ch機電傳動中檢測元件資料實用

會計學(xué)1ch機電傳動中檢測元件資料實用7.1測速發(fā)電機

測速發(fā)電機是一種轉(zhuǎn)速測量傳感器。在許多自動控制系統(tǒng)中，它被用來測量旋轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)速，向控制電路提供與轉(zhuǎn)速大小成正比的信號電壓。測速發(fā)電機分為交流和直流兩種類型。7.2.1交流測速發(fā)電機

交流測速發(fā)電機又分為同步式和異步式兩種，這里只分析異步式交流測速發(fā)電機的工作原理。第1頁/共33頁????1轉(zhuǎn)子定子勵磁繞組輸出繞組

異步式交流測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)與杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電機相似，它的定子上有兩個繞組，一個是勵磁繞組，一個是輸出繞組。輸出繞組+–勵磁繞組+–7.2.1

交流測速發(fā)電機第2頁/共33頁

工作時，測速發(fā)電機的勵磁繞組接交流電源U1，由U14.44f1N11可知：

當被測轉(zhuǎn)動軸帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子切割1產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢Er和轉(zhuǎn)子電流Ir，它們的大小與1和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n

成正比：

轉(zhuǎn)子電流Ir也產(chǎn)生磁通r，r在輸出繞組中感應(yīng)出電壓U2，U2的大小與r成正比：第3頁/共33頁

綜合上述分析可知：

當U1恒定不變時，U2與n成正比，這樣，發(fā)電機就把被測裝置的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成了電壓信號，輸出給控制系統(tǒng)。

由于鐵心線圈電感的非線性影響，交流測速發(fā)電機的輸出電壓U2與n間存在著一定的非線性誤差，使用時要注意加以修正。第4頁/共33頁7.2.1

直流測速發(fā)電機

直流測速發(fā)電機分永磁式和他勵式兩種。兩種電機的電樞相同，工作時電樞接負載電阻RL。但永磁式的定子使用永久磁鐵產(chǎn)生磁場，因而沒有勵磁線圈；他勵式的結(jié)構(gòu)與直流伺服電機相同，工作時勵磁繞組加直流電壓U1勵磁。他勵式直流測速發(fā)電機接線圖TGRLI2U2+–Ra+–EI1U1+–第5頁/共33頁

當被測裝置轉(zhuǎn)動軸帶動發(fā)電機電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞產(chǎn)生電動勢E，其大小為：發(fā)電機的輸出電壓為：上式中代入：于是第6頁/共33頁

可見，當勵磁電壓U1保持恒定時（亦恒定），若Ra、RL不變，則輸出電壓U2的大小與電樞轉(zhuǎn)速n成正比。這樣，發(fā)電機就把被測裝置的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成了電壓信號，輸出給控制系統(tǒng)。0nU2RL2<RL1RL=RL2RL1第7頁/共33頁

值得注意的是，由于直流電機中存在著電樞反應(yīng)現(xiàn)象，使得輸出電壓U2與轉(zhuǎn)速n有一定的線性誤差。RL越小、n越大，誤差越大。因此，在使用中應(yīng)使RL和n的大小符合直流測速發(fā)電機的技術(shù)要求。

測速發(fā)電機的作用是將機械速度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，在自動控制系統(tǒng)和計算裝置中作為檢測元件、校正元件等。如在恒速控制系統(tǒng)中，測速發(fā)電機將速度轉(zhuǎn)換為電壓信號作為反饋信號，達到調(diào)節(jié)速度的作用。第8頁/共33頁編碼器以其高精度。高分辨率和高可靠性而被廣泛用于各種位移測量。編碼器按結(jié)構(gòu)形式有直線式編碼器和旋轉(zhuǎn)式編碼器之分。由于旋轉(zhuǎn)式光電編碼器是用于角位移測量的最有效和最直接的數(shù)字式傳感器，并已有各種系列產(chǎn)品可供選用，故本節(jié)著重討論旋轉(zhuǎn)式光電編碼器。7.2光電編碼器第9頁/共33頁旋轉(zhuǎn)式編碼器有兩種——增量編碼器和絕對編碼器增量編碼器與前三節(jié)討論的幾種數(shù)字式傳感器有類似之處。它的輸出是一系列脈沖，需要一個計數(shù)系統(tǒng)對脈沖進行累計計數(shù)。最簡單的一種絕對編碼器是接觸式編碼器

絕對編碼器二進制輸出的每一位都必須有一個獨立的碼道。一個編碼器的碼道數(shù)目決定了該編碼器的分辨力。第10頁/共33頁第11頁/共33頁第12頁/共33頁

從編碼技術(shù)上分析，造成錯碼的原因是從一個碼變?yōu)榱硪粋€碼時存在著幾位碼需要同時改變。若每次只有一位碼改變，就不會產(chǎn)生錯碼，例如格雷碼（循環(huán)碼）。格雷碼的兩個相鄰數(shù)的碼變化只有一位碼是不同的（見表10－1）。從格雷碼到二進制碼的轉(zhuǎn)換可用硬件實現(xiàn)，也可用軟件來完成。第13頁/共33頁旋轉(zhuǎn)式光電編碼器接觸式編碼器的實際應(yīng)用受到電刷的限制。目前應(yīng)用最廣的是利用光電轉(zhuǎn)換原理構(gòu)成的非接觸式光電編碼器。由于其精度高，可靠性好，性能穩(wěn)定，體積小和使用方便，在自動測量和自動控制技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前大多數(shù)關(guān)節(jié)式工業(yè)機器人都用它作為角度傳感器。國內(nèi)已有16位絕對編碼器和每轉(zhuǎn)＞10000脈沖數(shù)輸出的小型增量編碼器產(chǎn)品，并形成各種系列。第14頁/共33頁1.絕對編碼器第15頁/共33頁光電編碼器的碼盤通常是一塊光學(xué)玻璃。玻璃上刻有透光和不透光的圖形。它們相當于接觸式編碼器碼盤上的導(dǎo)電區(qū)和絕緣區(qū)，如圖10－20所示。編碼器光源產(chǎn)生的光經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)形成一束平行光投射在碼盤上，并與位于碼盤另一面成徑向排列的光敏元件相耦合。碼盤上的碼道數(shù)就是該碼盤的數(shù)碼位數(shù)，對應(yīng)每一碼道有一個光敏元件。當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)的電平信號。

第16頁/共33頁第17頁/共33頁2.增量編碼器增量編碼器，其碼盤要比絕對編碼器碼盤簡單得多，一般只需三條碼道。這里的碼道實際上已不具有絕對碼盤碼道的意義。第18頁/共33頁與絕對編碼器類似，增量編碼器的精度主要取決于碼盤本身的精度。用于光電絕對編碼器的技術(shù)，大部分也適用于光電增量編碼器。第19頁/共33頁4.光電增量編碼器的應(yīng)用（1）典型產(chǎn)品應(yīng)用介紹

圖10－24所示為LEC型小型光電增量編碼器的外形圖。每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)為20～5000，最大允許轉(zhuǎn)速為5000r／min。第20頁/共33頁第21頁/共33頁（2）測量轉(zhuǎn)速

增量編碼器除直接用于測量相對角位移外，常用來測量轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。最簡單的方法就是在給定的時間間隔內(nèi)對編碼器的輸出脈沖進行計數(shù)，它所測量的是平均轉(zhuǎn)速。

第22頁/共33頁（3）測量線位移

在某些場合，用旋轉(zhuǎn)式光電增量編碼器來測量線位是一種有效的方法。這時，須利用一套機械裝置把線位移轉(zhuǎn)換成角位移。測量系統(tǒng)的精度將主要取決于機械裝置的精度第23頁/共33頁第24頁/共33頁圖（a）表示通過絲桿將直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。例如用一每轉(zhuǎn)1500脈沖數(shù)的增量編碼器和一導(dǎo)程為6mm的絲桿，可達到4μm的分辨力。為了提高精度，可采用滾珠絲桿與雙螺母消隙機構(gòu)。圖（b）是用齒輪齒條來實現(xiàn)直線－旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換的一種方法。一般說，這種系統(tǒng)的精度較低。圖（c）和（d）分別表示用皮帶傳動和摩擦傳動來實現(xiàn)線位移與角位移之間變換的兩種方法。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，特別適用于需要進行長距離位移測量及某些環(huán)境條件惡劣的場所。無論用哪一種方法來實現(xiàn)線位移－角位移的轉(zhuǎn)換，一般增量編碼器的碼盤都要旋轉(zhuǎn)多圈。這時，編碼器的零位基準已失去作用。為計數(shù)系統(tǒng)所必須的基準零位，可由附加的裝置來提供。如用機械、光電等方法來實現(xiàn)。第25頁/共33頁測量電路實際中，目前都將光敏元件輸出信號的放大整形等電路與傳感檢測元件封裝在一起，所以只要加上計數(shù)與細分電路（統(tǒng)稱測量電路）就可組成一個位移測量系統(tǒng)。從這點看，這也是編碼器的一個突出優(yōu)點。

第26頁/共33頁第27頁/共33頁1．計數(shù)電路第28頁/共33頁四倍頻細分電路原理圖如圖10－29（a）所示。輸出x1與x2信號作為計數(shù)器雙時鐘輸人信號。按電路圖可得如下邏輯表達式：2．細分電路

第29頁/共33頁第30頁/共33頁

Q1、Q2、Q3和Q4分別與S1、S2相對應(yīng)。當正向轉(zhuǎn)動時，S1信號超前S2相位π/2。電路各點的波形如圖10－29（b）所示，與門輸出Y1、Y2、Y3和Y4的脈沖寬度僅為S1或S2信號脈沖寬度的一半，相位差為π/2。單穩(wěn)電路輸出Q1、Q2、Q3和Q4的脈沖寬度應(yīng)盡可能窄，至少要小于S1信號最小脈沖寬度的1／2，但同時要滿足與Y1、Y2、Y3和Y4相“與”的要求。由圖10－29可知