О +5В

I-oVcb

выходное напряжение Vg

»0

замыкание выключателя

однополюсный выключатель одинарного действия

Рис. 4.9. Дребезжание контактов при замыкании выключателя

<5мс дребезжание

время

Однополюсный двухпозиционный выключатель {Single-Pole Double-Throw -SPDT) может быть типа "разрыв перед замыканием" {Break-Before-Make ~ ВВМ) или ".замыкание перед ра.зрывом" {Make-Before-Break - МВБ) (рис. 4.10). При переключении в первом случае оба контакта разомкнуты на короткое время, во второ.м-через оба контакта ток кратковременно протекает.

Бороться с дребезжанием контактов в переключателях SPDT можно с помощью специальных схем. Подвижный контакт должен быть заземлен; когда он касаета контакта, присоединенного к источнику, напряжение последнего снижается. Подключенная электронная схема должна "уловить" логическое состояние, соответствующее первому касанию контактов, и игнорировать последующее дребезжание.

нормально

разомкнутый

выключатель

нормально

замкнутый

выключатель

нормально

замкнутый

выключатель

срабатывание

нормально

разомкнутый

выключатель

срабатывание

Рис. 4.10. Переключатели с ра.зличпыми контактными системами: а - разрыв перед замыканием, б - замыкание перед разрывом

Существуют другие методы определения положения с помогцью бинарных датч" ков, некоторые из которых приведены ниже.

• Ртутные выключатели состоят из небольпп1х герметически запаянных стеклЯ!* нь[х трубок с контактными выводами. Трубка содержит достаточное количеств ртути, чтобы .замкнуть контакты. Выключатель размыкает и замыкает KOHraKf* при изменении положения (наклона) трубки.

• Магнитоуправляемое герметичное язычковое реле - геркон (reed switch, relay) - состоит из двух плоских пружин, запаянных в небольшую стеклянй}-

трубку. Свободные концы пружин находятся друг над другом с очень небольшим .зазоро.м .между ними. Когда к трубке приближается магнит, пружины намагничиваются в разных направлениях, притягиваются друг к другу и замыкаются.

• Фотоэлектрические датчики выполнены из материалов, которые изменяют сопротивление или генерируют разность потенциалов под влиянием света. Во многих устройствах достаточно бинарной индикации - есть свет или нет. Фотсэлектри-ческий лучевой детектор состоит из источника светового луча и светочувствительного элемента. Существует много конструкций светодетекторов, которые отличаются в основном тем, отражается или прерывается световой луч фиксируемым объектом. Преимущества светодетекторов - простота, гибкость, низкая стоимость и, главное, фиксация может выполняться без непосредственного физического контакта. На базе фотоэлектрических лучевых детекторов легко строятся измерители частоты вращения, счетчики, датчики положения и т. д.

• Ультразвуковые и микроволновые датчики используются для обнаружения объектов на расстояниях от нескольких сантиметров до нескольких метров. Эти датчики работают в режиме отражения (излучатель и приемник заключены в одном приборе) или на принципе прерывания луча (излучатель и приемник расположены в разных устройствах).

4.3.2. Пороговые датчики

Разные типы датчиков используются для определения момента, когда аналоговая величина (например, уровень, давление, температура или расход) достигает некоторого порогового значения. Поэтому их часто называют пороговыми датчиками (point sensors, limit sensors). Они обычно используются для подачи аварийного сигнала, а иногда и остановки процесса в случае достижения какой-либо величиной значения, указывающего на опасную ситуацию. Такие датчики должны быть устойчивыми и иадежны.ми.

4.3.3. Индикаторы уровня

Индикатор уровня (levelswitch) срабатывает, если резервуар заполнен до заданной высоты. Принцип работы зависит от свойств контролируемого вещества - жидкость, цементный раствор, гранулы или пыль. Индикатор может либо показывать текущий уровень, либо выдавать сигнал, когда уровень достигает заданного.

Поплавок, находящийся на поверхности жидкости, при достижении определенного уровня действует как концевой выключатель. Герконы являются идеальными выключателями для жидкой среды, поскольку они водонепроницаемы. На поплавке должен быть установлен магнит, чтобы вызвать срабатывание контактов геркона. Для той же цели часто исполызуются фотоэлектрические датчики. Для твердых материалов применяются емкостные датчики приближения (proximity sensors). По мере повышения уровня заполнителя из пространства между стенкой сосуда и емкостным зондом вытесняется воздух, и 1ю.это.му изменяется емкость образованного и.ми конденсатора, которую можно из.мерить стандартными методами. Уровень можно измерить и датчико.м давления, по.мещенным на дно сосуда, поскольку величина давления у дна прямо пропорциональна высоте столба вещества. В этом случае может вырабатываться как аналоговый (индикация текущего уровня), так и бинарный (достигнут пороговый уровень) сигнал.

4.3.4. Цифровые и информационно-цифровые датчики

{Дифровые датчики генерируют дискретные выходные сигнаты, пульсные последовательности или представленные в определенном данные, которые непосредственно moit быть считаны пронессоро.м. от тина датчика выходной сигнал либо сразу фор.мируется в цифровом -мер, от датчика положения вала), либо должен обрабатываться цепями логики, которые обычно составляют с ним одно целое. Измерительная рового датчика такая же, как и у аналогового. Существуют интегрирован вые датчики, которые включают микропроцессоры для выполнения числ разований и согласования сигнала и вырабатывают цифровой или выходной сигнал.

Если выходной сигнал датчика представляет собой последовательность то они обычно суммируются счетчико.м. В друго.м варианте - можно из.м ва.-т -Между и.мпульса.ми. Зате.м результат в виде цифровог-о слова переда нейшую обработку. При и.з.мерении .энергии информация обычно кодиру са.ми - каждый и.мнульс соответствует определенному количеству энер

Информационно-цифровые датчики (Fieldbus sensor) цополнтелъно ют передачу информации через шины локального управления (Field представляют собой специальный тин двухсторонних цифровых (глава 9). Датчики данного типа - .это обычные датчики температуры, хода и т. д., которые дополнительно и.меют .микропроцессор для обрабо преобразования их в цифровой вид (например, в 12-разрядцый код) внешних ко.м.муникаций. По шине можно передавать не только резуль НИИ, но и идентификационную информацию датчика. Иногда такие дат живают режим yдaJeннoгo тестирования и калибровки.

наг1ри.мер j, коде цифро В зависимо(у виде (пщ электрон,, головка нныецифр. овыхлрео,; аналогов{(;

импульсг; ерять инт»;-ется да да;; ется и.мп};;;. гни. обеспеч№-

bus), KOTOpt

ко .м My 11 якай, давления, pj; тки данны! и поддержс таты из.ме[*-чики подяер

Пример 4.1

Датчики положения вала

Датчики положения вала или кодеры новорота (shaft encoders) - вые датчики для и.з.мерения угла поворота и угловой скорости. Они ются во всех систе.мах, где нужна точная информация о пара,метрах ного движения, - напри.мер, станки, роботы, сервосистемы и .элек Сугнествуют датчики относительного (incremental) и абсолютного типов.

Датчик относительного типа состоит из светодетектора или датчика, напри.мер геркона, который генерирует гюследопательност сов при вран1еиии объекта; поворот на 360° соответствует одно.му импульсам. .Затем последовательность импульсов обрабатывается .зуется в угол поворота и угловую скорость объекта.

Датчик абсолютного типа выдает угол 1и;)Ворота объекта в дпо Оптический датчик состоит из диска с проре.зя.ми и светонепро участками, причем каждая прорезь уникальна и соответствует он углу поворота. Источник спета освещает одну сторону диска, а на ропе блок датчиков фиксирует световой шаблон (т. е. через какие ппохплит. а через какие - нет), которому соответствует цифров

.это цифро-примеНЯ-вращате.!1ь-тропрнвод (absolute

.vwrHHTHoro ь импу.чь-или бапес и преобра-

ичиом коде ницаемы.м! ределенно.м

другой СТО

прорези caet ое значен