Senzor u općem smislu je uređaj koji pretvara jednu fizičku veličinu u drugu, prikladnu za obradu, prijenos ili naknadnu pretvorbu. Prva veličina je u pravilu fizička, ne može se izravno mjeriti (temperatura, brzina, pomak itd.), a druga je električni ili optički signal. Nišu u području mjernih instrumenata zauzimaju senzori, čiji je glavni element induktor.
Sadržaj
Kako induktivni senzor radi i kako radi
Prema principu rada induktivni senzori su aktivni, odnosno za rad im je potreban vanjski generator. On daje signal zadane frekvencije i amplitude induktoru.
Struja koja prolazi kroz zavoje zavojnice stvara magnetsko polje. Ako vodljivi predmet uđe u magnetsko polje, parametri zavojnice se mijenjaju.Ostaje samo popraviti ovu promjenu.
Jednostavni beskontaktni senzori reagiraju na pojavu metalnih predmeta u bliskoj zoni namota. Time se mijenja impedancija zavojnice, ta se promjena mora pretvoriti u električni signal, pojačati i (ili) popraviti prolaz praga pomoću kruga za usporedbu.
Senzori drugog tipa reagiraju na promjene u uzdužnom položaju objekta koji služi kao jezgra zavojnice. Kada se položaj objekta promijeni, on se pomiče u zavojnicu ili iz nje, mijenjajući time svoj induktivitet. Ova se promjena može pretvoriti u električni signal i izmjeriti. Druga inačica takvog senzora je kada se objekt približi zavojnici izvana. To uzrokuje smanjenje induktivnosti zbog efekta uzemljenja.
Druga verzija induktivnog senzora pomaka je linearno podesivi diferencijalni transformator (LVDT). To je kompozitna zavojnica, napravljena sljedećim redoslijedom:
- sekundarni namot 1;
- primarni namot;
- sekundarni namot 2.
Signal iz generatora dovodi se do primarnog namota. Magnetsko polje koje stvara srednja zavojnica inducira EMF u svakoj od sekundarnih (princip transformatora). Jezgra, kada se kreće, mijenja međusobnu vezu između zavojnica, mijenjajući elektromotornu silu u svakom od namota. Ova promjena može se popraviti mjernim krugom. Budući da je duljina jezgre manja od ukupne duljine kompozitnog svitka, položaj objekta može se nedvosmisleno odrediti omjerom EMF-a u sekundarnim namotima.
Na istom principu - promjena induktivne spojke između namota - izgrađen je senzor okretanja.Sastoji se od dvije koaksijalne zavojnice. Signal se primjenjuje na jedan od namota, EMF u drugom ovisi o međusobnom kutu rotacije.
Iz principa rada očito je da su induktivni senzori, bez obzira na dizajn, beskontaktni. Djeluju na daljinu i ne zahtijevaju izravan kontakt s kontroliranim objektom.
Prednosti i nedostaci induktivnih senzora
Prednosti senzora induktivnog tipa prvenstveno uključuju:
- pouzdanost dizajna;
- nedostatak kontaktnih veza;
- visoka izlazna snaga, koja smanjuje utjecaj buke i pojednostavljuje upravljački krug;
- visoka osjetljivost;
- sposobnost rada iz izvora izmjeničnog napona industrijske frekvencije.
Glavni nedostatak senzora induktivnog tipa je njihova veličina, težina i složenost proizvodnje. Za zavojnice s zadanim parametrima potrebna je posebna oprema. Također, potreba za točnim održavanjem amplitude signala glavnog oscilatora smatra se minusom. Kada se promijeni, mijenja se i područje osjetljivosti. Budući da senzori rade samo na izmjeničnu struju, održavanje amplitude postaje određeni tehnički problem. Izravno (ili putem opadajućeg transformatora) senzor neće biti moguće spojiti na kućansku ili industrijsku mrežu - u njemu fluktuacije napona u amplitudi ili frekvenciji mogu doseći čak 10% u normalnom načinu rada, što čini točnost mjerenja neprihvatljivom. .
Također, na točnost mjerenja mogu utjecati:
- magnetska polja treće strane (zaštita senzora je nemoguća na temelju principa njegovog rada);
- EMF prijemnici trećih strana u dovodnim i mjernim kabelima;
- greške u proizvodnji;
- greška karakteristike senzora;
- zazori ili deformacije na mjestu ugradnje senzora koje ne utječu na ukupnu izvedbu;
- ovisnost točnosti o temperaturi (mijenjaju se parametri žice za namotavanje, uključujući njezin otpor).
Nesposobnost induktivnih senzora da reagiraju na pojavu dielektričnih objekata u njihovom magnetskom polju može se pripisati i prednostima i nedostacima. S jedne strane, to ograničava opseg njihove primjene. S druge strane, čini ga neosjetljivim na prisutnost prljavštine, masti, pijeska itd. na predmetima koji se prate.
Poznavanje nedostataka i mogućih ograničenja u radu induktivnih senzora omogućuje racionalno korištenje njihovih prednosti.
Opseg induktivnih senzora
Induktivni senzori blizine često se koriste kao krajnji prekidači. Takvi su uređaji postali široko rasprostranjeni:
- u sigurnosnim sustavima, kao senzori za neovlašteno otvaranje prozora i vrata;
- u telemehaničkim sustavima, kao senzori konačnog položaja jedinica i mehanizama;
- u svakodnevnom životu u shemama za označavanje zatvorenog položaja vrata, kapaka;
- za brojanje predmeta (na primjer, kretanje po pokretnoj vrpci);
- odrediti brzinu rotacije zupčanika (svaki zub, prolazeći pored senzora, stvara impuls);
- u drugim situacijama.
Za određivanje kutova rotacije osovina, zupčanika i drugih rotirajućih komponenti, kao i apsolutnih enkodera, mogu se koristiti kutni koderi. Također, takvi se uređaji mogu koristiti u alatnim strojevima i robotskim uređajima zajedno s linearnim senzorima položaja. Gdje trebate točno znati položaj čvorova mehanizama.
Praktični primjeri implementacije induktivnih senzora
U praksi se dizajn induktivnih senzora može implementirati na različite načine. Najjednostavnija izvedba i uključivanje je za dvožični jednostruki senzor, koji prati prisutnost metalnih predmeta u svojoj zoni osjetljivosti. Takvi se uređaji često izrađuju na temelju jezgre u obliku slova E, ali to nije temeljna točka. Takva izvedba je lakša za proizvodnju.
Kada se promijeni otpor zavojnice, mijenjaju se struja u krugu i pad napona na opterećenju. Ove promjene se mogu izvršiti. Problem je što otpor opterećenja postaje kritičan. Ako je prevelika, tada će promjene struje kada se pojavi metalni predmet biti relativno male. To smanjuje osjetljivost i otpornost sustava na buku. Ako je mala, tada će struja u krugu biti velika, bit će potreban otporniji senzor.
Stoga postoje izvedbe u kojima je mjerni krug ugrađen u kućište senzora. Generator stvara impulse koji napajaju induktor. Kada se dosegne određena razina, okidač se aktivira, prebacujući iz stanja 0 u 1 ili obrnuto. Međuspremno pojačalo pojačava signal u smislu snage i (ili) napona, pali (gasi) LED i šalje diskretni signal vanjskom krugu.
Izlazni signal se može formirati:
- elektromagnetskim ili čvrsti relej – nula ili jedna razina napona;
- "suhi kontakt" elektromagnetski relej;
- otvoreni kolektor tranzistor (strukture n-p-n ili p-n-p).
U ovom slučaju potrebne su tri žice za spajanje senzora:
- hrana;
- zajednička žica (0 volti);
- signalna žica.
Takvi senzori mogu se napajati i istosmjernim naponom. Impulse na induktivitet formiraju pomoću unutarnjeg generatora.
Za praćenje položaja koriste se diferencijalni enkoderi. Ako je kontrolirani objekt simetričan u odnosu na obje zavojnice, struja kroz njih je ista. Kada se bilo koji namot pomakne prema polju, dolazi do neravnoteže, ukupna struja prestaje biti jednaka nuli, što se može zabilježiti indikatorom sa strelicom u sredini ljestvice. Indikator se može koristiti za određivanje veličine pomaka i njegovog smjera. Umjesto pokazivača, možete koristiti upravljačku shemu koja će, nakon što primi informaciju o promjeni položaja, izdati signal, poduzeti mjere za poravnavanje objekta, izvršiti prilagodbe tehnološkom procesu itd.
Senzori izrađeni po principu linearno podesivih diferencijalnih transformatora proizvode se u obliku cjelovitih konstrukcija, koje su okvir s primarnim i sekundarnim namotima i šipkom koja se kreće unutar (može biti opružna). Izvode se žice za slanje signala iz generatora i uklanjanje EMF-a iz sekundarnih namota. Kontrolirani predmet može se mehanički pričvrstiti na šipku. Može se izraditi i od dielektrika - samo je položaj vretena važan za mjerenje.
Unatoč određenim svojstvenim nedostacima, induktivni senzor zatvara mnoga područja povezana s beskontaktnim otkrivanjem objekata u prostoru.Unatoč stalnom razvoju tehnologije, ova vrsta uređaja u dogledno vrijeme neće napustiti tržište mjernih uređaja jer se njezin rad temelji na temeljnim zakonima fizike.
Slični članci:
