Есть трубопроводная запорная арматура, есть запорной-регулирующая. Первую используют в положении открыто/закрыто, вторая может быть в промежуточных положениях для регулировки потока. Как понять, что запорный орган арматуры именно там, где он должен быть и регулирование потока происходит корректно? Для этого существуют датчики положения. В самом простом варианте это концевой выключатель - настроен на конечные положения (открыто/закрыто), более сложный вариант - датчик перемещения (он позволяет "ловить" промежуточные положения).
Датчики также делятся на контактные и бесконтактные. В бесконтактных датчиках связь между подвижным объектом и датчиком осуществляется посредством магнитного, электромагнитного или электростатического полей, а также оптоэлектронным способом.
Необходимо помнить, что датчик может определять как абсолютное так и относительное положение контролируемого объекта. Исходя из этого, существуют два основных метода определения положения и измерения перемещений.
В первом методе датчик генерирует единичный импульс на каждом элементарном перемещении, а положение определяется подсчётом суммы импульсов в зависимости от направления перемещения. Такие датчики положения называются относительными. Достоинством таких датчиков, по сравнению с абсолютными, является простота и низкая стоимость, а недостатком необходимость периодической калибровки и дальнейшей микропроцессорной обработки.
Во втором датчик вырабатывает сигнал, являющийся функцией положения одной из его частей, связанных с подвижным объектом, а изменения этого сигнала отражают перемещение. Такие датчики положения называются абсолютными. К ним относятся:
- резистивные (потенциометрические) датчики;
- индуктивные датчики;
- ёмкостные датчики.
На рисунке приведен пример опций датчиков для четверьоборотного привода Regada SP1. В принципе они и являются самыми популярными для электроприводов. Для пневмоцилиндров (пневматики) используются герконовые датчики (работают на основе принципа электромагнитной индукции).
Первый способ - резистивный, он же потециометрический. Устройство подобного датчика включает в себя:
- Резистивный элемент. Бывают резисторы из металлокерамики, углеродистых веществ, проводящих пластиков, проволочных проводников и пр.
- 3 вывода. 2 из них соединяются друг с другом, а третий снабжен подвижным контактом.
- Ползунок. Он подключен к подвижному контакту и выполняет функцию регулирования сопротивления.
- Ручка потенциометра. С ее помощью устройство приводится в действие.
Благодаря вращению ручки положение среднего контакта на обмотке меняется, что в свою очередь влияет на соотношение сопротивления резистивного элемента. Изменение сопротивления детектируется и на основании табличных данных и калибровки делается вывод о том в каком положении находится привод.
Второй способ - индуктивный. В основе индуктивного датчика приближения находится генератор с катушкой индуктивности. Когда в электромагнитном поле катушки появляется металл, то поле резко меняется, что влияет на работу схемы. В схеме присутствует компаратор (устройство, сравнивающее величины аналоговых сигналов), который выдаёт сигнал на ключевой транзистор или реле. Нет металла – нет сигнала.
Индуктивные датчики подключаются в цепь, питаемую источником, и могут измерять непосредственно линейное или угловое перемещение. Датчики этого типа, с одной стороны, чувствительны к внешним электромагнитным полям, а с другой способны сами их индуцировать. Поэтому необходимо их экранировать. Индуктивные датчики требуют запитки стабильным синусоидальным напряжением и нужно хорошее оборудование для считывания их сигнала, но зато имеют высокое время наработки на отказ и так же дают очень высокую точность измерений.
Третий способ - емкостной. Емкостной датчик представляет собой один или группу конденсаторов, чья ёмкость меняется в зависимости от внешних факторов. Конденсатор в таком датчике в самом простом варианте представляет собой две металлических пластины, одна из которых может перемещаться, в результате чего и происходит уменьшение/увеличение ёмкости. При изменении емкости устройства эта величина может сама по себе служить сигналом, передаваемый к электронным блокам управления, и может включать генератор импульсов, которые более просто поддаются дальнейшей обработке. Чаще всего идёт пересчет в токовый сигнал 4-20мА, для последующей коммутации с PID-регулятором (пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор).