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霍尔传感器等离子调高.doc

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霍尔传感器等离子调高霍尔传感器的一种特殊应用[日期:2008-10-22] 来源:国外电子元器件 作者:罗佰绥,熊小民 [字体:大 中 小] 1 引言等离子自动高低调节器是切割机中必不可少的配套设备,广泛应用于大型装备制造、造船和切割等领域,其主要功能是保证切割割炬与被切割工件保持最佳切割距离,消除由被切割工件的不平度变化引起的加工精度误差。切割机在工作过程中不能准确获取切割割炬与钢板的距离,这就必然影响钢板的切割质量。切割的弧电流强光会给操作人员造成视觉疲劳。因此,给出了一种基于霍尔传感器的设计方案,保证切割过程中割缝宽度均匀,切割精度提高。2 系统设计该设计方案利用霍尔效应原理产生随磁场变化而产生变化的电压,把变化的电压送到自动高低调节器,控制割炬的上升与下降,形成一个闭环的自动高低调节系统,如图 1 所示。该闭环自动控制系统由霍尔传感器、自检器、高频滤波器、运算放大器、比较器、断弧提升器、模拟开关手动自动转换器、光电耦合器、三态门互锁器、电机驱动器以及机械丝杆传递定位系统组成。图 2 所示是系统控制电路图,从而能在切割过程中实时控制割炬与钢板的距离,有效保证钢板的切割质量。 2.1 霍尔传感器将一块导体板置于磁场,使磁场的磁感应强度 B 的方向与板垂直,当导体板中流经一定电流时,垂直于磁场和电流方向的导体板的横向两侧会产生一定的电势差,这一现象称为霍尔效应。霍尔传感器是根据该原理制成的。图 3 是一个霍尔传感器,它共有 4 个接线端,分别为接地、+5 V,-5 V 和电压输出,水电缆通过中间空心圆。等离子发生器起弧后,霍尔传感器采集割炬与钢板之间的电流,水电缆中的电流穿过霍尔传感器,在其周围产生恒定磁场。向霍尔传感器预先施加一恒压,产生一恒定电流,霍尔传感器则输出霍尔电压。如果切割电流有微小变化,则产生变化的磁场,而输出的霍尔电压也是变化的,这样就把切割中的变化电流转化为变化电压,输出的霍尔电压包含有干扰信号,其高频信号的范围较宽,这就需对信号电压进行高频滤波,从而获取有用信号,再将其信号送至等离子自动高低调节器。以运算放大器 C1 的引脚 1 的输出电压作为自检电压,并通过调节 VR1 改变其输出电压,也可以模拟霍尔传感器输出电压。2.2 高频滤波电路高频滤波电路由 C1,L1,R1 组成。由于高频信号经 LM324 运算放大器后,还有部分杂散的高频信号没有滤除,电容 C1 用于滤除高频信号,而电感 L1 阻碍高频信号,只允许被检波的低频解调信号通过,这样在负载 R1 上就建立了微弱的电压信号。2.3 差分运算放大器运算差分放大器采用 LM324。R1 上的电压输入 B1 的引脚 3,引脚 3 缓冲输出,用于隔离信号源,提高负载驱动能力。D2 和 D3 二极管具有箝位作用,正向导通,信号电压被耦合至 R2,R2 上的电压随 R1 变化,具有电压跟随器的作用,R2 的电压输入至后续 B2 的 12引脚,14 引脚和 8 引脚分别输出电压 V14 和 V8。采用双端输入、单端输出放大信号,将 B3 的 8 引脚和 B2 的 14 引脚的输出信号输入至差分放大器 B4 的 5 引脚和 6 引脚,由 B4 的 7 引脚输出放大后的信号。2.4 比较器控制系统中的比较器将差分运算放大器 B4 输出的电压施加至LM339 比较器的 E3 和 E4 的 5 引脚和 6 引脚,而 4 引脚和 7 引脚被二极管 D5 箝位于 0.3 V。当差分运算放大器输出的电压落在 5 引脚和 6 引脚中,即输出电压比 E3 的 4 引脚电压低,而高于 E4 的 7引脚,比较放大器的 E3 的 2 引脚和 E4 的 1 引脚无电压输出。这时割炬与钢板的距离保持静止,发光二极管 D19 和 D20 不亮。当电压高于 E3 的 4 引脚电压,比较器 E3 的 2 引脚输出高电平,D19 点亮;当电压低于 E4 的 7 引脚,比较器 1 引脚输出高电平,D20 点亮,从而指示割炬的升高或降低。调节 VR3 电位器中点电压,改变 E4 的 4引脚和 7 引脚电压,使其始终箝位于 0.3 V,实际上就是改变割炬离钢板的实际距离。由图 2 看出,当割炬离钢板时,霍尔传感器和B4 都输出低电压,甚至低于 E2 的 8 引脚电压。使 E2 的 14 引脚输出低电平,从而控制 M1 模拟开关的 12 引脚和 6 引脚,M1 变为开路状态。比较器信号无法通过,割炬保持静止。2.5 断弧提升器起弧后,霍尔传感器产生的电压通过 D1 送至 E1 的 11 引脚,由于 E1 的 10 引脚的发光二极管被箝位于 2 V,所以当霍尔传感器起弧后输出电压低于 2 V 时就为断弧,处于断弧状态时 E1 的 11 引脚电压比 10 引脚电压低,13 引脚输出低电平,该下降的低电平通过微
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