Un senzor în sens general este un dispozitiv care convertește o cantitate fizică în alta, convenabil pentru procesare, transmitere sau conversie ulterioară. De regulă, prima mărime este fizică, nu poate fi măsurată direct (temperatură, viteză, deplasare etc.), iar a doua este un semnal electric sau optic. O nișă în domeniul instrumentelor de măsură este ocupată de senzori, al căror element principal este un inductor.
Conţinut
Cum funcționează senzorul de inductanță și cum funcționează
Conform principiului de funcționare, senzorii inductivi sunt activi, adică necesită un generator extern pentru a funcționa. Furnizează inductorului un semnal cu o frecvență și amplitudine date.
Curentul care trece prin spirele bobinei creează un câmp magnetic. Dacă un obiect conducător intră în câmpul magnetic, parametrii bobinei se modifică.Rămâne doar să remediem această schimbare.
Senzorii simpli fără contact reacționează la apariția obiectelor metalice în zona apropiată a înfășurării. Aceasta modifică impedanța bobinei, această modificare trebuie convertită într-un semnal electric, amplifica și (sau) fixează trecerea pragului folosind un circuit de comparație.
Senzorii de alt tip răspund la modificările poziției longitudinale a obiectului care servește ca miez al bobinei. Când poziția obiectului se schimbă, acesta se mișcă în sau din bobină, modificându-și astfel inductanța. Această modificare poate fi convertită într-un semnal electric și măsurată. O altă versiune a unui astfel de senzor este atunci când un obiect se apropie de bobină din exterior. Acest lucru face ca inductanța să scadă din cauza efectului de sol.
O altă versiune a senzorului inductiv de deplasare este un transformator diferențial reglabil liniar (LVDT). Este o bobină compozită, realizată în următoarea ordine:
- înfășurare secundară 1;
- înfășurare primară;
- înfășurare secundară 2.
Semnalul de la generator este transmis la înfășurarea primară. Câmpul magnetic creat de bobina mijlocie induce un EMF în fiecare dintre secundarele (principiul transformatorului). Miezul, atunci când se mișcă, schimbă legătura reciprocă dintre bobine, modificând forța electromotoare în fiecare dintre înfășurări. Această modificare poate fi fixată de circuitul de măsurare. Deoarece lungimea miezului este mai mică decât lungimea totală a bobinei compozite, poziția obiectului poate fi determinată fără ambiguitate de raportul EMF în înfășurările secundare.
Pe același principiu - o schimbare a cuplajului inductiv dintre înfășurări - este construit un senzor de rotație.Este format din două bobine coaxiale. Semnalul este aplicat uneia dintre înfășurări, EMF în a doua depinde de unghiul reciproc de rotație.
Din principiul de funcționare, este evident că senzorii inductivi, indiferent de design, sunt fără contact. Ele lucrează la distanță și nu necesită contact direct cu obiectul controlat.
Avantajele și dezavantajele senzorilor inductivi
Avantajele senzorilor de tip inductiv includ în primul rând:
- fiabilitatea designului;
- lipsa conexiunilor de contact;
- putere mare de ieșire, care reduce influența zgomotului și simplifică circuitul de control;
- sensibilitate crescută;
- capacitatea de a lucra din surse de tensiune alternativă de frecvență industrială.
Principalul dezavantaj al senzorilor de tip inductiv este dimensiunea, greutatea și complexitatea lor de fabricație. Pentru bobinele de înfășurare cu parametrii dați, este necesar un echipament special. De asemenea, necesitatea de a menține cu precizie amplitudinea semnalului de la oscilatorul principal este considerată un minus. Când se schimbă, se schimbă și zona de sensibilitate. Deoarece senzorii funcționează numai pe curent alternativ, menținerea amplitudinii devine o anumită problemă tehnică. Direct (sau printr-un transformator descendente) nu va fi posibilă conectarea senzorului la o rețea casnică sau industrială - în ea, fluctuațiile de tensiune în amplitudine sau frecvență pot ajunge chiar la 10% în modul normal, ceea ce face ca acuratețea măsurării să fie inacceptabilă. .
De asemenea, precizia măsurării poate fi afectată de:
- câmpuri magnetice de la terți (protejarea senzorului este imposibilă pe baza principiului funcționării acestuia);
- pickup-uri EMF de la terți în cablurile de alimentare și de măsurare;
- erori de fabricație;
- eroare caracteristică senzor;
- lovituri sau deformații la locul de instalare a senzorului care nu afectează performanța generală;
- dependența preciziei de temperatură (se modifică parametrii firului de înfășurare, inclusiv rezistența acestuia).
Incapacitatea senzorilor de inductanță de a răspunde la apariția obiectelor dielectrice în câmpul lor magnetic poate fi atribuită atât avantajelor, cât și dezavantajelor. Pe de o parte, acest lucru limitează domeniul de aplicare a acestora. Pe de altă parte, îl face insensibil la prezența murdăriei, grăsimilor, nisipului etc. pe obiectele monitorizate.
Cunoașterea deficiențelor și posibilelor limitări în funcționarea senzorilor inductivi permite utilizarea rațională a avantajelor acestora.
Domeniul de aplicare al senzorilor inductivi
Senzorii de proximitate inductivi sunt adesea folosiți ca întrerupătoare de limită. Astfel de dispozitive au devenit larg răspândite:
- în sistemele de securitate, ca senzori pentru deschiderea neautorizată a ferestrelor și ușilor;
- in sistemele de telemecanica, ca senzori ai pozitiei finale a unitatilor si mecanismelor;
- în viața de zi cu zi în schemele de indicare a poziției închise a ușilor, obloanelor;
- pentru numărarea obiectelor (de exemplu, deplasarea de-a lungul benzii transportoare);
- pentru a determina viteza de rotație a angrenajelor (fiecare dinte, trecând pe lângă senzor, creează un impuls);
- in alte situatii.
Codificatoarele unghiulare pot fi utilizate pentru a determina unghiurile de rotație ale arborilor, angrenajelor și altor componente rotative, precum și codificatoarelor absolute. De asemenea, astfel de dispozitive pot fi utilizate în mașini-unelte și dispozitive robotizate împreună cu senzori de poziție liniară. Unde trebuie să știți exact poziția nodurilor mecanismelor.
Exemple practice de implementare a senzorilor inductivi
În practică, proiectările senzorilor inductivi pot fi implementate în diferite moduri. Cea mai simplă execuție și includere este pentru un senzor unic cu două fire, care monitorizează prezența obiectelor metalice în zona sa de sensibilitate. Astfel de dispozitive sunt adesea realizate pe baza unui miez în formă de E, dar acesta nu este un punct fundamental. O astfel de implementare este mai ușor de fabricat.
Când rezistența bobinei se modifică, curentul din circuit și căderea de tensiune la sarcină se modifică. Aceste modificări pot fi comise. Problema este că rezistența la sarcină devine critică. Dacă este prea mare, atunci schimbările de curent atunci când apare un obiect metalic vor fi relativ mici. Acest lucru reduce sensibilitatea și imunitatea la zgomot a sistemului. Dacă este mic, atunci curentul din circuit va fi mare, va fi necesar un senzor mai rezistent.
Prin urmare, există modele în care circuitul de măsurare este încorporat în carcasa senzorului. Generatorul generează impulsuri care alimentează inductorul. Când se atinge un anumit nivel, declanșatorul se declanșează, trecând de la starea 0 la 1 sau invers. Amplificatorul tampon amplifică semnalul în termeni de putere și (sau) tensiune, aprinde (stinge) LED-ul și emite un semnal discret către circuitul extern.
Semnalul de ieșire poate fi format:
- prin electromagnetic sau releu cu stare solidă – zero sau un nivel de tensiune;
- "contact uscat" releu electromagnetic;
- colector deschis tranzistor (structuri n-p-n sau p-n-p).
În acest caz, sunt necesare trei fire pentru a conecta senzorul:
- alimente;
- fir comun (0 volți);
- fir de semnal.
Astfel de senzori pot fi alimentați și cu tensiune DC. Impulsurile la inductanța sunt formate prin intermediul unui generator intern.
Codoarele diferențiale sunt utilizate pentru monitorizarea poziției. Dacă obiectul controlat este simetric față de ambele bobine, curentul prin ele este același. Când orice înfășurare este deplasată spre câmp, apare un dezechilibru, curentul total încetează să fie egal cu zero, ceea ce poate fi înregistrat de un indicator cu o săgeată în mijlocul scalei. Indicatorul poate fi utilizat pentru a determina atât magnitudinea deplasării, cât și direcția acesteia. În locul unui dispozitiv pointer, puteți folosi o schemă de control care, la primirea informațiilor despre o schimbare a poziției, va emite un semnal, va lua măsuri pentru alinierea obiectului, va face ajustări la procesul tehnologic etc.
Senzorii fabricați după principiul transformatoarelor diferențiale reglabile liniar sunt produși sub formă de structuri complete, care sunt un cadru cu înfășurări primare și secundare și o tijă care se mișcă în interior (poate fi încărcat cu arc). Firele sunt scoase pentru a trimite un semnal de la generator și pentru a elimina EMF din înfășurările secundare. Un obiect controlat poate fi atașat mecanic de tijă. Poate fi realizat și dintr-un dielectric - doar poziția tijei contează pentru măsurare.
În ciuda anumitor deficiențe inerente, senzorul inductiv închide multe zone asociate cu detectarea fără contact a obiectelor din spațiu.În ciuda dezvoltării constante a tehnologiei, acest tip de dispozitiv nu va părăsi piața aparatelor de măsurare în viitorul apropiat, deoarece funcționarea sa se bazează pe legile fundamentale ale fizicii.
Articole similare:
