Indukčné, optické a iné typy snímačov sú široko používané v oblasti priemyselnej elektroniky. A v tomto článku sa dozviete, čo sú senzory, čo to je, ako sa používajú a kde sa dajú kúpiť. Osobitná pozornosť tu sa zameriame na indukčné snímače, ich princípy fungovania, typy a aplikácie. Kúpiť takéto snímače nie je jednoduché, keďže sa nevyrábajú vo veľkom množstve, ale ak máte záujem o ich kúpu, kúpte si indukčné snímače k dispozícii na webovej stránke teko-com.ru.
Najprv zistíme, čo je bežný snímač. Senzor je zariadenie, ktoré vytvára špecifický signál, keď nastane udalosť. Inými slovami, snímač reaguje na určité zmeny a na jeho výstupe sa aktivuje diskrétny, analógový alebo digitálny signál.
Typy snímačov
Existuje obrovská škála senzorov a tu sú najbežnejšie používané zo všetkých typov.
Indukčné. K aktivácii dochádza v dôsledku prítomnosti kovu v spúšťacej zóne. Iné názvy: indukcia, bezkontaktný snímač, snímač prítomnosti alebo spínač.
Optické. Iný názov pre foto senzor, optický spínač alebo svetelný senzor v každodennom živote.
Kapacitný. Takéto senzory reagujú na prítomnosť akéhokoľvek objektu v zóne aktivity.
Tlak. Ak nie je žiadny tlak vzduchu a oleja, do ovládača sa odošle signál a potom sa preruší núdzový okruh.
Elektrické. Bežné pasívne senzory, ktoré sa spustia, keď sa ich nejaký predmet dotkne alebo ich stlačí.
Čo sú to indukčné snímače?
V skutočnosti, indukčný snímač je zariadenie, ktoré meria pohyb časti zariadenia. A ak sa prekročia limity pre bežecké lyžovanie, vypne ho.
Činnosť snímača je založená na generátore, v ktorom je zabudovaná tlmivka. V skutočnosti odtiaľto pochádza aj názov. Keď sa v elektromagnetickej zóne cievky objaví prvok obsahujúci kov, aktivuje sa signál, zóna sa prudko zmení a to ovplyvňuje činnosť obvodu. Jednoducho povedané, žiadny kov – žiadny signál.
Typy indukčných snímačov a parametre, ktorými sa snímače navzájom líšia.
1. Dizajn bývania. Telo sa dodáva v dvoch typoch: obdĺžnikové a valcové. Vyrobené z kovu alebo plastu.
2. Priemer snímača. Hlavné možnosti: 12 a 18 mm. Menej používané: 4 mm, 8 mm, 22 mm a 30 mm.
3. Počet vodičov na pripojenie. Delia sa na dvoj-, troj-, štvor- a päťvodičové.
Dvojvodičové sú ako vypínače, ktorými zapíname svetlo. Snímač je pripojený k záťažovému obvodu. Takéto snímače sa ľahko používajú pri inštalácii, ale sú slabé pri zaťažení.
Najpoužívanejšie sú trojvodičové. Dva vodiče pre napájanie a jeden pre záťaž.
Štvorvodičové - používa sa ako dva výstupy k záťaži.
Päťvodičové - používa sa pri výbere prevádzkového režimu alebo stavu výstupu.
4. Spínacia vzdialenosť. Vzdialenosť ku kovovej platni, ktorá je potrebná na presnú činnosť snímača. Pre malé snímače: od 0 do 2 mm, pre stredné: od 4 mm do 8 mm a pre veľké: do 30 mm.
5. Výstupy snímačov. Pre výstupy senzorov sú len tri možnosti:
Relé. Reléové spínače požadované napätie alebo používa jeden z napájacích káblov. Hlavnou výhodou tohto výstupu je, že poskytuje úplnú izoláciu od napájacieho obvodu merača.
Tranzistor PNP. Na výstupe je PNP tranzistor, čo znamená, že dochádza k spínaniu „kladného“ vodiča. Na strane mínus je záťaž neustále zapnutá.
Tranzistor NPN. Na výstupe je tranzistor NPN, „záporný“ vodič je spínaný. Pozitívom je, že záťaž je neustále zapnutá.
Aplikácia indukčného snímača
V oblasti priemyselnej automatizácie sa široko používajú indukčné snímače na určenie polohy niektorej časti mechanizmu. Výstupný signál sa prepne na vstup regulátora, relé, štartéra atď. Hlavná vec je, že všetko zodpovedá prúdu a napätiu.
Výhody a nevýhody indukčných snímačov
A teraz zistíme, prečo sú tieto senzory také dobré a na čo by ste si pri nich mali dávať pozor.
Jednoduchosť a spoľahlivosť dizajnu.
Zvýšená citlivosť.
Vysoká výdrž výstupného výkonu.
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, určený na ovládanie 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 zasiahnuť potrebné opatrenia s cieľom zabezpečiť normálna práca zariadení.
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
Môžu sa použiť indukčné senzorové systémy rôzne zariadenia, ktoré sa navzájom 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 valcové časti, potom môžu mať rôzne veľkosti kryty. 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 prvok nemá žiadne posuvné kontakty, čo zaisťuje spoľahlivá prevádzka senzor, pretože kontakty sa neopotrebujú ani nezlyhajú.
- V prípade potreby je možné pripojiť takýto regulátor elektrickej siete s priemyselnou frekvenciou.
- 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).
Indukčné snímače – prevodníky parametrov. Ich úlohou je meniť indukčnosť zmenou magnetického odporu snímača.
Indukčné snímače sa stali vo výrobe veľmi obľúbené na meranie pohybov v rozsahu od 1 mikrometra do 20 mm. Indukčný snímač možno použiť na meranie hladín kvapalín, plynov, tlakov a rôznych síl. V týchto prípadoch je diagnostikovaný parameter prevedený citlivými komponentmi na posun, následne je táto hodnota odoslaná do indukčného prevodníka.
Na meranie tlaku sa používajú citlivé prvky. Zohrávajú úlohu senzorov priblíženia, určených na detekciu rôznych objektov pomocou bezkontaktnej metódy.
Typy a zariadenia
Indukčné snímače sú rozdelené do 2 typov podľa ich konštrukčnej schémy:
- Jednotlivé snímače.
- Diferenciálne snímače.
Prvý typ modelu má na rozdiel od jednej meracej vetvy diferenciálny snímač, ktorá má dve meracie vetvy.
V diferenciálnom modeli sa pri zmene diagnostikovaného parametra zmenia indukčnosti 2 cievok. V tomto prípade sa zmena vykoná na rovnakú hodnotu s opačným znamienkom.
Indukčnosť cievky sa vypočíta podľa vzorca: L = WΦ/I
Kde W- počet otáčok; F- magnetický tok; ja– sila prúdu pretekajúceho cievkou. Sila prúdu súvisí s magnetomotorickou silou v nasledujúcom vzťahu: I = Hl/W
Z tohto vzorca dostaneme: L = W2/Rm
Kde Rm = H*L/F- magnetický odpor.
Job jeden snímač spočíva vo vlastnosti tlmivky meniť indukčnosť, keď sa vzduchová medzera zväčšuje alebo zmenšuje.
Konštrukcia snímača obsahuje strmeň (1), závity vinutia (2) a kotvu (3), ktorá je upevnená pružinami. Odpor dodáva striedavý prúd do vinutia. Prúdová sila v zaťažovacom obvode sa vypočíta:
L- indukčnosť snímača, r d– aktívny odpor škrtiacej klapky. Je to konštantná hodnota, teda zmena sily prúdu ja možno vykonať iba výmenou indukčnej zložky X L=I R n, v závislosti od veľkosti vzduchovej medzery δ .
Každá hodnota medzery zodpovedá určitej hodnote prúdu, ktorá určuje pokles napätia na rezistore Rn: U out = I*Rn– je výstupný signál snímača. Je možné definovať nasledujúcu závislosť Uout = f (δ) za jednej podmienky, že medzera je veľmi malá a rozptylové toky možno ignorovať, ako aj magnetický odpor kovu R mf v porovnaní s magnetickým odporom vzduchovej medzery R mv.
Konečný výraz je:
V praxi je aktívny odpor obvodu neporovnateľne nižší ako indukčný. Vzorec má teda tvar:
Medzi nevýhody jednotlivých je možné poznamenať:
- Pri prevádzke snímača je kotva ovplyvnená silou priťahovania k jadru. Táto sila nie je vyvážená žiadnymi metódami, takže znižuje presnosť snímača a zavádza určité percento chyby.
- Sila záťažového prúdu závisí od amplitúdy napätia a jeho frekvencie.
- Ak chcete merať pohyb v dvoch smeroch, musíte nastaviť počiatočnú hodnotu medzery, čo spôsobuje určité nepríjemnosti.
Diferenciálne indukčné snímače kombinujú dva ireverzibilné snímače a sú vyrábané vo forme systému, ktorý pozostáva z 2 magnetických jadier s dvomi samostatnými zdrojmi napätia. Na to sa najčastejšie používa izolačný transformátor (5).
Diferenciálne senzory sú klasifikované podľa tvaru jadra:
- Indukčné snímače s magnetickým obvodom v tvare W vyrobené vo forme plechov z elektroocele. Pri frekvenciách nad 1 kilohertz sa na jadro používa permalloy.
- Cylindrické indukčné snímače s okrúhlym magnetickým jadrom.
Tvar snímača sa volí v závislosti od konštrukcie a jeho kombinácie s mechanizmom. Použitie magnetického jadra v tvare W je vhodné na zostavenie cievky a redukciu celkové rozmery indukčný snímač.
Na prevádzku diferenciálneho snímača je napájanie dodávané z transformátora (5), ktorý má výstup z stredný bod. Medzi túto svorku a spoločný vodič cievok je pripojené zariadenie (4). V tomto prípade je vzduchová medzera v rozsahu od 0,2 do 0,5 mm.
Keď je kotva umiestnená v strednej polohe v rovnakých intervaloch indukčné reaktancie vinutia (3 a 3′) sú rovnaké. To znamená, že hodnoty prúdov cievky sú tiež rovnaké a celkový výsledný prúd v zariadení je nulový.
Pri malom vychýlení kotvy v ľubovoľnom smere sa mení hodnota vzduchových medzier a indukčnosti. Preto prístroj určuje rozdiel prúdu I 1 -I 2, ktorý je určený funkciou pohybu kotvy zo strednej polohy. Prúdový rozdiel je najčastejšie určený magnetoelektrickým zariadením (4), vyrobeným ako mikroampérmeter s (B) na vstupe.
Polarita prúdu nezávisí od zmien celkového odporu cievok. Použitím fázovo citlivých usmerňovacích obvodov možno určiť smer pohybu kotvy zo strednej polohy.
možnosti
- Jedným z parametrov indukčných snímačov je rozsah odozvy . Na základe tohto parametra sa vyberajú snímače, ale to nie je také dôležité. Uvádzajú sa pokyny pre snímač nominálne parametre napájanie pri prevádzke zariadenia pri teplote +20 stupňov. Konštantný tlak pre snímač - 24 V a striedavé 230 V. Zvyčajne snímač pracuje za úplne iných podmienok.
V praxi sú pri výbere snímača dôležité dva indikátory intervalu odozvy:
- Užitočné.
- Účinné.
Hodnoty prvého sa vypočítajú ako + 10% z 2. pri teplote 25-70 st. Hodnoty 2. sa líšia od nominálnej hodnoty o 10 %. Teplotný rozsah sa zvyšuje od 18 do 28 stupňov. Ak druhý parameter používa menovité napätie, potom prvý má rozptyl 85-110%.
- Ďalším parametrom je garantovaný limit odozvy . Pohybuje sa od nuly do 81 % nominálnej hodnoty.
- Mali by ste tiež zvážiť nasledujúce parametre: opakovateľnosť a hysterézia , ktorá sa rovná vzdialenosti medzi koncovými polohami snímača. Jeho optimálna hodnota je 20 % efektívneho intervalu odozvy.
- Zaťažovací prúd . Výrobcovia niekedy vyrábajú snímače špeciálne prevedenie pri 500 miliampéroch.
- Rýchlosť odpovede . Tento parameter definuje najvyššiu spínaciu schopnosť v hertzoch. Základné priemyselné senzory majú frekvenciu odozvy 1000 hertzov.
Spôsoby pripojenia v schémach
Existuje niekoľko typov indukčných snímačov s iné číslo drôty na pripojenie. Pozrime sa na hlavné typy pripojení pre rôzne indukčné snímače.
- Dvojvodičový indukčné snímače sú pripojené priamo k záťažovému obvodu. Toto je najjednoduchšia metóda, ale má svoje vlastné zvláštnosti. Táto metóda vyžaduje menovitý odpor pre zaťaženie. Ak je tento odpor väčší alebo menší, zariadenie nefunguje správne. Pri zapínaní snímača na jednosmerný prúd netreba zabúdať na polaritu svoriek.
- Trojvodičový Najpopulárnejšie sú indukčné snímače. Majú dva vodiče na pripojenie napájania a jeden na záťaž.
- Štvorvodičové a päťvodičové indukčné snímače. Majú dva vodiče na napájanie, ďalšie dva na záťaž a piaty vodič na výber prevádzkového režimu.
Farebné kódovanie
Farebné označenie vodičov je veľmi výhodné pre údržbu a inštaláciu snímačov. Ich výstupné vodiče sú označené špecifickou farbou:
- Mínus - modrá.
- Navyše - červená.
- Výstup je čierny.
- Druhý výstupný vodič je biely.
Chyby
Chyba prevodu diagnostikovaného parametra ovplyvňuje schopnosť indukčného snímača produkovať informácie. Celková chyba pozostáva z mnohých rôznych chýb.
- Elektromagnetická chyba je náhodná premenná. Objavuje sa v dôsledku indukcie EMF v cievke snímača vonkajšími magnetickými poľami. Vo výrobe v blízkosti elektrární elektrické zariadenia existujú magnetické polia najčastejšie s frekvenciou 50 hertzov.
- Chyba teploty je tiež náhodná hodnota, keďže prac veľké množstvá senzorových prvkov závisí od teploty a je významné množstvo, zohľadnené pri navrhovaní snímačov.
- Chyba magnetickej elasticity . Objavuje sa v dôsledku nestability deformácií jadra počas montáže zariadenia, ako aj v dôsledku zmien deformácií počas prevádzky. Vplyv nestability napätia v magnetickom obvode vytvára nestabilitu výstupného signálu.
- Chyby zariadenia sa prejavujú vplyvom meracej sily na deformáciu prvkov snímača, ako aj vplyvom skoku meracej sily na nestabilitu deformácie. Chybu ovplyvňuje aj vôľa a medzery v pohyblivých častiach konštrukcie snímača.
Chyba kábla je tvorený premenlivou hodnotou odporu, deformáciou kábla a jeho teplotou a rušením elektromotorickej sily v kábli vonkajšími poľami.
- Chyba tenzometra je náhodná veličina a závisí od kvality vinutia závitov drôtu. Počas navíjania vznikajú mechanické namáhania, zmena, ktorá počas prevádzky snímača vedie k zmene odporu vinutia DC, čo znamená zmenu výstupného signálu. Najčastejšie kvalitné snímače túto chybu nezohľadňujú.
- Chyba starnutia snímača sa prejavuje opotrebovaním pohyblivých častí snímacieho zariadenia, ako aj neustálymi zmenami elektromagnetických vlastností magnetického obvodu. Táto chyba sa tiež považuje za náhodnú hodnotu. Pri určovaní chyby opotrebovania sa berie do úvahy kinematika snímacieho zariadenia. Pri návrhu snímača sa odporúča určiť jeho životnosť v normálnom režime, počas ktorého chyba opotrebenia nepresiahne stanovenú hodnotu.
- Technologická chyba sa objaví, keď sa vyskytnú odchýlky od výrobného procesu snímača, odchýlky v parametroch cievok a prvkov pri montáži a od vplyvu interferencií a vôlí pri spájaní dielov. Technologická chyba sa posudzuje pomocou jednoduchých mechanických meračov.
Elektromagnetické parametre materiálov a ich vlastnosti sa časom menia. Najčastejšie sa procesy zmeny vlastností materiálov vyskytujú v prvých 200 hodinách po tepelnom spracovaní magnetického jadra. Ďalej tieto vlastnosti zostávajú rovnaké a neovplyvňujú celkovú chybu snímača.
Výhody
- Väčšia citlivosť.
- Zvýšený výstupný výkon až o niekoľko desiatok wattov.
- Možnosť pripojenia na priemyselné frekvenčné zdroje.
- Robustné a jednoduché zariadenie.
- Neexistujú žiadne trecie kontakty.
Nedostatky
- Schopný pracovať iba so striedavým napätím.
- Stabilita a frekvencia napájania ovplyvňujú presnosť snímača.
Rozsah použitia
- Zdravotnícke prístroje.
- Spotrebiče.
- Automobilový priemysel.
- Robotické vybavenie.
- Priemyselná riadiaca a meracia technika.
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 bezkontaktne 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 tomto jave elektromagnetická indukcia. Snímače sú vyrobené vo forme cievok s magnetickými jadrami. Keď zub feromagnetického disku prechádza pod jadro (napríklad zub na zotrvačníku kľukového hriadeľa motora), magnetický tok snímača sa zmení a indukuje sa v cievke snímača. elektromotorická sila. Amplitúda impulzov závisí od rýchlosti kľukového hriadeľa a medzery medzi jadrom a zubom zotrvačníka
Indukčné meniče majú veľa rôzne prevedenia:
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 súčasne a navyše s rôzne znamenia zmeniť dve medzery elektromagnety.
Mať viac vysoká citlivosť, menšia nelinearita transformačných charakteristík je menej ovplyvnená 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 priemyselná frekvencia;
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:
Snímač polohy kľukového hriadeľa je inštalovaný na konzole v blízkosti hnacej remenice generátora (pozri Foto-2).
Na generovanie impulzu synchronizácie otáčok kľukového hriadeľa chýbajú na remenici dva zuby (pozri Foto-2 a Obr. 1).
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. Indukčný snímač môžete použiť aj na meranie tlakov, síl, prietokov plynov a kvapalín atď. V tomto prípade sa nameraný parameter pomocou rôznych snímacích 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 napájacej frekvencie;
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 je aktívny odpor škrtiacej klapky; 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.