Ένας αισθητήρας με τη γενική έννοια είναι μια συσκευή που μετατρέπει μια φυσική ποσότητα σε μια άλλη, κατάλληλη για επεξεργασία, μετάδοση ή μεταγενέστερη μετατροπή. Κατά κανόνα, η πρώτη ποσότητα είναι φυσική, δεν επιδέχεται άμεσης μέτρησης (θερμοκρασία, ταχύτητα, μετατόπιση κ.λπ.) και η δεύτερη είναι ένα ηλεκτρικό ή οπτικό σήμα. Μια θέση στον τομέα των οργάνων μέτρησης καταλαμβάνεται από αισθητήρες, το κύριο στοιχείο των οποίων είναι ένας επαγωγέας.
Περιεχόμενο
Πώς λειτουργεί και πώς λειτουργεί ο αισθητήρας αυτεπαγωγής
Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας, οι επαγωγικοί αισθητήρες είναι ενεργοί, δηλαδή απαιτούν μια εξωτερική γεννήτρια για να λειτουργήσει. Παρέχει ένα σήμα με δεδομένη συχνότητα και πλάτος στον επαγωγέα.
Το ρεύμα που διέρχεται από τις στροφές του πηνίου δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Εάν ένα αγώγιμο αντικείμενο εισέλθει στο μαγνητικό πεδίο, οι παράμετροι του πηνίου αλλάζουν.Απομένει μόνο να διορθωθεί αυτή η αλλαγή.
Απλοί αισθητήρες χωρίς επαφή αντιδρούν στην εμφάνιση μεταλλικών αντικειμένων στην κοντινή ζώνη της περιέλιξης. Αυτό αλλάζει την σύνθετη αντίσταση του πηνίου, αυτή η αλλαγή πρέπει να μετατραπεί σε ηλεκτρικό σήμα, να ενισχύσει και (ή) να καθορίσει τη διέλευση του κατωφλίου χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα σύγκρισης.
Αισθητήρες άλλου τύπου ανταποκρίνονται σε αλλαγές στη διαμήκη θέση του αντικειμένου που χρησιμεύει ως ο πυρήνας του πηνίου. Όταν αλλάζει η θέση του αντικειμένου, κινείται μέσα ή έξω από το πηνίο, αλλάζοντας έτσι την επαγωγή του. Αυτή η αλλαγή μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρικό σήμα και να μετρηθεί. Μια άλλη εκδοχή ενός τέτοιου αισθητήρα είναι όταν ένα αντικείμενο πλησιάζει το πηνίο από έξω. Αυτό προκαλεί μείωση της επαγωγής λόγω του φαινομένου γείωσης.
Μια άλλη έκδοση του επαγωγικού αισθητήρα μετατόπισης είναι ένας γραμμικά ρυθμιζόμενος διαφορικός μετασχηματιστής (LVDT). Είναι ένα σύνθετο πηνίο, κατασκευασμένο με την ακόλουθη σειρά:
- δευτερεύουσα περιέλιξη 1;
- Πρωτεύουσα περιέλιξη?
- δευτερεύουσα περιέλιξη 2.
Το σήμα από τη γεννήτρια τροφοδοτείται στην κύρια περιέλιξη. Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το μεσαίο πηνίο προκαλεί ένα EMF σε καθένα από τα δευτερεύοντα (αρχή του μετασχηματιστή). Ο πυρήνας, όταν κινείται, αλλάζει την αμοιβαία σύνδεση μεταξύ των πηνίων, αλλάζοντας την ηλεκτροκινητική δύναμη σε κάθε μία από τις περιελίξεις. Αυτή η αλλαγή μπορεί να διορθωθεί από το κύκλωμα μέτρησης. Δεδομένου ότι το μήκος του πυρήνα είναι μικρότερο από το συνολικό μήκος του σύνθετου πηνίου, η θέση του αντικειμένου μπορεί να προσδιοριστεί με σαφήνεια από την αναλογία EMF στις δευτερεύουσες περιελίξεις.
Με την ίδια αρχή - μια αλλαγή στην επαγωγική σύζευξη μεταξύ των περιελίξεων - κατασκευάζεται ένας αισθητήρας στροφής.Αποτελείται από δύο ομοαξονικά πηνία. Το σήμα εφαρμόζεται σε μία από τις περιελίξεις, το EMF στη δεύτερη εξαρτάται από την αμοιβαία γωνία περιστροφής.
Από την αρχή της λειτουργίας, είναι προφανές ότι οι επαγωγικοί αισθητήρες, ανεξαρτήτως σχεδίασης, είναι άνευ επαφής. Λειτουργούν σε απόσταση και δεν απαιτούν άμεση επαφή με το ελεγχόμενο αντικείμενο.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των επαγωγικών αισθητήρων
Τα πλεονεκτήματα των αισθητήρων επαγωγικού τύπου περιλαμβάνουν κυρίως:
- αξιοπιστία σχεδιασμού.
- έλλειψη συνδέσεων επαφής.
- υψηλή ισχύς εξόδου, η οποία μειώνει την επίδραση του θορύβου και απλοποιεί το κύκλωμα ελέγχου.
- υψηλή ευαισθησία;
- την ικανότητα εργασίας από πηγές εναλλασσόμενης τάσης βιομηχανικής συχνότητας.
Το κύριο μειονέκτημα των αισθητήρων επαγωγικού τύπου είναι το μέγεθος, το βάρος και η πολυπλοκότητα κατασκευής τους. Για πηνία περιέλιξης με τις δεδομένες παραμέτρους, απαιτείται ειδικός εξοπλισμός. Επίσης, η ανάγκη να διατηρηθεί με ακρίβεια το πλάτος του σήματος από τον κύριο ταλαντωτή θεωρείται μείον. Όταν αλλάζει, αλλάζει και η περιοχή ευαισθησίας. Δεδομένου ότι οι αισθητήρες λειτουργούν μόνο με εναλλασσόμενο ρεύμα, η διατήρηση του πλάτους γίνεται ένα συγκεκριμένο τεχνικό πρόβλημα. Απευθείας (ή μέσω ενός μετασχηματιστή κατεβάσματος) δεν θα είναι δυνατή η σύνδεση του αισθητήρα σε οικιακό ή βιομηχανικό δίκτυο - σε αυτό, οι διακυμάνσεις τάσης στο πλάτος ή στη συχνότητα μπορεί να φτάσουν ακόμη και το 10% σε κανονική λειτουργία, γεγονός που καθιστά την ακρίβεια μέτρησης απαράδεκτη .
Επίσης, η ακρίβεια της μέτρησης μπορεί να επηρεαστεί από:
- μαγνητικά πεδία τρίτων (η θωράκιση του αισθητήρα είναι αδύνατη με βάση την αρχή της λειτουργίας του).
- pickup EMF τρίτων σε καλώδια τροφοδοσίας και μέτρησης.
- κατασκευαστικά λάθη.
- χαρακτηριστικό σφάλμα αισθητήρα.
- οπισθοδρομήσεις ή παραμορφώσεις στο σημείο εγκατάστασης του αισθητήρα που δεν επηρεάζουν τη συνολική απόδοση.
- εξάρτηση της ακρίβειας από τη θερμοκρασία (οι παράμετροι του σύρματος περιέλιξης αλλάζουν, συμπεριλαμβανομένης της αντίστασής του).
Η αδυναμία των αισθητήρων επαγωγής να ανταποκριθούν στην εμφάνιση διηλεκτρικών αντικειμένων στο μαγνητικό τους πεδίο μπορεί να αποδοθεί τόσο σε πλεονεκτήματα όσο και σε μειονεκτήματα. Από τη μία πλευρά, αυτό περιορίζει το πεδίο εφαρμογής τους. Από την άλλη, το καθιστά αναίσθητο στην παρουσία βρωμιάς, λίπους, άμμου κ.λπ. στα επιτηρούμενα αντικείμενα.
Η γνώση των ελλείψεων και των πιθανών περιορισμών στη λειτουργία των επαγωγικών αισθητήρων επιτρέπει την ορθολογική χρήση των πλεονεκτημάτων τους.
Πεδίο εφαρμογής επαγωγικών αισθητήρων
Οι επαγωγικοί αισθητήρες εγγύτητας χρησιμοποιούνται συχνά ως διακόπτες ορίου. Τέτοιες συσκευές έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένες:
- σε συστήματα ασφαλείας, ως αισθητήρες για μη εξουσιοδοτημένο άνοιγμα παραθύρων και θυρών.
- στα συστήματα τηλεμηχανικής, ως αισθητήρες της τελικής θέσης των μονάδων και των μηχανισμών.
- στην καθημερινή ζωή στα σχήματα για την ένδειξη της κλειστής θέσης των θυρών, των παραθυρόφυλλων.
- για μέτρηση αντικειμένων (για παράδειγμα, κίνηση κατά μήκος του μεταφορικού ιμάντα).
- για τον προσδιορισμό της ταχύτητας περιστροφής των γραναζιών (κάθε δόντι, περνώντας από τον αισθητήρα, δημιουργεί μια ώθηση).
- σε άλλες καταστάσεις.
Οι κωδικοποιητές γωνίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό των γωνιών περιστροφής αξόνων, γραναζιών και άλλων περιστρεφόμενων εξαρτημάτων, καθώς και κωδικοποιητών απόλυτων. Επίσης, τέτοιες συσκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εργαλειομηχανές και ρομποτικές συσκευές μαζί με αισθητήρες γραμμικής θέσης. Όπου πρέπει να γνωρίζετε ακριβώς τη θέση των κόμβων των μηχανισμών.
Πρακτικά παραδείγματα εφαρμογής επαγωγικών αισθητήρων
Στην πράξη, τα σχέδια επαγωγικών αισθητήρων μπορούν να υλοποιηθούν με διαφορετικούς τρόπους. Η απλούστερη εκτέλεση και συμπερίληψη είναι για έναν αισθητήρα δύο καλωδίων, ο οποίος παρακολουθεί την παρουσία μεταλλικών αντικειμένων στη ζώνη ευαισθησίας του. Τέτοιες συσκευές κατασκευάζονται συχνά με βάση έναν πυρήνα σε σχήμα E, αλλά αυτό δεν είναι θεμελιώδες σημείο. Μια τέτοια υλοποίηση είναι πιο εύκολη στην κατασκευή.
Όταν αλλάζει η αντίσταση του πηνίου, αλλάζει το ρεύμα στο κύκλωμα και η πτώση τάσης στο φορτίο. Αυτές οι αλλαγές μπορούν να πραγματοποιηθούν. Το πρόβλημα είναι ότι η αντίσταση φορτίου γίνεται κρίσιμη. Εάν είναι πολύ μεγάλο, τότε οι αλλαγές στο ρεύμα όταν εμφανίζεται ένα μεταλλικό αντικείμενο θα είναι σχετικά μικρές. Αυτό μειώνει την ευαισθησία και την θόρυβο του συστήματος. Εάν είναι μικρό, τότε το ρεύμα στο κύκλωμα θα είναι μεγάλο, θα χρειαστεί ένας πιο ανθεκτικός αισθητήρας.
Επομένως, υπάρχουν σχέδια στα οποία το κύκλωμα μέτρησης είναι ενσωματωμένο στο περίβλημα του αισθητήρα. Η γεννήτρια παράγει παλμούς που τροφοδοτούν τον επαγωγέα. Όταν επιτευχθεί ένα ορισμένο επίπεδο, η σκανδάλη ενεργοποιείται, γυρίζοντας από την κατάσταση 0 στην 1 ή αντίστροφα. Ο ενισχυτής buffer ενισχύει το σήμα όσον αφορά την ισχύ και (ή) την τάση, ανάβει (σβήνει) το LED και εξάγει ένα διακριτό σήμα στο εξωτερικό κύκλωμα.
Το σήμα εξόδου μπορεί να σχηματιστεί:
- με ηλεκτρομαγνητική ή ρελέ στερεάς κατάστασης – μηδενική ή μία στάθμη τάσης.
- "ξηρή επαφή" ηλεκτρομαγνητικό ρελέ;
- ανοιχτός συλλέκτης τρανζίστορ (δομές n-p-n ή p-n-p).
Σε αυτήν την περίπτωση, απαιτούνται τρία καλώδια για τη σύνδεση του αισθητήρα:
- φαγητό;
- κοινό καλώδιο (0 volt)?
- καλώδιο σήματος.
Τέτοιοι αισθητήρες μπορούν επίσης να τροφοδοτούνται με τάση DC. Οι παλμοί στην αυτεπαγωγή σχηματίζονται μέσω μιας εσωτερικής γεννήτριας.
Για την παρακολούθηση θέσης χρησιμοποιούνται διαφορικοί κωδικοποιητές. Εάν το ελεγχόμενο αντικείμενο είναι συμμετρικό σε σχέση με τα δύο πηνία, το ρεύμα που διέρχεται από αυτά είναι το ίδιο. Όταν οποιαδήποτε περιέλιξη μετατοπίζεται προς το πεδίο, εμφανίζεται μια ανισορροπία, το συνολικό ρεύμα παύει να είναι ίσο με μηδέν, το οποίο μπορεί να καταγραφεί από έναν δείκτη με ένα βέλος στη μέση της κλίμακας. Ο δείκτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό τόσο του μεγέθους της μετατόπισης όσο και της κατεύθυνσής της. Αντί για συσκευή δείκτη, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα σχήμα ελέγχου που, μόλις λάβει πληροφορίες σχετικά με μια αλλαγή θέσης, θα εκδώσει ένα σήμα, θα λάβει μέτρα για την ευθυγράμμιση του αντικειμένου, θα κάνει προσαρμογές στην τεχνολογική διαδικασία κ.λπ.
Οι αισθητήρες που κατασκευάζονται σύμφωνα με την αρχή των γραμμικά ρυθμιζόμενων διαφορικών μετασχηματιστών παράγονται με τη μορφή πλήρων δομών, οι οποίες είναι ένα πλαίσιο με πρωτεύουσες και δευτερεύουσες περιελίξεις και μια ράβδος που κινείται μέσα (μπορεί να φέρει ελατήριο). Τα καλώδια βγαίνουν για να στείλουν ένα σήμα από τη γεννήτρια και να αφαιρέσουν το EMF από τις δευτερεύουσες περιελίξεις. Ένα ελεγχόμενο αντικείμενο μπορεί να συνδεθεί μηχανικά στη ράβδο. Μπορεί επίσης να κατασκευαστεί από διηλεκτρικό - μόνο η θέση του στελέχους έχει σημασία για τη μέτρηση.
Παρά ορισμένες εγγενείς αδυναμίες, ο επαγωγικός αισθητήρας κλείνει πολλές περιοχές που σχετίζονται με την ανίχνευση αντικειμένων χωρίς επαφή στο διάστημα.Παρά τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας, αυτός ο τύπος συσκευής δεν θα εγκαταλείψει την αγορά συσκευών μέτρησης στο άμεσο μέλλον, επειδή η λειτουργία του βασίζεται στους θεμελιώδεις νόμους της φυσικής.
Παρόμοια άρθρα:
