张力传感器.pptx
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1、 上海理工大学上海理工大学 第一节第一节概述概述一、印刷中一、印刷中保持恒定的纸带张力保持恒定的纸带张力原因原因卷筒纸印刷时,应保证纸带在印刷过程中张卷筒纸印刷时,应保证纸带在印刷过程中张力大小恒定不变。力大小恒定不变。因为因为:1 1、张力太小张力太小会导致纸带松弛、皱褶、套印不会导致纸带松弛、皱褶、套印不准等弊病;准等弊病;2 2、张力过大张力过大,会增加机器的负荷和增加纸带,会增加机器的负荷和增加纸带的应力,且超过其强度极限就会断裂;的应力,且超过其强度极限就会断裂;3 3、张力不稳定张力不稳定,纸带会发生跳动,以致于会,纸带会发生跳动,以致于会出现套印不准、重影等问题。出现套印不准、重
2、影等问题。尤其是机器起尤其是机器起动、停车时,张力不稳,会造成断纸、拥纸。动、停车时,张力不稳,会造成断纸、拥纸。上海理工大学上海理工大学 二、印刷中纸带张力不稳的原二、印刷中纸带张力不稳的原因因 对于供纸机来说,使纸带向前运动的拉对于供纸机来说,使纸带向前运动的拉力一般由印刷滚筒产生。力一般由印刷滚筒产生。(1)印刷过程中纸卷由大变小逐渐变化,其阻印刷过程中纸卷由大变小逐渐变化,其阻力矩也随之变化并影响纸张的张力。力矩也随之变化并影响纸张的张力。(2)纸卷不圆或纸张的不均匀,印刷滚筒的凹纸卷不圆或纸张的不均匀,印刷滚筒的凹槽或其他因素都会引起纸带张力的波动。槽或其他因素都会引起纸带张力的波动
3、。(3)机器拖动不稳定机器拖动不稳定。上海理工大学上海理工大学 三、解决方法三、解决方法在输纸装置中安装张力控制系统,对张在输纸装置中安装张力控制系统,对张力进行自动调节。力进行自动调节。张力的恒定靠纸卷驱动和纸卷制动相互张力的恒定靠纸卷驱动和纸卷制动相互协调作用来实现。协调作用来实现。上海理工大学上海理工大学 电位器作传感器的张力控制系统电位器作传感器的张力控制系统 上海理工大学上海理工大学 第二节第二节电位器传感器电位器传感器变阻器式传感器变阻器式传感器电位器传感器电位器传感器是把被测量(线位移或角位移)转换是把被测量(线位移或角位移)转换为电阻(或电压)变化的一种传感器为电阻(或电压)变
4、化的一种传感器,按工作的原理可分为按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式、热敏变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式式、光敏式、电敏式.上海理工大学上海理工大学 按制作方式分:按制作方式分:线绕电位器线绕电位器导电塑料电位器导电塑料电位器普通塑料基底普通塑料基底导电导电材料粉材料粉1、分类、特点、分类、特点 上海理工大学上海理工大学 变阻器式传感器产品变阻器式传感器产品 上海理工大学上海理工大学 变阻式传感器的优点是:变阻式传感器的优点是:(1)(1)结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定;性能稳定;(2)(2)受环境因素受环境因素(如温度、湿
5、度、电磁场干扰如温度、湿度、电磁场干扰等等)影响小;影响小;(3)(3)可以实现输出可以实现输出输入间任意函数关系;输入间任意函数关系;(4)(4)输出信号大,一般不需放大。输出信号大,一般不需放大。上海理工大学上海理工大学 它的缺点是:它的缺点是:因为存在电刷与线圈或电阻膜之间因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦,因此需要较大的输入能量;摩擦,因此需要较大的输入能量;由于磨损不仅影响使用寿命和降低由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性,而且会降低测量精度,所以分可靠性,而且会降低测量精度,所以分辨力较低;辨力较低;动态响应较差,适合于测量变化较动态响应较差,适合于测量变化较缓慢的量。缓慢的量。上
6、海理工大学上海理工大学 2、结构、结构滑动臂滑动臂弹性金属片弹性金属片电刷电刷电阻丝电阻丝 上海理工大学上海理工大学 3、工作原理若作分压器用,则输出电压为:若作分压器用,则输出电压为:若作变阻器用,则输出电阻为:若作变阻器用,则输出电阻为:上海理工大学上海理工大学 作变阻器用:作变阻器用:作为分压器用:作为分压器用:电位器式角度传感器电位器式角度传感器 上海理工大学上海理工大学 变阻器式传感器产品变阻器式传感器产品4、应用:、应用:常用来测量位移、压力、加速度等参量。常用来测量位移、压力、加速度等参量。上海理工大学上海理工大学 举例:测量压力的电位器式压力传感器举例:测量压力的电位器式压力传
7、感器1-弹簧管(敏感元件)弹簧管(敏感元件)2-电位器(传感元件、测量转换电位器(传感元件、测量转换电路)电路)3-电刷电刷4-传动机构(齿轮、齿条)传动机构(齿轮、齿条)原理:原理:压压力力-弹簧管弹簧管-角位移角位移 -电位器电位器-电阻电阻-电压电压 上海理工大学上海理工大学 压力传感器的外形及内部结构 上海理工大学上海理工大学 案例:案例:重量的自动检测重量的自动检测-配料设备配料设备 比较比较重量设定原材料原材料原理:弹簧原理:弹簧-力力-位移位移 -电位器电位器-电阻电阻 上海理工大学上海理工大学 案例:案例:煤气包储量检测煤气包储量检测煤气包煤气包钢丝钢丝原理:钢丝原理:钢丝-收
8、线圈数收线圈数 -电位器电位器 -电阻电阻 上海理工大学上海理工大学 案例:案例:玩具机器人(广州中鸣数码玩具机器人(广州中鸣数码 )原理:电机原理:电机-转角转角 -电位器电位器 -电阻电阻 上海理工大学上海理工大学 作变阻器使用作变阻器使用,则电阻与角则电阻与角度的关系为度的关系为 作为分压器使用作为分压器使用,则有则有 电位器式角度传感器电位器式角度传感器 上海理工大学上海理工大学 第三节第三节磁粉制动器磁粉制动器 纸带张力自动调节系统中纸带张力的改变纸带张力自动调节系统中纸带张力的改变是靠制动器来调节的;是靠制动器来调节的;磁粉制动器是一种电磁离合器和制动器;磁粉制动器是一种电磁离合器
9、和制动器;磁粉制动器在卷筒纸胶印机的纸张张力控磁粉制动器在卷筒纸胶印机的纸张张力控制系统中用来对纸卷进行制动控制。制系统中用来对纸卷进行制动控制。上海理工大学上海理工大学 一、结构一、结构 上海理工大学上海理工大学 二、工作原理二、工作原理 当磁粉制动器的励磁线圈当磁粉制动器的励磁线圈未通入直流电流未通入直流电流时,定子转子及磁粉间不存在磁力相互作用,时,定子转子及磁粉间不存在磁力相互作用,磁粉呈松散状态,因而不产生制动力矩。磁粉呈松散状态,因而不产生制动力矩。当励磁线圈当励磁线圈通入直流电流时通入直流电流时,内、外定子、,内、外定子、转子和磁粉间形成磁场,滋粉受磁化形成链条转子和磁粉间形成磁
10、场,滋粉受磁化形成链条状。此磁粉链将内定子与转子进行连结,产生状。此磁粉链将内定子与转子进行连结,产生拉力即形成对转子的制动作用。拉力即形成对转子的制动作用。励磁电流越大,制动器转子制动力矩也越大。励磁电流越大,制动器转子制动力矩也越大。注意:注意:制动力矩与转子转速无关。制动力矩与转子转速无关。上海理工大学上海理工大学 三、特性三、特性 1、调整特性 改变励磁电流的大改变励磁电流的大小,可使磁粉制动器的小,可使磁粉制动器的制动力矩得到改变。制动力矩得到改变。励磁电流励磁电流I I与力矩与力矩M M的关系的关系 当励磁电流控制在当励磁电流控制在I I1 1与与I I2 2之间时,曲线为之间时,
11、曲线为直线,直线,M M与与I I为线性关为线性关系。系。在印刷中,随着在印刷中,随着纸卷半径的不断减小,纸卷半径的不断减小,纸卷阻力矩会变小,纸卷阻力矩会变小,为了使纸带张力保持为了使纸带张力保持恒定,要求磁粉制动恒定,要求磁粉制动器的制动力矩器的制动力矩M M的大的大小作相应改变,小作相应改变,即使即使励磁电流励磁电流I I实现自动实现自动跟踪控制跟踪控制 上海理工大学上海理工大学 MnI1I2I4I3I5I5I4I3I2I1制动力拒与转子转速的关系制动力拒与转子转速的关系力矩与转速无关,力矩与转速无关,只取决于纸带张力只取决于纸带张力 2 2、机械特性、机械特性 上海理工大学上海理工大学
12、 为了使纸带张力保持恒定,纸卷制动器必须能为了使纸带张力保持恒定,纸卷制动器必须能够根据纸带张力波动的情况自动进行调整,以保证够根据纸带张力波动的情况自动进行调整,以保证纸带匀速、平稳地进入印刷装置。纸带匀速、平稳地进入印刷装置。在机器稳定运转期间,应保证纸带张力稳定在在机器稳定运转期间,应保证纸带张力稳定在给定值上给定值上.在启动和刹车期间防止纸带过载和随意松卷在启动和刹车期间防止纸带过载和随意松卷.在生产过程中,随着纸卷尺寸的不断减小,为在生产过程中,随着纸卷尺寸的不断减小,为保持纸带的张力恒定,需对制动力矩进行相应地调保持纸带的张力恒定,需对制动力矩进行相应地调整。整。对张力系统的要求对
13、张力系统的要求 上海理工大学上海理工大学 第四节第四节电位器作传感器的张力控电位器作传感器的张力控制制一、系统结构组成:组成:弹性缓冲辊、弹性缓冲辊、阻尼机构阻尼机构电气控制装置:电气控制装置:运算放大器运算放大器电动单元组合仪表电动单元组合仪表差动变压器差动变压器负重传感器负重传感器电位器电位器自然冷却和水冷自然冷却和水冷单机和双机工作单机和双机工作控制电路控制电路磁粉制动器磁粉制动器传感器传感器 上海理工大学上海理工大学 二、各部分的作用二、各部分的作用1、弹性缓冲辊(浮动辊):吸收瞬时变化、弹性缓冲辊(浮动辊):吸收瞬时变化的能量,使张力变化得到缓冲减弱。的能量,使张力变化得到缓冲减弱。
14、2、张力检测机构与阻尼机构:、张力检测机构与阻尼机构:张力发生变化时,摆动辊在纸带张力作张力发生变化时,摆动辊在纸带张力作用下产生偏移并使传感器动作。用下产生偏移并使传感器动作。不同的张力控制系统,采用的控制电路、传不同的张力控制系统,采用的控制电路、传感器及磁粉制动器也不同。感器及磁粉制动器也不同。3、电气控制装置:、电气控制装置:张力反馈信号经比例积分等控制电路的处张力反馈信号经比例积分等控制电路的处理理,使磁粉制动器的励磁电流、制动力矩发生使磁粉制动器的励磁电流、制动力矩发生变化变化,实现对,实现对纸卷张力的稳定调节。纸卷张力的稳定调节。上海理工大学上海理工大学 三、控制原理三、控制原理
15、尽管张力控制系统结构各异,但其控制原理尽管张力控制系统结构各异,但其控制原理基本相同,都设有基本相同,都设有“手动手动”与与“自动自动”两种控制两种控制状态。状态。开机前开机前,将系统置,将系统置“手动手动”位,此时系统为位,此时系统为开环控制,磁粉制动器的励磁电流可进行手动调开环控制,磁粉制动器的励磁电流可进行手动调节,即进行纸张节,即进行纸张张力值预选张力值预选。开机时开机时,置,置“自动自动”位,系统为闭环控制,位,系统为闭环控制,即由摆动辊及传感器将检测出的张力变化信号反即由摆动辊及传感器将检测出的张力变化信号反馈到控制电路输入端,与给定信号综合后的差值馈到控制电路输入端,与给定信号综
16、合后的差值信号经比例积分,功率放大到可控整流电路,使信号经比例积分,功率放大到可控整流电路,使磁粉制动器的励磁电流不断改变,其制动力矩也磁粉制动器的励磁电流不断改变,其制动力矩也随之变化,从而使纸张张力维持恒定。随之变化,从而使纸张张力维持恒定。上海理工大学上海理工大学 动作过程:动作过程:张力变化张力变化位移变化位移变化电压电压信号信号与给定信号与给定信号综合后的差值信号经比例积分,功率放大到可综合后的差值信号经比例积分,功率放大到可控整流电路控整流电路磁粉制动器的励磁电流改变磁粉制动器的励磁电流改变制制动力矩也随之变化动力矩也随之变化从而使纸张张力维持恒定。从而使纸张张力维持恒定。上海理工
17、大学上海理工大学 1、张力检测、张力检测张力正常张力正常摆动辊所受摆动辊所受张力与弹簧力平衡。张力与弹簧力平衡。张力发生变化张力发生变化摆动辊位移摆动辊位移张力摆动辊、阻张力摆动辊、阻尼机构等驱动尼机构等驱动滑动臂滑动滑动臂滑动滑动臂带动电刷在滑动臂带动电刷在电阻丝上滑动电阻丝上滑动在电阻丝上取得一电压数值在电阻丝上取得一电压数值作为作为张力反馈信号张力反馈信号。滑动臂滑动臂弹性金属片弹性金属片电刷电刷电阻丝电阻丝 上海理工大学上海理工大学 系统控制作用可表示为:系统控制作用可表示为:2 2、张力自动调节系统方框图、张力自动调节系统方框图张力反馈信号与给定信号综合张力反馈信号与给定信号综合其差
18、值输入比例其差值输入比例积分等控制电路积分等控制电路使磁粉制动器的励磁电流、制使磁粉制动器的励磁电流、制动力矩发生变化动力矩发生变化纸卷张力稳定调节。纸卷张力稳定调节。上海理工大学上海理工大学 四、电路工作原四、电路工作原理理1、给定、比例积分、比例放大与反馈电路给定元件、自动调节器、功率放大元件、执行元件和给定元件、自动调节器、功率放大元件、执行元件和反馈元件反馈元件 上海理工大学上海理工大学 比例积分调节器(比例积分调节器(N1,R1,R3,C1)RP2给定电压信号给定电压信号RP3电压反馈信号电压反馈信号 上海理工大学上海理工大学 比例积分调节器(比例积分调节器(N1,R1,R3,C1)
19、RP2给定电压信号给定电压信号RP3电压反馈信号电压反馈信号 上海理工大学上海理工大学 比例调节器比例调节器(N2,R8,R9,R10,R13)手动手动-预选张力值预选张力值调整调整-“给给 定定”信信号号的的调整。调整。自动自动系统的自动系统的自动跟踪控制跟踪控制-15V 上海理工大学上海理工大学 比例调节器比例调节器(N2,R8,R9,R10,R13)手动手动-预选张力值预选张力值调整调整-“给给 定定”信信号号的的调整。调整。自动自动系统的自动系统的自动跟踪控制跟踪控制-15V 上海理工大学上海理工大学 功率放功率放大大可控硅可控硅VT1,VT2组成单相半控桥式整流电路组成单相半控桥式整
20、流电路整流输出直流经过电阻整流输出直流经过电阻R41R41通入励磁线圈,使制动器通入励磁线圈,使制动器产生制动力矩。产生制动力矩。上海理工大学上海理工大学 (1)给定信号的调整与开机准备给定信号的调整与开机准备开环与闭环开环与闭环工作状态工作状态:“手动手动”:开环状态,开环状态,“自动自动”:闭环工作状态闭环工作状态-15V 上海理工大学上海理工大学 (1)给定信号的调整与开机准备给定信号的调整与开机准备“手动手动”:张力预张力预选选调调RP4 RP4:负电压比例放大负电压比例放大得正得正U U02,02,-15VU02 上海理工大学上海理工大学 U U0202 V V11 11 V V1
21、12 2导通导通 晶闸管晶闸管V VT1T1、V VT2T2导通导通励磁励磁线圈得直流电流线圈得直流电流调整到张力调整到张力 预选张力值预选张力值 U02 上海理工大学上海理工大学 “给给定定”信号调整信号调整NINI及及N2N2工作,工作,积分电路不起作用积分电路不起作用调调RP2RP2正电压放大正电压放大负负U U0101正正U U0202励磁线圈得到电流励磁线圈得到电流“给定给定”电位器电位器RP2RP2:调整调整RP2RP2使电流表指向预选值使电流表指向预选值15VU02U01 上海理工大学上海理工大学 (2)系统的自动跟踪控制系统的自动跟踪控制N1N1为比例积分为比例积分调节器调节器
22、开关开关“自动自动”档,调档,调RP2RP2、RPlRPl使张力为预选值。使张力为预选值。电位器调好后,在整个印刷过程不要再调节。电位器调好后,在整个印刷过程不要再调节。15VU02U01 上海理工大学上海理工大学 (2)系统的自动跟踪控制系统的自动跟踪控制A A、B B点固定不动点固定不动U U gU fU:D点电位点电位U g:给定电压:给定电压U f:反馈电压:反馈电压U U g U f张力变化张力变化c c点产生位移点产生位移U f变化变化U改变改变 上海理工大学上海理工大学 UU改变改变电路运算控制电路运算控制励磁电流改变励磁电流改变制动力矩变化制动力矩变化张力稳定。张力稳定。上海理
23、工大学上海理工大学 U U gU f例如例如:张力张力C C向右移动向右移动U Uf fU 励磁电流励磁电流制动力矩制动力矩张力回到原值。张力回到原值。张力张力 C C向左移动向左移动U Uf f U 励磁电流励磁电流 制动力矩制动力矩张力回到原值张力回到原值 上海理工大学上海理工大学 2、宽脉冲触发与功率放大电路、宽脉冲触发与功率放大电路U02 上海理工大学上海理工大学 宽脉冲触发宽脉冲触发电路电路U02U00时:时:U020 0时:时:U020V11V11导通导通V12V12导通导通IC2向向C6充电充电单结管导通单结管导通R R3838上产生脉上产生脉冲电压。冲电压。IC2 上海理工大学
24、上海理工大学 功率放大电路功率放大电路R R3838上产生脉冲电压上产生脉冲电压VT1VT1、VT2VT2导通导通R R4141上输出直流电流上输出直流电流制动力拒制动力拒 上海理工大学上海理工大学 3、直流稳压电、直流稳压电源源 上海理工大学上海理工大学 电感式传感器是基于电磁感应原理,它是把被电感式传感器是基于电磁感应原理,它是把被测量转化为测量转化为电感量电感量的一种装置。的一种装置。分类分类:电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感型互感型第五节 电感式传感器 上海理工大学上海理工大学 电感式接近传感器(金属)电感式接近传感器(金属)上海理工大学上海理工
25、大学 一、自感式传感器F F220V准备工作准备工作基本工作基本工作原理演示原理演示 上海理工大学上海理工大学 电感传感器的基本工作原理演示F F气隙气隙电感电感电流电流 N:线圈匝数;:线圈匝数;A:气隙的有效截面积;气隙的有效截面积;m0:真空磁导率;:真空磁导率;:气隙厚度。气隙厚度。上海理工大学上海理工大学 1 气隙厚度变化型 上海理工大学上海理工大学 可变导磁面积型可变导磁面积型2 气隙面积变化型 上海理工大学上海理工大学 3 螺管型 上海理工大学上海理工大学 二、差动变压器式传感器一次线圈一次线圈N1N1,二次线圈二次线圈N21N21、N2N2等。等。当当N1N1上加上加Ui后,将
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