Na něm lze přesně odečítat údaj s přesností poloviny nejmenšího dílku, tj. s přesností 0,005mm. Indikace polohy snímaného kovového předmětu je světelnými LED diodami. Je-li v aktivní oblasti čidla kovový předmět, dioda se rozsvítí.

3. Postup práce

1. Přesvědčíme se, zda přivádíme správná napájecí napětí, teprve pak je připojíme na příslušné zdířky. Mezi těmito zdířkami a vlastním snímačem jsou zapojeny diody, které zabraňují průchodu proudu v případě přepólování napájecího napětí. Napětí přiváděné na snímač bude proto menší o úbytek napětí, na těchto diodách (asi 0,7V) než napětí přiváděné na měřicí přípravek ze zdroje. POZOR ! – napájecí zdroj dává kladná a záporná napětí vůči společnému vodiči! Společný vodič je šest spodních zdířek zdroje. Uvedená napětí jsou vztahována vůči tomuto vodiči. Nesmíte proto brát napájecí napětí mezi horní a spodní řadou zdířek, protože mezi nimi je napětí dvojnásobné hodnoty! Berte napětí z horních a prostředních zdířek. Nechte si zkontrolovat správnost zapojení, napájecí zdroj do té doby nezapínejte!

2. Změříme statickou charakteristiku alespoň dvou diskrétních snímačů, která bude mít tvar releové charakteristiky s hysterezí. V rozmezí nepájecího napětí snímače (viz tab. 1) nastavíme tři hodnoty a získáme tím tři statické charakteristiky pro každý snímač. Vliv napájecího napětí na hysterezi a tvar charakteristik uvedeme v závěru. Výstupní napětí snímače mezi přísl. svorkami měříme voltmetrem. U čelních snímačů řady BIS zjistíme vliv tří druhů materiálů clony. Sestrojíme statické charakteristiky snímačů na milimetrovém papíře. Sestavíme závěr, vyjádříme se k faktorům ovlivňujícím měření a jeho přesnost.

Kontrolní otázky:

1. Jaký je princip analogových indukčních snímačů polohy?
2. Jaký je princip diskrétních indukčních snímačů polohy?
3. V jakých mezích se pohybuje axiální citlivost?
4. Jaké jsou dynamické vlastnosti indukčních snímačů polohy? Srovnejte je s dyn. vlastnostmi optických snímačů polohy ,(lab.úloha “fotoelektrické snímače“).

Pracoviště 6: Analogové snímače    Diskrétní snímače     Zapojení odpor. sn. polohy