Оптоэлектрические датчики

Оптроны и оптоэлектронные реле является одним из основных элементов оптоэлектроники, получивших распространение в послед­ние годы. Он состоит из источника - светоизлучателя (светодиода) и приемника излучения (светочувствительного детектора, фотодиода, фототранзистора или фототиристора), связанных опти­ческой средой и конструктивно объединенных в одном корпусе (оптопара).

Диодные оптопары характеризуются термостабильностью, ли­нейностью характеристик и используются в быстропереключающихся схемах.

Герконы

Магнитоуправляемые контакты впаяны в стеклянную колбу, за­полненную азотом или инертным газом, т. е. изолированы от внешней среды (герметизированы), поэтому их называют сокращенно герко-нами, что значит герметизированные контакты.

Контакты 1 (рис. 5.9) изготавливают из сплава железа с никелем.

Если к стеклянной колбе 3 геркона поднести постоянный маг­нит 5 с полюсами N и S (рис. 5.9, б), то контакты 1 намагничиваются и притягиваются друг к другу. При перемещении магнита на некото­рое расстояние контакты разомкнутся.

Герконовое реле. Если вместо постоянного магнита на стеклян­ную колбу 3 геркона расположить обмотку управления постоянного тока 4 (рис. 5.9, а), то при включении реле по обмотке катушки бу­дет протекать ток, образуется магнитное поле, которое намагничивает контакты 1, в результате чего они притягиваются друг к другу и при этом замыкают цепь управления.

б)

Рис. 5.9. Герконы: а - герконовое реле; б - герконовый путевой выключатель

Герконы и герконовые реле отличаются малыми габаритами, не­значительной массой, высокими быстродействием и надежностью, виброустойчивостью, стабильностью контактного сопротивления.

Датчики скорости

Для получения информации о частоте вращения электродвига­теля применяются тахогенераторы постоянного и переменного тока, которые преобразуют механическое вращение вала в электрический сигнал.

Тахогенераторы. Тахогенераторы постоянного тока (рис. 5.10, а) представляют собой небольшие генераторы постоянного тока с неза­висимым возбуждением или с возбуждением от постоянных магни­тов. Их устройство не отличается от устройства обычных машин по­стоянного тока. Основной характеристикой тахогенератора является зависимость выходного напряжения U_вых от угловой скорости со:

Схема асинхронного тахогенератора переменного тока показана на рис. 5.10, б. Устройство таких тахогенераторов не отличается от устройства асинхронного однофазного двигателя.

Для измерения частоты вращения вал двигателя механически соединяется с валом тахогенератора посредством передачи или встраивается в машины.

а) б)

Рис. 5.10. Электрические схемы тахогенераторов: а - постоянного тока; б - переменного тока

Датчик Холла

Основан на эффекте Холла - электромагнитном эффекте, в ос­нове которого лежит отклонение движущихся электронов в магнит­ном поле.

В магнитном поле на движущиеся электроны воздействует сила.

Вектор силы перпендикулярен направлению, как магнитной так и электрической составляющих поля.

Если внести в магнитное поле с индукцией В (рис. 5.11, а) полу­проводниковую пластинку (например, из арсенида индия или антимо-нида индия), через которую протекает электрический ток, то на боко­вых сторонах, перпендикулярно направлению тока, возникает разность потенциалов. Напряжение Холла (ЭДС Холла) пропорцио­нально току и магнитной индукции.

2 3

а) б)

Рис. 5.11. Датчик Холла: а - эффект Холла; б - датчик Холла

Датчик состоит из постоянного магнита 2, пластины полупро­водника 1 (рис. 5.11, б) и интегральной микросхемы. Между пластин­кой и магнитом имеется зазор. В зазоре датчика находится стальной экран 3. Когда в зазоре нет экрана 3, то на пластинку 1 полупровод­ника действует магнитное поле и с нее снимается разность потенциа­лов. Если же в зазоре находится экран, то магнитные силовые линии замыкаются через экран и на пластинку не действует, в этом случае разность потенциалов на пластинке не возникает.

Интегральная микросхема преобразует разность потенциалов, создающуюся на пластинке, в отрицательные импульсы напряжения определенной величины на выходе датчика. Когда экран находится в зазоре датчика, то на его выходе будет напряжение U_max, если же в зазоре датчика экрана нет, то напряжение U_mi_n на выходе датчика близкое к нулю.