Sensors vispārīgā nozīmē ir ierīce, kas pārvērš vienu fizisko lielumu citā, ērta apstrādei, pārraidei vai turpmākai pārveidei. Kā likums, pirmais lielums ir fizisks, to nevar tieši mērīt (temperatūra, ātrums, pārvietojums utt.), Otrais ir elektrisks vai optisks signāls. Nišu mērinstrumentu jomā aizņem sensori, kuru galvenais elements ir induktors.
Saturs
Kā darbojas induktivitātes sensors un kā tas darbojas
Saskaņā ar darbības principu induktīvie sensori ir aktīvi, tas ir, lai tie darbotos, nepieciešams ārējs ģenerators. Tas nodrošina signālu ar noteiktu frekvenci un amplitūdu induktors.
Strāva, kas iet caur spoles pagriezieniem, rada magnētisko lauku. Ja magnētiskajā laukā nonāk vadošs objekts, mainās spoles parametri.Atliek tikai labot šīs izmaiņas.
Vienkārši bezkontakta sensori reaģē uz metāla priekšmetu parādīšanos tinuma tuvākajā zonā. Tas maina spoles pretestību, šīs izmaiņas jāpārvērš elektriskajā signālā, jāpastiprina un (vai) jānostiprina sliekšņa pāreja, izmantojot salīdzināšanas ķēdi.
Cita veida sensori reaģē uz izmaiņām objekta gareniskajā stāvoklī, kas kalpo par spoles kodolu. Kad objekta pozīcija mainās, tas pārvietojas spolē vai ārā no tās, tādējādi mainot savu induktivitāti. Šīs izmaiņas var pārvērst elektriskā signālā un izmērīt. Vēl viena šāda sensora versija ir tad, kad priekšmets tuvojas spolei no ārpuses. Tas izraisa induktivitātes samazināšanos zemes efekta dēļ.
Vēl viena induktīvā nobīdes sensora versija ir lineāri regulējams diferenciālais transformators (LVDT). Tā ir kompozītmateriāla spole, kas izgatavota šādā secībā:
- sekundārais tinums 1;
- primārais tinums;
- sekundārais tinums 2.
Signāls no ģeneratora tiek ievadīts primārajā tinumā. Vidējās spoles radītais magnētiskais lauks inducē EML katrā sekundārajā (transformatora princips). Kodols, kad tas kustas, maina savstarpējo savienojumu starp spolēm, mainot elektromotora spēku katrā no tinumiem. Šīs izmaiņas var noteikt ar mērīšanas ķēdi. Tā kā serdes garums ir mazāks par kompozītmateriāla spoles kopējo garumu, objekta stāvokli var viennozīmīgi noteikt pēc EML attiecības sekundārajos tinumos.
Pēc tāda paša principa - induktīvās sakabes maiņa starp tinumiem - tiek uzbūvēts pagrieziena sensors.Tas sastāv no divām koaksiālajām spolēm. Signāls tiek pielietots vienam no tinumiem, otrajā EMF ir atkarīgs no savstarpējā griešanās leņķa.
No darbības principa ir acīmredzams, ka induktīvie sensori neatkarīgi no konstrukcijas ir bezkontakta. Tie darbojas no attāluma, un tiem nav nepieciešams tiešs kontakts ar kontrolējamo objektu.
Induktīvo sensoru priekšrocības un trūkumi
Induktīvā tipa sensoru priekšrocības galvenokārt ietver:
- dizaina uzticamība;
- kontaktu savienojumu trūkums;
- liela izejas jauda, kas samazina trokšņa ietekmi un vienkāršo vadības ķēdi;
- augsta jutība;
- spēja strādāt no rūpnieciskās frekvences maiņstrāvas avotiem.
Galvenais induktīvā tipa sensoru trūkums ir to izmērs, svars un ražošanas sarežģītība. Tinumu spolēm ar norādītajiem parametriem ir nepieciešams īpašs aprīkojums. Arī nepieciešamība precīzi uzturēt signāla amplitūdu no galvenā oscilatora tiek uzskatīta par mīnusu. Kad tas mainās, mainās arī jutīguma zona. Tā kā sensori darbojas tikai ar maiņstrāvu, amplitūdas uzturēšana kļūst par zināmu tehnisku problēmu. Tiešā veidā (vai caur pazeminošo transformatoru) sensoru nebūs iespējams pieslēgt sadzīves vai rūpnieciskajam tīklam - tajā sprieguma svārstības amplitūdā vai frekvencē var sasniegt pat 10% normālā režīmā, kas padara mērījumu precizitāti nepieņemamu. .
Mērījumu precizitāti var ietekmēt arī:
- trešo pušu magnētiskie lauki (sensora ekranēšana nav iespējama, pamatojoties uz tā darbības principu);
- trešo pušu EMF uztvērēji piegādes un mērīšanas kabeļos;
- ražošanas kļūdas;
- sensora raksturīgā kļūda;
- atstarpes vai deformācijas sensora uzstādīšanas vietā, kas neietekmē kopējo veiktspēju;
- precizitātes atkarība no temperatūras (mainās tinuma stieples parametri, ieskaitot tā pretestību).
Induktivitātes sensoru nespēja reaģēt uz dielektrisku objektu parādīšanos to magnētiskajā laukā var saistīt gan ar priekšrocībām, gan ar trūkumiem. No vienas puses, tas ierobežo to piemērošanas jomu. No otras puses, tas padara to nejutīgu pret netīrumiem, taukiem, smiltīm utt. uz uzraugāmajiem objektiem.
Zināšanas par trūkumiem un iespējamiem ierobežojumiem induktīvo sensoru darbībā ļauj racionāli izmantot to priekšrocības.
Induktīvo sensoru darbības joma
Induktīvos tuvuma sensorus bieži izmanto kā gala slēdžus. Šādas ierīces ir kļuvušas plaši izplatītas:
- drošības sistēmās kā sensori nesankcionētai logu un durvju atvēršanai;
- telemehānikas sistēmās kā vienību un mehānismu gala stāvokļa sensori;
- ikdienas dzīvē durvju, slēģu aizvērtā stāvokļa norādīšanas shēmās;
- priekšmetu skaitīšanai (piemēram, pārvietošanās pa konveijera lenti);
- noteikt zobratu griešanās ātrumu (katrs zobs, ejot garām sensoram, rada impulsu);
- citās situācijās.
Leņķu kodētājus var izmantot, lai noteiktu vārpstu, zobratu un citu rotējošo komponentu griešanās leņķus, kā arī absolūtos kodētājus. Tāpat šādas ierīces var izmantot darbgaldos un robotizētās ierīcēs kopā ar lineārajiem pozīcijas sensoriem. Kur precīzi jāzina mehānismu mezglu novietojums.
Induktīvo sensoru ieviešanas praktiskie piemēri
Praksē induktīvo sensoru konstrukcijas var realizēt dažādos veidos. Vienkāršākā izpilde un iekļaušana ir divu vadu viena sensora, kas uzrauga metāla priekšmetu klātbūtni savā jutīguma zonā. Šādas ierīces bieži tiek izgatavotas, pamatojoties uz E-veida serdi, taču tas nav būtisks punkts. Šādu ieviešanu ir vieglāk ražot.
Mainoties spoles pretestībai, mainās strāva ķēdē un sprieguma kritums pāri slodzei. Šīs izmaiņas var veikt. Problēma ir tā, ka slodzes pretestība kļūst kritiska. Ja tas ir pārāk liels, tad strāvas izmaiņas, parādoties metāla priekšmetam, būs salīdzinoši nelielas. Tas samazina sistēmas jutīgumu un trokšņu imunitāti. Ja tas ir mazs, tad strāva ķēdē būs liela, būs nepieciešams izturīgāks sensors.
Tāpēc ir modeļi, kuros mērīšanas ķēde ir iebūvēta sensora korpusā. Ģenerators ģenerē impulsus, kas baro induktors. Kad tiek sasniegts noteikts līmenis, tiek aktivizēts sprūda, pārslēdzoties no stāvokļa 0 uz 1 vai otrādi. Bufera pastiprinātājs pastiprina signālu jaudas un (vai) sprieguma izteiksmē, iedegas (dzēš) LED un izvada diskrētu signālu uz ārējo ķēdi.
Izejas signālu var veidot:
- ar elektromagnētisko vai cietvielu relejs – nulle vai viens sprieguma līmenis;
- "sausais kontakts" elektromagnētiskais relejs;
- atvērts kolekcionārs tranzistors (struktūras n-p-n vai p-n-p).
Šajā gadījumā sensora pievienošanai ir nepieciešami trīs vadi:
- ēdiens;
- kopīgs vads (0 voltu);
- signāla vads.
Šādus sensorus var darbināt arī ar līdzstrāvas spriegumu. Impulsus uz induktivitāti tie veido ar iekšējā ģeneratora palīdzību.
Pozīcijas uzraudzībai tiek izmantoti diferenciāļi. Ja vadāmais objekts ir simetrisks attiecībā pret abām spolēm, strāva caur tām ir vienāda. Kad jebkurš tinums tiek novirzīts uz lauku, rodas nelīdzsvarotība, kopējā strāva pārstāj būt vienāda ar nulli, ko var reģistrēt ar indikatoru ar bultiņu skalas vidū. Ar indikatoru var noteikt gan nobīdes lielumu, gan tās virzienu. Rādītāja ierīces vietā var izmantot vadības shēmu, kas, saņemot informāciju par pozīcijas maiņu, dos signālu, veiks objekta izlīdzināšanas pasākumus, veiks tehnoloģiskā procesa korekcijas utt.
Sensori, kas izgatavoti pēc lineāri regulējamu diferenciālo transformatoru principa, tiek ražoti pilnu konstrukciju veidā, kas ir rāmis ar primāro un sekundāro tinumu un stieni, kas pārvietojas iekšā (var būt ar atsperi). Tiek izvilkti vadi, lai nosūtītu signālu no ģeneratora un noņemtu EMF no sekundārajiem tinumiem. Vadāmu priekšmetu var mehāniski piestiprināt pie stieņa. To var izgatavot arī no dielektriķa - mērīšanai ir nozīme tikai kāta novietojumam.
Neskatoties uz noteiktiem raksturīgiem trūkumiem, induktīvais sensors aizver daudzas jomas, kas saistītas ar objektu bezkontakta noteikšanu telpā.Neskatoties uz nepārtraukto tehnoloģiju attīstību, šāda veida ierīces pārskatāmā nākotnē nepametīs mērierīču tirgu, jo to darbība ir balstīta uz fizikas pamatlikumiem.
Līdzīgi raksti:
