【技术】机器人制造技术中那些常用的传感器(下)

物流搜索2020-11-29 15:51:33

核 心

传感器(Sensor)是一种常见的却又很重要的器件,它是感受规定的被测量的各种量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置。对于传感器来说,按照输入的状态,输入可以分成静态量和动态量。我们可以根据在各个值的稳定状态下,输出量和输入量的关系得到传感器的静态特性。


传感器的静态特性的主要指标有线性度、迟滞、重复性、灵敏度和准确度等。传感器的动态特性则指的是对于输入量随着时间变化的响应特性。动态特性通常采用传递函数等自动控制的模型来描述。通常,传感器接收到的信号都有微弱的低频信号,外界的干扰有的时候的幅度能够超过被测量的信号,因此消除串入的噪声就成为了一项关键的传感器技术。  


磁光效应传感器 

现代电测技术日趋成熟,由于具有精度高、便于微机相连实现自动实时处理等优点,已经广泛应用在电气量和非电气量的测量中。然而电测法容易受到干扰,在交流测量时,频响不够宽及对耐压、绝缘方面有一定要求,在激光技术迅速发展的今天,已经能够解决上述的问题。 

磁光效应传感器就是利用激光技术发展而成的高性能传感器。磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状态来实现传感器的功能。当一束偏振光通过介质时,若在光束传播方向存在着一个外磁场,那么光通过偏振面将旋转一个角度,这就是磁光效应。也就是可以通过旋转的角度来测量外加的磁场。在特定的试验装置下,偏转的角度和输出的光强成正比,通过输出光照射激光二极管LD,就可以获得数字化的光强,用来测量特定的物理量。

  

磁光效应的传感器具有优良的电绝缘性能和抗干扰、频响宽、响应快、安全防爆等特性,也可以实现电焊机和机器人控制系统的自动实时测量。在磁光效应传感器的使用中,最重要的是选择磁光介质和激光器,不同的器件在灵敏度、工作范围方面都有不同的能力。随着近几十年来的高性能激光器和新型的磁光介质的出现,磁光效应传感器的性能越来越强,应用也越来越广泛。

  

磁光效应传感器做为一种特定用途的传感器,能够在特定的环境中发挥自己的功能,也是一种非常重要的工业传感器。


压力传感器

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的,这样的传感器也称为压电传感器。

我们知道,晶体是各向异性的,非晶体是各向同性的。某些晶体介质,当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时,就产生了极化效应;当机械力撤掉之后,又会重新回到不带电的状态,也就是受到压力的时候,某些晶体可能产生出电的效应,这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。

  

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的湿度,所以已经得到了广泛的应用。


在现在压电效应也应用在多晶体上,比如现在的压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

  

压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

  

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用,特别压电传感器的外形是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器心乂

  

压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中,比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的,因为测量动态压力是如此普遍,所以压电传感器的应用就非常广泛。

  

除了压电传感器之外,还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器,利用应变效应的应变式传感器等,这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料,在不同的场合能够发挥它们独特的用途。

 

◆相关控制系统

  

继电器控制 

继电器是我们生活中常用的一种控制设备,通俗的意义上来说就是开关,在条件满足的情况下关闭或者开启。继电器的开关特性在很多的控制系统尤其是离散的控制系统中得到广泛的应用。从另一个角度来说,由于为某一个用途设计使用的电子电路,最终或多或少都需要和某一些机械设备相交互,所以继电器也起到电子设备和机械设备的接口作用。

  

最常见的继电器要数热继电器,通常使用的热继电器适用于交流50Hz、60Hz、额定电压至660V、额定电流至80A的电路中,供交流电动机的过载保护用。它具有差动机构和温度补偿环节,可与特定的交流接触器插接安装。

时间继电器也是很常用的一种继电器,它的作用是作延时元件,通常它可在交流50Hz、60Hz、电压至380V、直流至220V的控制电路中作延时元件,按预定的时间接通或分断电路。可广泛应用于电力拖动系统,自动程序控制系统及在各种生产工艺过程的自动控制系统中起时间控制作用。


在控制中常用的中间继电器通常用作继电控制,信号传输和隔离放大等用途。此外还有电流继电器用来限制电流、电压继电器用来控制电压、静态电压继电器、相序电压继电器、相序电压差继电器、频率继电器、功率方向继电器、差动继电器、接地继电器、电动机保护继电器等等。正是有了这些不同类型的继电器,我们才有可能对不同的物理量作出控制,完成一个完整的控制系统。

  

除了传统的继电器之外,继电器的技术还应用在其他的方面,比如说电机智能保护器是根据三相交流电动机的工作原理,分析导致电动机损坏的主要原因研制的,它是一种设计独特,工作可靠的多功能保护器,在故障出现时,能及时切断电源,便于实现电机的检修与维护,该产品具有缺相保护,短路、过载保护功能,适用于各类交流电动机,开关柜,配电箱等电器设备的安全保护和限电控制,是各类电器设备设计安装的优选配套产品。该技术安装尺寸、接线方式、电流调整与同型号的双金属片式热继电器相同。是直接代替双金属片式热继电器的更新换代的先进电子产品。而其真正的原理还是继电器技术。

  

继电器技术发展到现在,已经和计算机技术结合起来,产生了可编程控制器的技术。可编程控制器简称作PLC。它是将微电脑技术直接用于自动控制的先进装置。它具有可靠性高,抗干扰性强,功能齐全,体积小,灵活可扩,软件直接、简单,维护方便,外形美观等优点;以往继电器控制的电梯有几百个触点控制电梯的运行。

  

而PLC控制器内部有几百个固态继电器,几十个定时器/计数器,具备停电记忆功能,输入输出采用光电隔离,控制系统故障仅为继电器控制方式的10%。正因为如此,国家有关部门已明文规定从97年起新产电梯不得使用继电器控制电梯,改用PLC微电脑控制电梯。

  

可以看出,继电器技术在日常生活中无所不在,而且和电脑的紧密结合更加增强了它的活力,使得继电器为我们的生活更好地服务。


液压传动控制系统  

液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式,它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性,液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质,来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路,再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。

  

从原理上来说,液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理,就是说,液体各处的压强是一致的,这样,在平衡的系统中,比较小的活塞上面施加的压力比较小,而大的活塞上施加的压力也比较大,这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递,可以得到不同端上的不同的压力,这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。

液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件,主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作,所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵,它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵,在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。


液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置,主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置,也就是把液压的能量转换称为机械能,从而对外做功。

  

液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制,以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性,使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。

  

除了上述的元件以外,液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件,我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标,我们能够设计不同的回路,比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。

  

根据液压传动的结构及其特点,在液压系统的设计中,首先要进行系统分析,然后拟定系统的原理图,其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件,进而再完成系统的设计和调试。这个过程中,原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。

  

液压传动的应用性是很强的,比如装卸堆码机液压系统,它作为一种仓储机械,在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大,生产的效率比较高,平稳性比较好。

  

液压作为一个广泛应用的技术,在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展,液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来,这样就能够在更多的场合中发挥作用,也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。


来源:E讯网 物流搜索网整理发布

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