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编码器(encoder)选型参数简介

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2014/9/18 10:17:19

传感器

将要测量的物理量转换成可读取、处理的另一个物理量,现代控制中zui常用的就是电信号。

   如果把计算机、可编程控制器比喻为自动化控制的“大脑,那么传感器就是自动化控制的“眼睛,是机电一体化的信息反馈装置.由计算机、执行机构、执行机构内部反馈构成的控制系统,称为开环控制;由计算机、执行机构、执行机构内部反馈、执行效果外部传感器信息反馈构成的控制系统,称为闭环控制。

传感器的电信号有模拟量型和数字量型,模拟量就是电流或电压的大小变化模拟被测量物理量的大小,如果传感器输出的模拟量电信号已经是标准的信号,例如420mA、020mA、15V、010V等,这样的传感器有时也称为变送器。

传感器的电信号有时也用电压、电流高于某个域置或低于某个域置来代表1或0的数字信息,或用光信号的通、暗来传递信息,这样的传感器就是数字量输出型。

 

编码器

角位移,线位移及转速传感器.

编码器是以数字化信息将角度、长度的信息以编码的方式输出的传感器,其具有高精度,大量程测量,反应快,数字化输出特点;体积小,重量轻,机构紧凑,安装方便,维护简单,工作可靠。

编码器以测量方式来分,有直线型编码器,角度编码器,旋转编码器。

如以信号原理来分,有增量型编码器,型编码器。

增 量 型 编 码 器 (旋转型)

工作原理:

   由一个中心有轴的光电码盘,其上有环形通、暗的刻线,有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成ABCD,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将CD信号反向,叠加在AB两相上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。

 

由于AB两相相差90度,可通过比较A相在前还是B相在前,以判别编码器的正转与反转,通过零位脉冲,可获得编码器的零位参考位。

 

编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线,其热稳定性好,精度高,金属码盘直接以通和不通刻线,不易碎,但由于金属有一定的厚度,精度就有限制,其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级,塑料码盘是经济型的,其成本低,但精度、热稳定性、寿命均要差一些。

 

分辨率编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率,也称解析分度、或直接称多少线,一般在每转分度5~10000线。

编码器机械外型编码器以转轴类型分,有轴型和轴套型;以外形特征和安装法兰分,有同步法兰,夹紧法兰,紧凑型;轴套型又有半空型、全空型、大轴径型。

 

编码器轴径编码器轴径有6毫米*、8毫米、10毫米*、12毫米,轴套型的有8毫米、10毫米、12*毫米、大口径2050*毫米,带*号的是常规规格。

 

机械转速和电气转速

编码器的机械转速以每分钟zui大可以旋转多少圈表示—rpm;

编码器的电气转速也称为开关频率,是读取每个脉冲信号的反应速度,以每秒多少次表示--Hz

zui大工作速度应同时兼顾编码器的机械转速、电气转速以及编码器后续接收设备的开关频率。

Nmax=Fmax×60/Z ; N—min-1 ;F—Hz

编码器的工作温度和防护等级

编码器的zui高zui低工作温度代表了编码器内部机械和电子零件的水平,较好的编码器工作温度从-40到100,事实上低温情况下,受限制的是内部电子零件和外部的电缆以及密封特性。

 

防护等级是指编码器的防尘、防水性能,以标准IP的两位数表示,*位06代表防尘,第二位07代表防水,IP54是zui低的有限制条件的防尘防水标准,IP67可防水浸。并非在室内恒温条件下工作就不需要防水,因为编码器在工作和停机两种情况下,内部空气会热胀冷缩,密封不好,在停机是会有压缩性水气进入。专业的编码器的防护等级分电气外壳部分和转轴部分,有不同。转轴部分由于编码器的旋转要求,往往要略低。

 

工作电压、耗电流工作电压一般有1030Vdc和5Vdc±10%两种,电压和耗电流决定供电电源的功率。

信号输出:

信号输出有正弦波(电流或电压),方波(TTLHTL,集电极开路(PNPNPN,推拉式多种形式,其中TTL为长线差分驱动(对称A,A-;B,B-;Z,Z-,HTL也称推拉式、推挽式输出,编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。

信号连接编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机,PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分,开关频率有低有高。

 

如单相联接,用于单方向计数,单方向测速。

ABZ三相联接,用于带参考位修正的位置测量。

AA-BB-ZZ-连接,由于带有对称负信号的连接,电流对于电缆贡献的电磁场为0,衰减zui小,抗干扰*,可传输较远的距离。

对于TTL的带有对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达150米。

对于HTL的带有对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达300米。

 

 

倍频技术

信号二倍频

  二倍频信号通过A相和B相的异或转换获得


信号四倍频

  四倍频信号通过A信号和B信号的正跳沿及负跳沿获得

 

分辨率与精度分辨率是指传感器可以分辨读数的zui小单位,而精度是指每个读数与标准位置的zui大误差,两者不是一个概念,精度由码盘刻线、转轴同心度、材料的温度特性、电子读数的即时等各方面因数决定。

 

电子细分技术利用编码器的正弦波信号的相位变化,由电子设备在一条刻线上再分出多个位置,此为电子细分技术,这样原来的编码器分辨刻线可以成倍的增加,但是细分只是提高了分辨刻线,并没有改变原来的精度。

 

内插细分有一些“高分辨数”的编码器是由内插的电子细分以提高每圈的刻线,但是其精度并不高,不能以其提供的高线数而理解成高精度编码器。

 

内置电池有一些编码器以内置电池来避免断电的信号丢失,也有一些编码器以单圈是信号,而多圈圈数信号是内置电池与电路用增量计数的方法来获得,此为伪型编码器,其受电池寿命、电池低温失效、受振电池触点不良等因数影响,而大大降低可靠性。

 

其他主要参数根据需要参看样本:

电缆或插座,zui大传输距离,zui大轴负载,振动,冲击,启动力矩,转子瞬间惯性等

 

增量式编码器的问题:

增量型编码器存在零点累计误差,抗干扰较差,接收设备的停机需断电记忆,开机应找零或参考位等问题,这些问题如选用型编码器可以解决。

 

增量型编码器的一般应用:

测速,测转动方向,测移动角度、距离(相对)。

 

 

 

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