Elektronické senzory. Indukčné snímače. Druhy. Zariadenie. Parametre a aplikácie princípu činnosti snímača indukčného posunu

Indukčný snímačje menič parametrického typu, ktorého princíp činnosti je založený na zmene L alebo vzájomnej indukčnosti vinutia s jadrom, v dôsledku zmeny magnetického odporu RM magnetického obvodu snímača, ktorého súčasťou je napr. jadro.

Indukčné snímače sú široko používané v priemysle na meranie posunov a pokrývajú rozsah od 1 µm do 20 mm. Môžete tiež použiť indukčný snímač na meranie tlakov, síl, prietokov plynov a kvapalín a pod. V tomto prípade sa meraný parameter pomocou rôznych citlivých prvkov prevedie na zmenu posunu a následne sa táto hodnota privedie do indukčného meracieho prevodníka.

V prípade merania tlaku môžu byť citlivé prvky vyrobené vo forme elastických membrán, vlnovcov a pod. Používajú sa aj ako senzory priblíženia, ktoré slúžia na bezkontaktnú detekciu rôznych kovových a nekovových predmetov na princíp „áno“ alebo „nie“.

Výhody indukčných snímačov:

jednoduchosť a pevnosť dizajnu, absencia posuvných kontaktov;

možnosť pripojenia k zdrojom priemyselná frekvencia;

relatívne vysoký výstupný výkon (až desiatky wattov);

výrazná citlivosť.

Nevýhody indukčných snímačov:

presnosť prevádzky závisí od stability napájacieho napätia vo frekvencii;

Prevádzka je možná len na striedavý prúd.

Typy indukčné meniče a ich dizajnové vlastnosti

Podľa konštrukčnej schémy možno indukčné snímače rozdeliť na jednoduché a diferenciálne. Jediný indukčný snímač obsahuje jednu meraciu vetvu, diferenciálny snímač obsahuje dve.

V diferenciálnom indukčnom snímači sa pri zmene meraného parametra súčasne zmenia indukčnosti dvoch rovnakých cievok a zmena nastane o rovnakú hodnotu, ale s opačným znamienkom.

Ako je známe,:

kde W je počet závitov; Ф – prenikajúci magnetický tok; I je prúd prechádzajúci cievkou.

Prúd súvisí s pomerom MMF:

Odkiaľ to získame:

Kde Rm = HL / Ф – magnetický odpor indukčného snímača.

Zoberme si napríklad jediný indukčný snímač. Jeho činnosť je založená na vlastnosti tlmivky so vzduchovou medzerou meniť svoju indukčnosť pri zmene veľkosti vzduchovej medzery.

Indukčný snímač pozostáva z jarma 1, vinutia 2, kotvy 3 - držanej pružinami. Vinutie 2 je napájané napájacím napätím cez odpor záťaže Rн striedavý prúd. Prúd v záťažovom obvode je definovaný ako:

kde rd - aktívny odporškrtiaca klapka; L je indukčnosť snímača.

Pretože aktívny odpor obvodu je konštantný, potom k zmene prúdu I môže dôjsť len v dôsledku zmeny indukčnej zložky XL=IRн, ktorá závisí od veľkosti vzduchovej medzery.δ .

Každá hodnotaδ zodpovedá konkrétnu hodnotu I, vytvárajúci úbytok napätia na odpore Rн: Uout=IRн - predstavuje výstupný signál snímača. Môžete odvodiť analytickú závislosť Uout=f(δ ), za predpokladu, že medzera je dostatočne malá a únikové toky možno zanedbať a magnetický odpor železa Rmf možno zanedbať v porovnaní s magnetickým odporom vzduchovej medzery Rmv.

Tu je konečný výraz:

V skutočných zariadeniach je aktívny odpor obvodu oveľa menší ako indukčný, potom sa výraz zníži na tvar:

Závislosť Uout=f(δ) je lineárna (k prvej aproximácii). Skutočná charakteristika vyzerá takto:

Odchýlka od linearity na začiatku je vysvetlená prijatým predpokladom Rмж<< Rмв.

Pri malom d je magnetický odpor železa porovnateľný s magnetickým odporom vzduchu.

Odchýlka pri veľkom d sa vysvetľuje tým, že pri veľkom d sa RL stáva úmerným hodnote aktívneho odporu - Rн+rd.

Uvažovaný indukčný snímač má vo všeobecnosti niekoľko významných nevýhod:

fáza prúdu sa pri zmene smeru pohybu nemení;

ak je potrebné merať posun v oboch smeroch, je potrebné nastaviť počiatočnú vzduchovú medzeru a tým aj prúd I0, čo je nepohodlné;

zaťažovací prúd závisí od amplitúdy a frekvencie napájacieho napätia;

Počas prevádzky snímača je kotva vystavená príťažlivej sile pre magnetický obvod, ktorý nie je ničím vyvážený, a preto vnáša do činnosti snímača chybu.

Diferenciálne indukčné snímače sú kombináciou dvoch nereverzibilných snímačov a sú vyrobené vo forme systému pozostávajúceho z dvoch magnetických obvodov so spoločnou kotvou a dvoch cievok. Diferenciálne indukčné snímače vyžadujú dva samostatné napájacie zdroje, pre ktoré sa zvyčajne používa izolačný transformátor 5.

Podľa tvaru magnetického obvodu môžu byť diferenciálne indukčné snímače s magnetickým obvodom v tvare W vyrobené z elektrooceľových mostíkov (pri frekvenciách nad 1000 Hz sa používajú zliatiny železa a niklu - permoloy) a valcové s pevné magnetické jadro okrúhleho prierezu. Výber tvaru snímača závisí od jeho konštrukčnej kombinácie s ovládaným zariadením. Použitie magnetického obvodu v tvare W je spôsobené jednoduchou montážou cievky a zmenšením rozmerov snímača.

Na napájanie diferenciálneho indukčného snímača sa používa transformátor 5 so stredovým výstupom na sekundárnom vinutí. Zariadenie 4 je zapnuté medzi ním a spoločným koncom oboch cievok. Vzduchová medzera je 0,2-0,5 mm.

Pri priemernej polohe kotvy, keď sú vzduchové medzery rovnaké, sú indukčné odpory cievok 3 a 3" rovnaké, preto sú veľkosti prúdov v cievkach rovné I1 = I2 a výsledný prúd v v. zariadenie je 0.

Pri miernom vychýlení kotvy jedným alebo druhým smerom sa vplyvom regulovanej hodnoty X menia hodnoty medzier a indukčností, prístroj registruje rozdielový prúd I1-I2, je to funkcia kotvy posunutie z priemernej polohy. Prúdový rozdiel sa zvyčajne zaznamenáva pomocou magnetoelektrického zariadenia 4 (mikroampérmeter) s usmerňovacím obvodom B na vstupe.

Charakteristika indukčného snímača má tvar:

Polarita výstupného prúdu zostáva nezmenená bez ohľadu na znamienko zmeny impedancie cievok. Pri zmene smeru odchýlky kotvy od priemernej polohy sa zmení fáza prúdu na výstupe snímača na opačnú (180°). Pri použití fázovo citlivých usmerňovacích obvodov je možné získať indikáciu smeru pohybu kotvy zo strednej polohy. Charakteristika diferenciálneho indukčného snímača s fázovým filtrom má tvar:

Chyba prevodu indukčného snímača

Informačná kapacita indukčného snímača je do značnej miery určená jeho chybou pri prevode meraného parametra. Celková chyba indukčného snímača pozostáva z veľkého počtu chybových komponentov.

Je možné rozlíšiť nasledujúce chyby indukčného snímača:

1) Chyba v dôsledku nelinearity charakteristiky. Multiplikatívna zložka celkovej chyby. Vzhľadom na princíp indukčného prevodu meranej veličiny, ktorý je základom činnosti indukčných snímačov, je podstatný a vo väčšine prípadov určuje merací rozsah snímača. Musí sa posúdiť počas vývoja snímača.

2) Chyba teploty. Náhodný komponent. Kvôli veľkému počtu teplotne závislých parametrov komponentov snímača môže chyba komponentu dosiahnuť veľké hodnoty a je významná. Hodnotí sa počas vývoja senzora.

3) Chyba v dôsledku vplyvu vonkajších elektromagnetických polí. Náhodná zložka celkovej chyby. Vyskytuje sa v dôsledku indukcie EMF vo vinutí snímača vonkajšími poľami a v dôsledku zmien magnetických charakteristík magnetického obvodu pod vplyvom vonkajších polí. V priemyselných priestoroch so silovou elektroinštaláciou sa zisťujú magnetické polia s indukciou T a frekvenciou prevažne 50 Hz.

Keďže magnetické obvody indukčných snímačov pracujú pri indukciách 0,1–1 T, podiel vonkajších polí bude aj bez tienenia 0,05–0,005 %. Zavedenie clony a použitie diferenciálneho snímača znižuje tento zlomok približne o dva rády. Chyba z vplyvu vonkajších polí by sa teda mala brať do úvahy len pri návrhu snímačov s nízkou citlivosťou a nemožnosťou dostatočného tienenia. Vo väčšine prípadov táto zložka chyby nie je významná.

4) Chyba v dôsledku magnetoelastického efektu. Vzniká v dôsledku nestability deformácií magnetického obvodu pri montáži snímača (prídavná súčiastka) a v dôsledku zmien deformácií počas prevádzky snímača (náhodná súčiastka). Výpočty zohľadňujúce prítomnosť medzier v magnetickom jadre ukazujú, že vplyv nestability mechanických napätí v magnetickom jadre spôsobuje nestabilitu výstupného signálu snímača objednávky a vo väčšine prípadov nemusí byť táto zložka špecificky braná do úvahy.

5) Chyba v dôsledku tenzometrického efektu vinutia. Náhodný komponent. Pri navíjaní cievky snímača vzniká v drôte mechanické napätie. Zmena týchto mechanických namáhaní pri prevádzke snímača vedie k zmene jednosmerného odporu cievky a následne k zmene výstupného signálu snímača. Typicky pre správne navrhnuté snímače, t.j. tento komponent by sa nemal brať do úvahy.

6) Chyba pripájacieho kábla. Vyskytuje sa v dôsledku nestability elektrického odporu kábla pod vplyvom teploty alebo deformácie a v dôsledku snímania EMF v kábli pod vplyvom vonkajších polí. Je to náhodná zložka chyby. Ak je vlastný odpor kábla nestabilný, výstupný signál snímača je chybný. Dĺžka spojovacích káblov je 1–3 m a zriedka viac. Pri výrobe kábla z medeného drôtu s prierezom odporu kábla menším ako 0,9 Ohm, nestabilita odporu. Pretože impedancia snímača je zvyčajne väčšia ako 100 ohmov, chyba vo výstupe snímača môže byť veľká. Preto pre snímače, ktoré majú v prevádzkovom režime nízky odpor, by sa mala chyba odhadnúť. V iných prípadoch to nie je podstatné.

7) Chyby dizajnu. Vznikajú pod vplyvom nasledujúcich príčin: vplyv meracej sily na deformáciu častí snímača (aditívna), vplyv rozdielu meracej sily na nestabilitu deformácií (multiplikatívne), vplyv meracej sily. tyčové vedenia na prenose meracieho impulzu (multiplikatívne), nestabilita prenosu meracieho impulzu v dôsledku medzier a vôle pohyblivých častí (náhodné). Konštrukčné chyby sú primárne určené nedostatkami v konštrukcii mechanických prvkov snímača a nie sú špecifické pre indukčné snímače. Tieto chyby sa posudzujú pomocou známych metód hodnotenia chýb kinematických prenosov meracích zariadení.

8) Technologické chyby. Vznikajú v dôsledku technologických odchýlok vo vzájomnej polohe dielov snímača (aditívum), rozptylu v parametroch dielov a vinutí pri výrobe (aditívum) a vplyvom technologických medzier a interferencií v spojoch dielov a vo vedení (náhodné ).

Technologické chyby pri výrobe mechanických prvkov konštrukcie snímača tiež nie sú špecifické pre indukčný snímač, posudzujú sa metódami obvyklými pre mechanické meracie zariadenia. Chyby vo výrobe magnetického jadra a cievok snímača vedú k zmenám parametrov snímača a k ťažkostiam, ktoré vznikajú pri zabezpečovaní ich vzájomnej zameniteľnosti.

9) Chyba v dôsledku starnutia snímača. Táto chybová zložka je spôsobená jednak opotrebovaním pohyblivých prvkov konštrukcie snímača a jednak časovou zmenou elektromagnetických charakteristík magnetického obvodu snímača. Chybu treba považovať za náhodnú. Pri posudzovaní chyby z opotrebovania sa v každom konkrétnom prípade berie do úvahy kinematický výpočet mechanizmu snímača. Vo fáze návrhu snímača je v tomto prípade vhodné nastaviť životnosť snímača za normálnych prevádzkových podmienok, počas ktorých dodatočná chyba opotrebenia nepresiahne stanovenú hodnotu.

Elektromagnetické vlastnosti materiálov sa časom menia.

Vo väčšine prípadov výrazné procesy zmien elektromagnetických charakteristík končia počas prvých 200 hodín po tepelnom spracovaní a demagnetizácii magnetického obvodu. V budúcnosti zostávajú prakticky konštantné a nezohrávajú významnú úlohu v celkovej chybe indukčného snímača.

Vyššie uvedené zohľadnenie chybových komponentov indukčného snímača umožňuje posúdiť ich úlohu pri tvorbe celkovej chyby snímača. Vo väčšine prípadov sú určujúcimi faktormi chyba z nelinearity charakteristiky a teplotná chyba indukčného meniča.

Indukčné snímače sa používajú na prevod malých lineárnych a uhlových pohybov na elektrický signál. Najjednoduchším indukčným snímačom (nazývaným single-ended) je induktor 1 so železným jadrom 2 a pohyblivou kotvou 3, oddelený od jadra vzduchovou medzerou (obr. 2-4). Induktor s jadrom, nazývaný stator snímača, je nehybne upevnený a kotva je mechanicky spojená s pohyblivou časťou operačného zosilňovača, ktorej pohyb je potrebné previesť na elektrický signál. Pri pohybe kotvy sa mení odpor magnetického obvodu snímača v dôsledku zmeny vzduchovej medzery δ medzi statorom a kotvou (pri vertikálnom pohybe kotvy) alebo plochy vzduchovej medzery S (s horizontálny pohyb armatúry).

Odpor magnetického obvodu snímača pozostáva z odporu časti obvodu s oceľou Rst a odporu časti obvodu so vzduchovou medzerou Rb. Magnetická odolnosť časti reťaze s oceľou:

Rst = Lst/(mst/Sst),

kde Lst je celková dĺžka priemernej siločiary magnetického poľa v oceli jadra a kotvy; Sst - plocha prierezu oceľového jadra; mst - magnetická permeabilita materiálu jadra a armatúry.

Magnetický odpor časti obvodu so vzduchovou medzerou:

Rst = 2δ/(μоSв), kde δ je dĺžka vzduchovej medzery medzi statorom a kotvou snímača; μо - priepustnosť vzduchu; Sв - plocha prierezu vzduchovej medzery. Keďže μо>>μо, potom Rst 0. Odpor magnetického obvodu snímača bude určený hlavne odporom úseku obvodu so vzduchovou medzerou:

Rm ≈ Rв = 2δ/(;μSr)

Striedavý magnetický tok F, ku ktorému dochádza, keď je k cievke snímača pripojený zdroj energie, je rovný

kde I je PRÚD v obvode cievky snímača; w je počet závitov cievky snímača, w je počet závitov cievky snímača.

Indukčnosť cievky snímača (ak sa zanedbá únikový tok):

L = ωФ/I = [ω2/25]μS

Vzorec (2-1) vytvára funkčné spojenie medzi pohybom kotvy indukčného snímača (počas pohybu sa mení buď d alebo Sв) a indukčnosťou cievky snímača.

U indukčné snímače s variabilnou vzduchovou medzerou statická charakteristika L=f(x) je nelineárna (obr. 2-5, 1) a pre veľké medzery (δ > 1 mm) citlivosť snímača klesá. Takéto snímače sa používajú s obmedzeným rozsahom pohybu kotvy - do 1 mm a počiatočný pracovný bod sa volí v charakteristickej oblasti, kde má najväčšiu strmosť a približuje sa lineárnej citlivosti snímačov s premenlivou vzduchovou medzerou je vysoká - až 0,2 μm.

U indukčné snímače s variabilnou plochou vzduchovej medzery statická charakteristika L=f(Sв) je lineárna, rozsah pohybu kotvy je širší - do 8 mm, ale citlivosť je menšia - do 0,3 µm (obr. 2-5, 2). Zmena indukčnosti cievky snímača L vedie k zmene jej indukčného odporu: ХL = ωL, kde ω je kruhová frekvencia napájacieho napätia. V dôsledku toho sa mení aj celkový odpor cievky: Z = √Ra*2+XL*2, kde Ra je aktívny odpor cievky snímača.

Prúd I pretekajúci v cievke snímača pôsobením privedeného striedavého napätia U sa mení aj pri pohybe kotvy a môže slúžiť ako výstupný signál snímača (výstupná charakteristika). Princíp činnosti indukčných snímačov môže byť zvyčajne reprezentovaný ako reťaz transformácií, ku ktorým dochádza pri pohybe kotvy snímača (pre snímače s meniacou sa vzduchovou medzerou):

x → δ → Rm → Ф↓ → L↓ → Xl↓ → Z↓ → I

Jednostranné indukčné snímače majú vysokú citlivosť a spoľahlivosť, takmer neobmedzenú životnosť a vysoký výkon výstupného signálu (až niekoľko wattov), čo v niektorých prípadoch umožňuje nepoužívať zosilňovač. Medzi nevýhody indukčných snímačov patrí nevratnosť charakteristiky, malý rozsah pohybov kotvy, prítomnosť prúdu naprázdno a elektromagnetickej príťažlivej sily medzi kotvou a statorom, vplyv kolísania amplitúdy a frekvencie napájania. Napätie. Tieto nevýhody úplne alebo čiastočne chýbajú v diferenciálnych indukčných snímačoch.

Diferenčný indukčný snímač

Obsahuje dva statory s tlmivkami L1 a L2 a jednu spoločnú kotvu. Pri pohybe kotvy sa indukčnosť jednej cievky zvyšuje a druhej znižuje. Induktory sú zahrnuté buď v diferenciálnom meracom obvode, alebo ako susedné ramená v mostíkovom meracom obvode.

Diferenciálne indukčné snímače majú vyššiu presnosť prevodu a citlivosť v porovnaní s jednocyklovými. Statická charakteristika týchto snímačov je lineárna a reverzibilná.

Transformátorové snímače

Ide o druh indukčných snímačov. Transformátorový snímač možno považovať za transformátor, ktorého transformačný pomer sa mení v dôsledku zmeny koeficientu vzájomnej indukčnosti M medzi jeho vinutiami. Takéto snímače sa používajú na prevod malých lineárnych a uhlových pohybov na elektrický signál (striedavé napätie).

Na obr. 2-6 je znázornený diferenciálny transformátorový snímač s uhlovým pohybom kotvy. Primárne vinutie snímača ω1 je umiestnené na centrálnej tyči jadra 1 a je pripojené k zdroju striedavého prúdu. Sekundárne vinutia ω2a a ω2b sú umiestnené na vonkajších tyčiach a sú zapojené do série a počítadla. Prúd pretekajúci cez ω1 vytvára striedavý magnetický tok F1, ktorý sa rozvetvuje na dva toky: F1a a F1b. Pri symetrickej polohe kotvy 2 voči statoru snímača (jadro 1 s vinutiami ω1, ω2a a ω2b) sú magnetické toky rovnaké: Ф1а=Ф1b=Ф1/2 a emf indukované v sekundárnych vinutiach budú tiež rovnaké : E2a=E2b.

Pretože fázy týchto EMF sú opačné (kvôli protispojeniu vinutí ω2a a ω2b), napätie na výstupe snímača bude nulové: Uout = E2a - E2b = O. Pri otáčaní kotvy, ktorá je mechanicky spojená s pohyblivou časťou riadiaceho objektu, sa menia plochy prierezov vzduchových medzier a medzi kotvou a vonkajšími jadrovými tyčami. V dôsledku toho sa odpory RM1 a RM2 magnetických obvodov tokov Ф1а a Ф1b a samotné toky zmenia: jeden z nich sa zvýši o ΔФ a druhý sa zníži o ΔФ. Indukcia emf E2a a E2b v sekundárnych vinutiach sa tiež zmení úmerne so zmenou tokov ФIа a Ф2b. Na výstupe snímača sa objaví napätie Uout, ktorého amplitúda sa rovná rozdielu medzi amplitúdami EMF E2a a E2b: Uout = E2a-E2b a fáza výstupného napätia bude určená fázou väčšie EMF.

Takže charakteristika takéhoto snímača bude reverzibilná a lineárna (v pracovnej oblasti). Citlivosť snímača diferenciálneho transformátora je dvakrát vyššia ako u jednocyklového snímača, pracovná plocha je dvakrát väčšia a keď je kotva v symetrickej polohe, výstupné napätie je nulové. Presnosť prevodu snímačov diferenciálneho transformátora je vyššia, pretože v dôsledku symetrie konštrukcie a obvodu snímača sú chyby zo zmien okolitej teploty a frekvencie zdroja energie čiastočne kompenzované.

Pozývame vás, aby ste sa oboznámili s fyzikálnymi princípmi výroby RDP Electronics Ltd (Spojené kráľovstvo), s ich hlavnými parametrami, výhodami a oblasťami použitia.

Pojem LVDT (Linear Variable Differential Transformer) znamená lineárny diferenciálny transformátor s premenlivým prevodovým pomerom.

Uvažujme o princípe fungovania snímačov založených na technológii LVDT.

Primárne vzrušujúce vinutie
Sekundárne vinutie 1
Sekundárne vinutie 2
Výsledný signál zo súčtu sekundárnych vinutí

V zásade existujú dve prevádzkové schémy - s výstupným napätím a výstupným prúdom.

Schéma činnosti s výstupným prúdom (4-20mA)

Pozrime sa bližšie na proces merania posunu.

Snímač výchylky pracujúci pomocou technológie LVDT pozostáva z troch transformátorových vinutí – jedného primárneho a dvoch sekundárnych. Stupeň prenosu prúdu medzi primárnym a dvoma sekundárnymi vinutiami je určený polohou pohyblivého magnetického jadra, tyče. Sekundárne vinutia transformátora sú zapojené v protifáze.

Keď je tyč v strede transformátora, napätie na dvoch sekundárnych vinutiach je rovnaké v amplitúde a keďže sú zapojené v protifáze, celkové napätie na výstupe je nulové - nedochádza k žiadnemu pohybu.

Ak sa tyč pohybuje zo strednej polohy v ľubovoľnom smere, napätie v jednom zo sekundárnych vinutí sa zvyšuje a v druhom klesá. V dôsledku toho nebude celkové napätie nulové - snímač zaznamená posun tyče.

Pomer výstupnej fázy signálu v porovnaní s fázou budiaceho signálu umožňuje elektronike pochopiť, v ktorej časti vinutia sa tyč práve nachádza.

Hlavnou črtou princípu činnosti indukčných snímačov posunu je, že medzi snímacím prvkom a transformátorom nedochádza k priamemu elektrickému kontaktu (komunikácia prebieha cez magnetické pole), čo dáva používateľom absolútne údaje o posunutí, teoreticky nekonečnú presnosť rozlíšenia a veľmi dlhú životnosť snímača.

Vlastnosti obvodu výstupného prúdu- keďže obvod generátora/demodulátora je zabudovaný v samotnom snímači dráhy a je napájaný výstupným prúdom 4-20 mA, nie je potrebné externé zariadenie na úpravu signálu.

Vlastnosti obvodu výstupného napätia- obvod generátora/demodulátora zabudovaný do snímača posunu zabezpečuje budenie a prevádza spätnoväzbový signál na jednosmerné napätie. V tomto prípade nie je potrebné ani externé zariadenie na generovanie signálu.

Vlastnosti merania výstupného signálu.
1) Ak je výstupné napätie merané voltmetrom necitlivým na fázu (efektívna hodnota), potom odchýlka tyče v akomkoľvek smere od centrálnej polohy v transformátore snímača bude zodpovedať zvýšeniu výstupného napätia.

Upozorňujeme, že krivka sa nedotýka vodorovnej osi. Je to spôsobené zvyškovým výstupným napätím.

2) Ak sa použije fázovo citlivá demodulácia, tak z výstupného signálu možno usúdiť, v ktorej časti transformátora sa práve nachádza tyč.

Na generovanie signálu sa vždy používa fázovo citlivá demodulácia, pretože to eliminuje vplyv zvyškového výstupného napätia na výstupný signál a umožňuje užívateľovi poznať polohu tyče v transformátore.

Ak sa pozrieme na výstupnú krivku mimo mechanického rozsahu typického snímača LVDT, môžeme vidieť, že krivka sa ohýba na okrajoch rozsahu. To znamená, že mechanický rozsah je podstatne širší ako lineárna oblasť práce.

Pri kalibrácii snímača je dôležité, aby sa elektrický nulový bod používal ako referenčný a aby sa snímač používal v rozsahu ±FS (plný rozsah) okolo polohy elektrickej nuly.

Ak kalibrácia nie je založená na bode nula voltov, jedna z polôh plného rozsahu bude mimo lineárneho rozsahu, a preto môže viesť k chybe linearity.

Typy indukčných snímačov posunu

Nepripojené meniče, ktoré majú kotvu oddelenú od tela karosérie. Časti snímača musia byť inštalované tak, aby sa kotva nedotýkala vnútornej rúrky puzdra. Týmto spôsobom môžete dosiahnuť absolútnu absenciu trenia pri pohybe citlivého prvku snímača.

Monolitické prevodníky, ktoré majú teflónové ložisko, ktoré vedie kotvu (tyč) pozdĺž vnútornej trubice.

Monolitické meniče s vratnou pružinou, ktorá tlačí kotvu (tyč) smerom von.

Vnútorná štruktúra typického indukčného snímača posunu LVDT

Výhody indukčných snímačov posunu LVDT

1. Výhody oproti lineárnym potenciometrom (POTS).

Medzi telom a vnútornými časťami a snímacím prvkom nedochádza k žiadnemu kontaktu, čo znamená, že nedochádza k opotrebovaniu pri pohybe tyče. Senzory POTS majú kontakt so snímacím prvkom a môžu sa rýchlo opotrebovať, najmä ak sú vystavené vibráciám.
Odolnosť voči vlhkosti a prachu sa dá ľahko dosiahnuť na požadovanú úroveň a dokonca aj štandardné verzie snímačov LVDT majú zvyčajne oveľa lepšiu úroveň ochrany pred vonkajšími vplyvmi ako POTS.
Vibrácie nespôsobujú výpadky signálu, na rozdiel od POTS, kde posúvač môže pri vibrácii prerušiť kontakt s vodičom.

2. Výhody oproti magnetostrikčným snímačom.

3. Výhody oproti enkodérom (snímačom polohy).

Majú najlepšiu analógovú frekvenčnú odozvu.
Majú odolnejšie telo.
Hneď po zapnutí „poznajú“ polohu tyče, na rozdiel od enkodérov, ktorí potrebujú zabezpečiť trvalé prepojenie so známou polohou.

4. Výhody oproti variabilným odporovým vektorovým prevodníkom (VRVT)

Majú menší priemer tela.
Odolnejšie a neopotrebúvajú sa.
Dá sa používať oveľa dlhšie.

5. Výhody oproti lineárnym kapacitným snímačom

LVDT snímače sú vo všeobecnosti lacnejšie.
Menej náchylné na vonkajšie prevádzkové podmienky.
Výrazne odolnejšie.

Vlastnosti indukčných snímačov posunu LVDT

Maximálna prevádzková teplota 600°C.
Minimálna prevádzková teplota –220 °C (pre referenciu, teplota kvapalného dusíka -196 °C, teplota kvapalného hélia -269 °C).
Môže fungovať pri úrovni žiarenia 100 000 rad.
Môže pracovať pri tlaku 200 barov.
Môžu pracovať pod vodou a voda sa môže dostať do snímača bez toho, aby ho poškodila. Existuje špeciálna séria podvodných senzorov, ktoré dokážu bez nich. kontrola 10 rokov pod vodou v hĺbke 2,2 km. Káblové konektory je možné pripojiť aj pod vodou.

Hlavné aplikácie LVDT snímačov

Priemyselné meracie systémy

Regulačné ventily - Všade tam, kde existujú regulačné ventily, možno na monitorovanie polohy drieku ventilu použiť indukčné snímače posunu. Najmä tam, kde existujú kritické oblasti práce, napríklad v parných ventiloch pre turbíny v elektrárňach.
Monitorovanie polohy stavidiel - Ponorné snímače posunu sú vhodné na meranie polohy stavidiel vo vodných a odpadových vodách.
Meranie medzery medzi rolkami.
Aby sa zachovala rovnomerná hrúbka valcovaných výrobkov, medzera medzi valcami sa často meria na oboch koncoch.
Monitorovanie pohybu ventilových tyčí na podvodných ropovodov/plynových potrubiach.
Sledovanie činnosti hydraulických aktivátorov - meranie pohybu objektu, ktorým aktivátor pohybuje. Vďaka extrémne vysokej odolnosti voči opotrebovaniu dokážu tieto LVDT pohybové senzory vydržať milióny pohybových cyklov.
Riadenie polohy/pohybu rezných nástrojov oddeľujúcich valcované materiály.
Meria polohu/posunutie valcov, ktoré sa používajú na vyrovnanie pásu pred lisovaním.
Môže sa použiť na dynamické meranie rozmerov (priemerov) kotúčov produktu, napríklad spustenie signálu do riadiaceho systému, keď kotúč dosiahne maximálnu/minimálnu veľkosť počas navíjania/prevíjania materiálu.

Obrábacie stroje

Môže byť použitý v testovacích prípravkoch na meranie kruhovitosti, rovinnosti atď. časti strojov na analýzu kvality ich výroby.
Môže sa použiť na vyhodnotenie a riadenie vzájomnej polohy komponentov dielov v zostave, keď sa vyžaduje úprava/úprava rozmerov relatívnej polohy dielov.

Letectvo/vesmír

Môže sa použiť na vyhodnotenie odozvy pohonu na činnosť aktivátora. Prevodník napríklad meria polohu vychýlenia vztlakových klapiek lietadla počas údržby. Tu je veľmi dôležité zmerať rýchlosť činnosti aktivátora po privedení riadiaceho signálu naň, ako aj rýchlosť zmeny polohy klapiek.
Analýza rotora vrtuľníka
Senzory LVDT sa používajú na vrtuľníkoch na meranie uhla sklonu listov rotora.
Môže sa použiť na odhad posunu krytu motora pri zahrievaní.
Môže sa použiť na meranie posunu (deformácie) lopatky turbíny pod vonkajším vplyvom.
Môže sa použiť na meranie priehybu membrány trysky prúdového motora.
Možno použiť na

Stavebníctvo / Navrhovanie budov a stavieb

Môže sa použiť na meranie vibrácií alebo deformácií mostov v dôsledku zmien dopravy alebo nárazov vetra.
Môže sa použiť na meranie posunu pôdy počas výstavby, sledovanie zosuvov pôdy a hrádzí.
Môže byť použitý pri testovaní veľkých stavebných konštrukcií, nosníkov, mostných rozpätí atď. na silovú deformáciu.

Automobilový priemysel

Môže sa použiť na monitorovanie posunu skrine motora počas testovania.
Ideálnou aplikáciou pre snímače LVDT by bolo testovanie komponentov zavesenia vozidla.
Môže byť použitý na riadenie výroby presných komponentov.
Môže sa použiť na ladenie komponentov motora, ako sú vstrekovače nafty.
Môže sa použiť na testovanie dverí vozidla, pedálov a kľučiek na simuláciu predĺženia ich životnosti.
Môže sa použiť na meranie profilu povrchu obrobku, ako je sklo alebo iné plošné predmety.

Výroba energie

Môže sa použiť na meranie hádzania hriadeľa turbíny.
Dá sa použiť na ovládanie polohy hlavného parného ventilu, ktorý reguluje prietok pary do turbíny. Ventil neustále upravuje svoju polohu, aby udržal konštantnú rýchlosť turbíny. Senzory LVDT sú ideálne na použitie v oblastiach s vysokými teplotami, nečistotami a neustálymi vibráciami.
Môže byť použitý na ovládanie polohy obtokového ventilu. Keď sa obtokový ventil otvorí, snímač môže zaznamenať teplotu 200 °C.

Na zabezpečenie normálnej prevádzky motora sa na vykonávanie rôznych funkcií používa veľa mechanizmov a ovládačov. Jedným z takýchto zariadení je indukčný snímač. Aký je to ovládač, aký je jeho princíp fungovania, aké typy zariadení existujú? O tom si povieme nižšie.

[Skryť]

Charakteristika indukčných meničov

Indukčný snímač alebo je bezkontaktné zariadenie určené na sledovanie polohy predmetu vyrobeného z kovu. Je to dôležité, pretože zariadenie môže byť citlivé iba na kov.

Funkcie a princíp činnosti

Princíp činnosti zariadenia je založený na zmene amplitúdy oscilácie generátora zabudovaného v regulátore, keď sa určitý kovový predmet zavedie do aktívnej zóny. V súlade s tým môže byť zariadenie použité iba s týmito typmi predmetov. Po privedení napätia na koncový spínač, ktorý sa nachádza v zóne citlivosti, sa objaví magnetické pole. Toto pole podporuje vznik vírivých prúdov, ktorých vplyv sa prejavuje zmenami amplitúdy kmitov generátorového zariadenia.

Výsledkom je, že takéto transformácie prispievajú k vzniku analógového výstupného impulzu, ktorého hodnota sa môže meniť v závislosti od vzdialenosti medzi ovládačom a objektom. Indukčný snímač posunutia hrá veľmi dôležitú úlohu pri zostavách, ktoré sa používajú na sledovanie zmien v umiestnení kovových predmetov. Vďaka ovládaču sa zistí, či je objekt umiestnený správne alebo nie. V prípade, že položka nie je tam, kde by mala byť, riadiaci systém bude musieť vykonať všetky potrebné opatrenia na zabezpečenie normálnej prevádzky zariadenia.

Pokiaľ ide o riadiace zariadenie, zariadenie pozostáva z nasledujúcich prvkov:

Generátorová jednotka určená na generovanie elektromagnetického poľa, ktoré sa zase používa na vytvorenie zóny aktivity s objektom.
Zosilňovacie zariadenie. Používa sa na zvýšenie hodnoty amplitúdy impulzu, aby signál mohol dosiahnuť požadovaný parameter.
Schmittova spúšť. Tento prvok je navrhnutý tak, aby poskytoval hysterézu pri prepínaní zariadenia.
Diódový prvok, ktorý indikuje stav ovládača. LED dióda vám tiež umožňuje poskytnúť najoptimálnejšie ovládanie fungovania zariadenia a indikovať rýchlosť nastavenia.
Ďalším prvkom je zlúčenina. Jeho účelom je chrániť zariadenie pred vlhkosťou, ktorá sa dostane do vnútra puzdra, ako aj pred nečistotami a prachom, ktoré môžu viesť k jeho poruche.
Samotné telo. Kryt ovládača je navrhnutý tak, aby zabezpečil inštaláciu zariadenia, ako aj jeho ochranu pred všetkými druhmi mechanického poškodenia. Telo je spravidla vyrobené z mosadze alebo polyamidu a je tiež vybavené všetkými potrebnými spojovacími prvkami na upevnenie (autorom videa je kanál Lty D).

Typy ovládačov

Systémy s indukčným snímačom môžu používať rôzne zariadenia, ktoré sa líšia v nasledujúcich parametroch:

Dizajn zariadenia, ako aj typ puzdra, ktoré môže byť obdĺžnikové alebo valcové. Čo sa týka materiálu, z ktorého je samotné puzdro vyrobené, môže to byť buď kov alebo plast.
Ak hovoríme o valcových častiach, potom môžu mať rôzne veľkosti tela. Priemer puzdra je spravidla 12 a 18 mm, ale nájdete aj iné zariadenia - 4, 8, 22 mm atď.
Ďalším parametrom je pracovná vôľa zariadenia, čo je vzdialenosť od oceľovej dosky ovládača. Pre malé ovládače sa toto číslo pohybuje od 0 do 2 mm, pre ovládače s priemerom 12 a 18 mm by mala byť pracovná medzera 4 a 8 mm.
Počet vodičov na pripojenie k palubnej sieti. Dvojvodičové zariadenia sú pohodlnejšie na inštaláciu, ale sú citlivé na zaťaženie - ak je odpor príliš vysoký alebo nízky, ich prevádzka môže byť narušená. Trojvodičové časti sa dnes považujú za najbežnejšie, v tomto prípade sa dva kontakty používajú na napájanie a ďalší sa používa na zaťaženie. Existujú aj päť- a štvorvodičové regulátory, v ktorých sa piaty kolík používa na výber prevádzkového režimu.
Ďalším parametrom, v ktorom sa zariadenia môžu líšiť, je rozdiel v polarite. Reléové snímače umožňujú spínať požadovanú hodnotu napätia alebo jeden z napájacích kontaktov. V tranzistorových snímačoch typu PNP je na výstupe inštalovaný špeciálny tranzistorový prvok, ktorý umožňuje spínanie kladného výstupu. Pokiaľ ide o mínus, v tomto prípade je neustále pripojený. Existujú aj tranzistorové zariadenia NPN, v tomto prípade je plus neustále napájaný a baňa je spínaná tranzistorovým prvkom.

Fotogaléria „Schémy zapojenia“

Výhody a nevýhody

Indukčný rotačný snímač rýchlosti (napríklad DPKV) alebo iný typ, ako každé zariadenie, môže mať svoje výhody a nevýhody. Pozývame vás, aby ste sa s nimi oboznámili.

Začnime s výhodami:

Po prvé, takéto regulátory sa vyznačujú pomerne jednoduchou konštrukciou, ktorá zaisťuje vysokú spoľahlivosť ich prevádzky. Konštrukčne nemá prvok žiadne posuvné kontakty, čo zaisťuje spoľahlivú prevádzku snímača, pretože kontakty sa neopotrebúvajú ani nezlyhávajú.
V prípade potreby je možné takýto regulátor pripojiť k elektrickej sieti s priemyselnou frekvenciou vlastnými rukami.
Zvýšená citlivosť regulátora, ktorá zabezpečuje jeho najefektívnejšiu a neprerušovanú prevádzku.
V prípade potreby môžu takéto zariadenia pracovať v podmienkach vysokého výstupného výkonu.

Čo sa týka nevýhod:

Nelineárne hodnoty môžu viesť k chybám v dôsledku použitia princípu indukčnej konverzie.
Správna prevádzka dielu je možná pri určitej teplote. Ak teplota nie je v špecifikovanom rozsahu, môžu sa vyskytnúť veľké chyby.
K vzniku chýb môže prispieť aj vytváranie elektromagnetického poľa mimo snímača.

Problém s cenou

Cena produktu závisí od mnohých charakteristík, najmä od oblasti použitia. V priemere ceny za indukčné regulátory začínajú od 500 rubľov a viac.

Video „Ako pripojiť indukčný regulátor?

Vizuálne pokyny na príklade pripojenia regulátora v motocykli Jupiter sú uvedené vo videu nižšie (autor - Vadim Karamov).

PS. Platinový drôt sa počas prevádzky nevyhnutne znečistí. Aby sa predišlo takejto kontaminácii, po vypnutí motora sa drôt na jednu sekundu zahreje na teplotu 1000 C. Všetok prach, ktorý na ňom priľne, okamžite zhorí.

Termistory sú vyrobené z čistých kovov (platina, o niečo horšie - meď a nikel), ako aj z polovodičov.

V porovnaní s kovovými termistormi majú polovodičové termistory (termistory) vyššiu citlivosť.

Podávajte pre bezkontaktné získavanie informácií o pohyboch pracovných častí strojov, mechanizmov, robotov a pod. a konvertovanie tejto informácie na elektrický signál.

Princíp fungovania Indukčné snímače spočívajú v premene lineárneho pohybu na zmenu indukčnosti cievky snímača.

Konštrukcia a princíp činnosti indukčných snímačov

Indukčný snímač funguje nasledovne (na príklade snímača rýchlosti):

Princíp fungovania. Činnosť indukčných snímačov rýchlosti je založená na fenoméne elektromagnetickej indukcie. Snímače sú vyrobené vo forme cievok s magnetickými jadrami. Pri prechode zubu feromagnetického disku pod jadro (napríklad zub na zotrvačníku kľukového hriadeľa motora) sa zmení magnetický tok snímača a v cievke snímača sa indukuje elektromotorická sila. Amplitúda impulzov závisí od rýchlosti kľukového hriadeľa a medzery medzi jadrom a zubom zotrvačníka

Indukčné meniče sa dodávajú v mnohých rôznych prevedeniach:

a) indukčný menič variabilná dĺžka vzduchová medzera δ.

Charakterizovaná nelineárnou závislosťou L = f(δ).

Takéto meniče sa zvyčajne používajú, keď sa kotva pohybuje o 0,01 - 5 mm.

b) indukčný menič s variabilný prierez vzduchová medzera. Má výrazne nižšiu citlivosť, ale lineárnu závislosť L = f(δ).

Tieto prevodníky sa používajú pre pohyby do 10 - 15 mm.

c) indukčné meniče diferenciál prevodníky, v ktorých sa vplyvom meranej veličiny menia súčasne a s rôznymi znamienkami dve medzery elektromagnety.

Majú vyššiu citlivosť, menšiu nelinearitu konverzných charakteristík a sú menej ovplyvnené vonkajšími faktormi.

Oblasti použitia indukčných snímačov.

1. Indukčné snímače sú široko používané v priemysle na meranie posunu a pokrývajú rozsah od 1 µm do 20 mm.

2. Merať tlaky, sily, prietoky plynu a kvapaliny atď. V tomto prípade je meraný parameter pomocou rôznych citlivých prvkov prevedený na zmenu posunu a následne je táto hodnota privedená do indukčného meracieho prevodníka.

Výhody indukčné snímače:

Jednoduchosť a pevnosť dizajnu, žiadne posuvné kontakty;

Možnosť pripojenia k zdrojom napájacej frekvencie;

Relatívne vysoký výstupný výkon (až desiatky wattov);

Značná citlivosť.

Nedostatky indukčné snímače:

Presnosť prevádzky závisí od stability napájacieho napätia vo frekvencii;

Prevádzka je možná len na striedavý prúd.

Príklady použitia indukčných snímačov:

1. Snímač polohy kľukového hriadeľa: