Імпульсний датчик швидкості і напряму обертання перетворює швидкість і напрямок обертання деталей механізму в один електричний сигнал для подальшого вимірювання та індикації параметрів роботи. Системи автоматичного управління можуть використовувати датчик для включення в петлю зворотного зв'язку. Інформація, що надходить від датчика, необхідна для формування керуючих сигналів в системах регулювання і стабілізації параметрів переміщення механічних вузлів автоматизованого об'єкта. Застосування такого датчика вимагає контроль оборотів вихідних валів редукторів, визначення напрямку обертання двох і більше синхронізуються механізмів, облік витрат рідини і багато інших прилади. Датчик використовує всього три дроти, за допомогою яких підключений до джерела живлення і передається сигнал частоти і напрямку обертання в прилад системи автоматичного управління. Датчик призначений для застосування в системах автоматизації поточних ліній, транспортних системах та в інших системах автоматичного управління.
Технічна характеристика датчика
Вимірюється швидкість обертання .... 0,3 ... 3000 об / хв
Температура експлуатації ............ -25 ... + 60 ° С
Напруга живлення .................. .6,5 ... 18 Вольт
Короткий опис роботи
В основі роботи датчика лежить перетворення переміщення в електричний сигнал яке виконує компонент використовує ефект Холла - мікросхема SS526DT виробництва компанії Honeywell.
Мікросхема містить два напівпровідникових елемента, що генерують різницю потенціалів при впливі магнітного поля. Вона дозволяє визначити швидкість і напрямок обертання. Інформація про ці параметри надходить від мікросхеми SS526DT в схему датчика з двох відповідних виходів в цифровому вигляді: швидкості руху відповідає частота імпульсів з виходу Speed (далі Швидкість), напрямку відповідає логічний рівень на виході Direction (далі Напрямок).
Конструкція датчика швидкості і напрямку обертів
Обертальний рух сприймає вал датчика через закріплену на ньому шестерню. На валу розташований диск, в якому встановлені постійні магніти. Застосування неодімових магнітів (найсильніших постійних магнітів) дозволяє вмістити на диску достатню кількість малогабаритних магнітів. Властивість неодімових магнітів при малих габаритах створювати магнітне поле достатньої напруженості робить їх оптимальними для застосування в цій конструкції. Встановлено магніти таким чином, що полюса магнітів чергуються, що необхідно для роботи мікросхеми SS526DT. Внутрішня схема SS526DT, що має в своєму складі тригер, визначає напрямок руху завдяки зміні полярності магнітного поля, яке створюється постійними магнітами. Чим більше магнітів встановлено на диску, тим вище дискретність і, отже, збільшується можливість реєстрації повільних переміщень, тобто чутливість датчика стає вище. Мікросхема SS526DT встановлюється на невеликій друкарській платі, з'єднаної проводами з основною схемою датчика, елементи якої розташовані на другий друкованої плати більшого розміру. Переміщення полюсів магнітів відбувається уздовж корпусу мікросхеми SS526DT. Всі елементи укладені в металевий захисний екранує кожух.
Схема електрична принципова
З виходу датчика швидкості і напряму надходить сигнал, що передає інформацію про швидкість обертів за допомогою частоти імпульсів, а інформація про направлення обертання передається за допомогою полярності імпульсів.
Завдяки наявності в схемі датчика джерела двополярного напруги харчування вихідний сигнал розмахом 5 вольт може мати негативну або позитивну полярність.
Функціональна схема датчика швидкості і напрямку обертів:
Електрична схема перетворює сигнал від датчика Холла в вихідний сигнал датчика швидкості і напрямку обертання, забезпечуючи достатню навантажувальну здатність по току. Щоб забезпечити мінімальне, що впливають на кабель імпульсного датчика, опір приймача сигналу повинно бути невеликим. Потрібно, щоб вихідний струм датчика був достатній для приймаючого приладу з метою зменшення впливу перешкод, які деформують передану інформацію. Харчування датчика подається по двох проводах. Третій провід використовується для передачі сигналу, полярність якого змінюється відносно загального проводу живлення. Датчик Холла формує сигнал, що несе інформацію про направлення обертання, який управляє перемикачем К1. Залежно від рівня сигналу перемикач К1 подає на перемикач К2 позитивне або негативне напруга. Сигнал швидкості датчика Холла управляє перемикачем К2. Частота сигналу Швидкість, сформованого перемикачем К2, відповідає половині кількості магнітів, розміщених на диску датчика швидкості і напрямку обертання.
Спрощена схема датчика і приймає приладу:
Логічні елементи підсилюють сигнал Напрямок, що надходить від датчика Холла. Логічні елементи керують світлодіодами оптронов, один з яких працює на замикання, а інший на розмикання. При низькому логічному рівні сигналу Напрямок світлодіоди оптронів не світяться. Також замкнуті контакти оптрона працюючого на розмикання, на контакти оптрона сигналу Швидкість подано напругу + 5 вольт від вбудованого двополярного імпульсного джерела живлення. При високому логічному рівні сигналу Напрямок через світлодіоди оптронів, керуючих полярністю вихідного сигналу датчика швидкості і напрямку обертання, проходить струм, положення контактів оптронов таке, що вихідний оптрон підключається до напруги мінус 5 вольт. Сигнал Швидкість через підсилює логічний елемент надходить на управління вихідним Оптрон. Під дією сигналу швидкість з виходу датчика надходять імпульси, полярність яких задана сигналом Напрямок. Застосування оптрона на виході датчика дозволяє збільшити навантажувальну здатність, що дає можливість передавати сигнал збільшеним струмом для підвищення завадостійкості.
На вході пристрою одержувача сигнал дешифрується перед вимірюванням частоти. За допомогою здвоєного оптрона в приймаючому приладі сигнал, що несе інформацію про швидкість обертального переміщення направляється на один з проводів, що відповідає напрямку переміщення. Провід "Швидкість обертання за годинниковою" і "Швидкість обертання проти годинникової" підключаються до частотоізмерітельним контурам схеми приймає приладу. Залежно від того, на якому дроті з'являється сигнал, схема розпізнає напрям переміщення. При включенні світлодіодів як зазначено на схемі працювати буде тільки один оптрон в залежності від полярності імпульсів вхідного сигналу Швидкість / напрямок. Для збільшення перешкодозахищеності паралельно светодиодам можна підключити резистори, що збільшують струм, що протікає по дроту "Швидкість / напрямок".
Електрична схема датчика швидкості і напрямку обертів:
Розглянутий порядок роботи реалізований в електричній схемі датчика швидкості і напрямку обертання. Сигнал Напрямок надходить з виходу D мікросхеми, що використовує ефект Холла, DA2. Високий логічний рівень сигналу Напрямок перетвориться інвертором, що входять до складу мікросхеми DD1, в низький на виведення 12. Світлодіод оптрона VK1.2 отримує можливість працювати при появі високого логічного рівня на виводі 10 мікросхеми DD1. Одночасно з цим забороняється робота світлодіода оптрона VK1.1, так як на анод світлодіода подано напругу низького логічного рівня. Таким чином, завдяки з'єднанню світлодіодів оптронов з логічним елементом як зображено на схемі сигнал Напрямок встановлює, через який з оптронов буде проходити сигнал, що надходить з виведення 10 мікросхеми DD1. Сигнал швидкості обертів надходить з виходу S мікросхеми DA2 на вхід інвертора мікросхеми DD1. Високий рівень імпульсів, що надходять з виведення 10 мікросхеми DD1, змушує текти струм через резистор R4 і світлодіод оптрона VK1.2. Функції оптронов поділяються наступним чином: оптрон VK1.1 формує сигнал позитивної полярності на контакті 3 клеми XT1, оптрон VK1.2 - негативною. У схему датчика входить джерело живлення, що перетворить однополярної напруга живлення в двухполярной харчування схеми. Конденсатори, що входять в схему датчика, згладжують перешкоди, зменшуючи їх вплив на формування вихідного сигналу. Резистори R1, R2 задають вихідний струм нашого імпульсного датчика. Їх номінал може бути перевизначений в залежності від вхідного ланцюга приймача для їх узгодження. Схема використовує один здвоєний оптрон VK1, що дозволяє скоротити площу друкованої плати і сформувати сигнали Швидкість і напрямок обертання, використовуючи один компонент.
Радіодеталі в схемі
Параметри імпульсного датчика багато в чому зумовлюють застосовані компоненти його електричної схеми. Діапазон зміни напруги живлення, при якому здатний працювати датчик швидкості і напряму обертання обумовлює перетворювач напруги DA1. Верхня межа вимірювання швидкості обертання залежить від швидкодії оптрона VK1. Застосування конденсаторів з найменшим тангенсом кута втрат поєднання конденсаторів з різними типами діелектрика використання останніх розробок в області конденсаторів дозволяє домогтися найбільш високих результатів. При надмірному збільшенні ємності існує небезпека "перевантажити" перетворювач напруги DA1, що призведе до спрацьовування захисту по струму в момент подачі живлення і схема "не подаватиме ознак життя". При виборі типу оптореле VK1 оцінюється належну та частота імпульсів, що надходять на вхід оптореле. Правильний вибір VK1 дозволить зменшити вартість датчика. Мікросхема DD1 виконує функцію найпростішого підсилювача по струму і може бути замінена іншою мікросхемою. Клема XT1 призначена для монтажу на друковану плату, може бути замінена на інший елемент роз'ємного з'єднання.
C1 ... C3 Конденсатор EMR 47 мкФ 50 В ф. Hitano
C4 ... C6 Конденсатор SMD 0805 2,2 мкФ 16 В
DA1 Перетворювач напруги TMR 3-1221WI ф. Traco power
DA2 Мікросхема SS526DT ф. Honeywell
DD1 Мікросхема КР1533ЛН1
R1, R2 Резистор 300 Ом ± 5%
R3, R4 Резистор 180 Ом ± 5%
VK1 Оптореле 249КП10АР
ХТ1 Клема LMI 107 203 51
Зміна імпульсного датчика в залежності від швидкості обертання
Для різних застосувань потрібно вимірювати різні діапазони зміни швидкості обертання, змінюються вимоги до швидкості визначення зміни напрямку обертання. Можливе застосування датчика для швидкостей 1 оборот в хвилину і менше. При таких швидкостях потрібно збільшувати кількість магнітів на диску, застосовувати магніти з найменшими габаритами і зменшувати зазор між мікросхемою DA2 і площиною диска. Якщо швидкості 5000 і більше оборотів в хвилину кількість магнітів можна зменшити. При цьому найбільша вимірювана швидкість обмежена тільки конструктивними особливостями датчика. При зменшенні кількості магнітів зменшуються вимоги до найвищої робочої частоті компонентів схеми.