Senzor v splošnem pomenu je naprava, ki pretvarja eno fizično količino v drugo, primerno za obdelavo, prenos ali kasnejšo pretvorbo. Prva količina je praviloma fizična, ki je ni mogoče neposredno meriti (temperatura, hitrost, premik itd.), druga pa je električni ali optični signal. Nišo na področju merilnih instrumentov zasedajo senzorji, katerih glavni element je induktor.
Vsebina
Kako deluje induktivni senzor in kako deluje
Po principu delovanja so induktivni senzorji aktivni, to pomeni, da za delovanje potrebujejo zunanji generator. Zagotavlja signal z dano frekvenco in amplitudo induktorju.
Tok, ki teče skozi zavoje tuljave, ustvarja magnetno polje. Če prevodni predmet vstopi v magnetno polje, se spremenijo parametri tuljave.Ostaja samo popraviti to spremembo.
Preprosti brezkontaktni senzorji reagirajo na pojav kovinskih predmetov v bližini navitja. To spremeni impedanco tuljave, to spremembo je treba pretvoriti v električni signal, ojačati in (ali) popraviti prehod praga s primerjalnim vezjem.
Senzorji druge vrste se odzivajo na spremembe v vzdolžnem položaju predmeta, ki služi kot jedro tuljave. Ko se položaj predmeta spremeni, se ta premakne v ali iz tuljave in s tem spremeni svojo induktivnost. To spremembo je mogoče pretvoriti v električni signal in izmeriti. Druga različica takšnega senzorja je, ko se predmet približa tuljavi od zunaj. To povzroči zmanjšanje induktivnosti zaradi učinka ozemljitve.
Druga različica induktivnega senzorja premika je linearno nastavljiv diferencialni transformator (LVDT). To je sestavljena tuljava, izdelana v naslednjem vrstnem redu:
- sekundarno navitje 1;
- primarno navitje;
- sekundarno navitje 2.
Signal iz generatorja se dovaja v primarno navitje. Magnetno polje, ki ga ustvari srednja tuljava, inducira EMF v vsaki od sekundarnih (princip transformatorja). Jedro, ko se premika, spremeni medsebojno povezavo med tuljavami in spremeni elektromotorno silo v vsakem od navitij. To spremembo je mogoče popraviti z merilnim vezjem. Ker je dolžina jedra manjša od celotne dolžine sestavljene tuljave, je položaj predmeta mogoče nedvoumno določiti z razmerjem EMF v sekundarnih navitjih.
Po istem principu - sprememba induktivne sklopke med navitji - je zgrajen senzor obrata.Sestavljen je iz dveh koaksialnih tuljav. Signal se nanaša na eno od navitij, EMF v drugem je odvisen od medsebojnega kota vrtenja.
Iz principa delovanja je očitno, da so induktivni senzorji, ne glede na obliko, brezkontaktni. Delujejo na daljavo in ne potrebujejo neposrednega stika z nadzorovanim predmetom.
Prednosti in slabosti induktivnih senzorjev
Prednosti senzorjev induktivnega tipa vključujejo predvsem:
- zanesljivost oblikovanja;
- pomanjkanje kontaktnih povezav;
- visoka izhodna moč, ki zmanjša vpliv hrupa in poenostavi krmilno vezje;
- visoka občutljivost;
- sposobnost dela iz virov izmenične napetosti industrijske frekvence.
Glavna pomanjkljivost senzorjev induktivnega tipa je njihova velikost, teža in zapletenost izdelave. Za navijanje tuljav z danimi parametri je potrebna posebna oprema. Prav tako se potreba po natančnem vzdrževanju amplitude signala iz glavnega oscilatorja šteje za minus. Ko se spremeni, se spremeni tudi območje občutljivosti. Ker senzorji delujejo samo na izmenični tok, postane vzdrževanje amplitude določen tehnični problem. Neposredno (ali preko padajočega transformatorja) senzorja ne bo mogoče povezati z gospodinjskim ali industrijskim omrežjem - v njem lahko nihanja napetosti v amplitudi ali frekvenci v normalnem načinu dosežejo celo 10 %, zaradi česar je merilna natančnost nesprejemljiva. .
Na natančnost meritve lahko vplivajo tudi:
- magnetna polja tretjih oseb (zaščita senzorja je nemogoča na podlagi načela njegovega delovanja);
- EMF prijemniki tretjih oseb v napajalnih in merilnih kablih;
- napake pri izdelavi;
- napaka značilnosti senzorja;
- zračnosti ali deformacije na mestu namestitve senzorja, ki ne vplivajo na splošno delovanje;
- odvisnost natančnosti od temperature (parametri žice za navijanje se spreminjajo, vključno z njeno odpornostjo).
Nezmožnost induktivnih senzorjev, da se odzovejo na pojav dielektričnih predmetov v njihovem magnetnem polju, lahko pripišemo tako prednostim kot slabostim. Po eni strani to omejuje obseg njihove uporabe. Po drugi strani pa ga naredi neobčutljivega na prisotnost umazanije, maščobe, peska ipd. na opazovanih predmetih.
Poznavanje pomanjkljivosti in možnih omejitev pri delovanju induktivnih senzorjev omogoča racionalno uporabo njihovih prednosti.
Obseg induktivnih senzorjev
Induktivni senzorji bližine se pogosto uporabljajo kot končna stikala. Takšne naprave so postale zelo razširjene:
- v varnostnih sistemih, kot senzorji za nedovoljeno odpiranje oken in vrat;
- v telemehanskih sistemih, kot senzorji končnega položaja enot in mehanizmov;
- v vsakdanjem življenju v shemah za označevanje zaprtega položaja vrat, polkna;
- za štetje predmetov (na primer, premikanje po tekočem traku);
- določiti hitrost vrtenja zobnikov (vsak zob, ki gre mimo senzorja, ustvari impulz);
- v drugih situacijah.
Dajalniki kotov se lahko uporabljajo za določanje kotov vrtenja gredi, zobnikov in drugih vrtljivih sestavnih delov ter absolutnih dajalnikov. Takšne naprave se lahko uporabljajo tudi v obdelovalnih strojih in robotskih napravah skupaj z linearnimi senzorji položaja. Kjer morate natančno vedeti položaj vozlišč mehanizmov.
Praktični primeri izvedbe induktivnih senzorjev
V praksi se zasnove induktivnih senzorjev lahko izvajajo na različne načine. Najenostavnejša izvedba in vključitev je za dvožični enojni senzor, ki spremlja prisotnost kovinskih predmetov v svojem območju občutljivosti. Takšne naprave so pogosto izdelane na podlagi jedra v obliki črke E, vendar to ni temeljna točka. Takšno izvedbo je lažje izdelati.
Ko se upor tuljave spremeni, se spremenita tok v vezju in padec napetosti na obremenitvi. Te spremembe se lahko zavežejo. Težava je v tem, da postane upornost obremenitve kritična. Če je prevelik, bodo spremembe toka, ko se pojavi kovinski predmet, razmeroma majhne. To zmanjša občutljivost in odpornost sistema proti hrupu. Če je majhen, bo tok v vezju velik, potreben bo bolj odporen senzor.
Zato obstajajo modeli, pri katerih je merilno vezje vgrajeno v ohišje senzorja. Generator ustvarja impulze, ki napajajo induktor. Ko je dosežena določena raven, se sprožilec sproži in preklopi iz stanja 0 v 1 ali obratno. Vmesni ojačevalnik ojača signal v smislu moči in (ali) napetosti, prižge (ugasne) LED in odda diskretni signal v zunanje vezje.
Izhodni signal se lahko oblikuje:
- z elektromagnetnim oz polprevodniški rele – nič ali ena napetostna raven;
- "suhi stik" elektromagnetni rele;
- odprt kolektor tranzistor (strukture n-p-n ali p-n-p).
V tem primeru so za priključitev senzorja potrebne tri žice:
- hrana;
- skupna žica (0 voltov);
- signalna žica.
Takšni senzorji se lahko napajajo tudi z enosmerno napetostjo. Impulzi z induktivnostjo se tvorijo s pomočjo notranjega generatorja.
Za nadzor položaja se uporabljajo diferencialni dajalniki. Če je nadzorovani predmet simetričen glede na obe tuljavi, je tok skozi njiju enak. Ko se katero koli navitje premakne proti polju, pride do neravnovesja, skupni tok preneha biti enak nič, kar lahko zabeleži indikator s puščico na sredini lestvice. Indikator se lahko uporablja za določitev tako velikosti premika kot njegove smeri. Namesto kazalne naprave lahko uporabite krmilno shemo, ki bo po prejemu informacij o spremembi položaja izdala signal, sprejela ukrepe za poravnavo predmeta, prilagodila tehnološki proces itd.
Senzorji, izdelani po principu linearno nastavljivih diferencialnih transformatorjev, so izdelani v obliki celovitih struktur, ki so okvir s primarnim in sekundarnim navitjem ter palico, ki se premika znotraj (lahko je vzmetna). Izvedejo se žice, da pošljejo signal iz generatorja in odstranijo EMF iz sekundarnih navitij. Na palico je mogoče mehansko pritrditi nadzorovan predmet. Lahko je tudi iz dielektrika - za merjenje je pomemben le položaj stebla.
Kljub nekaterim inherentnim pomanjkljivostim induktivni senzor zapira številna področja, povezana z brezkontaktnim zaznavanjem predmetov v prostoru.Kljub nenehnemu razvoju tehnologije tovrstna naprava v doglednem času ne bo zapustila trga merilnih naprav, saj njeno delovanje temelji na temeljnih zakonih fizike.
Podobni članki:
