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控制工程网版权所有,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
图1 系统框图
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的方向与板垂直控制工程网版权所有,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。
图2 系统控制电路图
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控制工程网版权所有,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改变其输出电压控制工程网版权所有,也可以模拟霍尔传感器输出电压。
图3 霍尔传感器
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