endüktif sensörler

Endüktif bir sensör, çalışma prensibi değişime dayalı olan parametrik tip bir dönüştürücüdür. indüktans L veya çekirdeğin içine girdiği sensörün manyetik devresinin manyetik direncindeki (RM) bir değişiklik nedeniyle çekirdek ile sargının karşılıklı endüktansı.

Endüktif sensörler, yer değiştirmeleri ölçmek ve 1 μm ila 20 mm aralığını kapsamak için endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Basınçları, kuvvetleri, gaz ve sıvı akış oranlarını vb. ölçmek için bir endüktif sensör kullanmak da mümkündür. Bu durumda ölçülen değer, çeşitli hassas elemanlar kullanılarak bir yer değiştirme değişikliğine dönüştürülür ve ardından bu değer bir endüktif ölçüm dönüştürücüye beslenir.

Basınç ölçümü durumunda, hassas elemanlar elastik membran, manşon vb. şeklinde yapılabilir. Ayrıca, evet veya hayır prensibine göre çeşitli metalik ve metalik olmayan nesneleri temassız bir şekilde algılamak için kullanılan yakınlık sensörleri olarak da kullanılırlar.

Endüktif sensörlerin avantajları:

• kayan kontaklar olmadan yapının basitliği ve sağlamlığı;

• güç frekansı kaynaklarına bağlanma yeteneği;

• nispeten yüksek çıkış gücü (onlarca vata kadar);

• önemli hassasiyet.

Endüktif sensörlerin dezavantajları:

• işlemin doğruluğu, besleme voltajının frekansa göre kararlılığına bağlıdır;

• çalışma sadece alternatif akım ile mümkündür.

Endüktif dönüştürücü çeşitleri ve tasarım özellikleri

Yapı şemasına göre, endüktif sensörler tekli ve diferansiyel olarak ayrılabilir. Bir endüktif sensör bir ölçüm dalı, diferansiyel bir - iki içerir.

Bir diferansiyel endüktif sensörde, ölçülen parametre değiştiğinde, iki özdeş bobinin endüktansı aynı anda değişir ve değişiklik aynı değerde ancak ters işaretli olarak gerçekleşir.

Bilindiği gibi, bobin endüktansı:

burada W dönüş sayısıdır; F - ona nüfuz eden manyetik akı; ben - bobinden geçen akım.

Akım, şu oranda MDS ile ilişkilidir:

Nereden alıyoruz:

Rm = HL / Ф, endüktif sensörün manyetik direncidir.

Örneğin, tek bir endüktif sensör düşünün. Çalışması, hava aralığı değeri değiştikçe endüktansını değiştirmek için bir hava aralığı bobininin özelliğine dayanır.

Endüktif sensör, yaylarla tutulan bir boyunduruk 1, bir bobin 2, bir armatür 3'ten oluşur. Bobin 2'ye yük direnci Rn aracılığıyla alternatif bir akım besleme gerilimi sağlanır. Yük devresindeki akım şu şekilde tanımlanır:

burada rd, jiklenin aktif direncidir; L, sensörün endüktansıdır.

Devrenin aktif direnci sabit olduğundan, o zaman I akımındaki bir değişiklik, yalnızca hava aralığının δ boyutuna bağlı olan endüktif bileşen XL = IRn'deki bir değişiklik nedeniyle meydana gelebilir.

Her δ değeri, direnç üzerinde bir voltaj düşüşü oluşturan belirli bir I değerine karşılık gelir. Rn: Uout = IRn — sensörün çıkış sinyalidir. Boşluğun yeterince küçük olması ve başıboş akıların ihmal edilmesi koşuluyla analitik bağımlılığı Uout = f (δ) türetebilirsiniz ve demir manyetodirenci Rmw, hava aralığı manyetorizansı Rmw'ye kıyasla ihmal edilebilir.

İşte son ifade:

Gerçek cihazlarda, devrenin aktif direnci endüktif olandan çok daha azdır, ardından ifade şu şekilde azalır:

Bağımlılık Uout = f (δ) lineerdir (ilk yaklaşımda). Gerçek özellik aşağıdaki gibidir:

Başlangıçta doğrusallıktan sapma, kabul edilen varsayım Rmzh << Rmv ile açıklanır.

Küçük d'de, demirin manyetodirenci havanın manyetodirenci ile orantılıdır.

Büyük d'deki sapma, büyük d RL'de aktif direncin değeri olan Rn + rd ile orantılı hale gelmesiyle açıklanır.

Genel olarak, dikkate alınan endüktif sensörün bir takım önemli dezavantajları vardır:

• hareket yönü değiştiğinde akımın fazı değişmez;

• yer değiştirmeyi her iki yönde ölçmek gerekiyorsa, ilk hava aralığını ve dolayısıyla uygunsuz olan I0 akımını ayarlamak gerekir;

• yük akımı, besleme voltajının genliğine ve frekansına bağlıdır;

• sensörün çalışması sırasında, manyetik devreye çekim kuvveti, hiçbir şeyle dengelenmemiş olan armatüre etki eder ve bu nedenle sensörün çalışmasına bir hata getirir.

Diferansiyel (ters çevrilebilir) endüktif sensörler (DID)

Diferansiyel endüktif sensörler, iki tersinmez sensörün bir kombinasyonudur ve ortak bir armatür ve iki bobine sahip iki manyetik devreden oluşan bir sistem şeklinde yapılır. Diferansiyel endüktif sensörler, genellikle izolasyon transformatörü 5 kullanılan iki ayrı güç kaynağı gerektirir.

Manyetik devrenin şekli, elektrik çeliğinden köprüler tarafından toplanan (1000Hz'in üzerindeki frekanslar için demir-nikel-permola alaşımları kullanılır) ve yoğun dairesel bir manyetik devre ile silindirik olan W-şekilli bir manyetik devreye sahip diferansiyel endüktif sensörler olabilir. . Sensörün şeklinin seçimi, kontrol edilen cihazla yapıcı kombinasyonuna bağlıdır. W şeklinde bir manyetik devrenin kullanılması, bobinin montajının ve sensörün boyutunun küçültülmesinin rahatlığından kaynaklanmaktadır.

Diferansiyel endüktif sensöre güç sağlamak için, ikincil sargının orta noktası için çıkışı olan bir transformatör 5 kullanılır. Cihaz 4, iki bobinin ortak ucu ile arasına dahil edilmiştir, hava aralığı 0,2-0,5 mm'dir.

Armatürün orta konumunda hava boşlukları aynı olduğunda 3 ve 3' bobinlerinin endüktif dirençleri aynıdır, bu nedenle bobinlerdeki akımların değerleri I1 = I2'ye eşittir ve ortaya çıkan cihazdaki akım 0'dır.

Armatürün bir yönde veya başka bir yönde hafif bir sapmasıyla, kontrollü X değerinin etkisi altında, boşlukların ve endüktansların değerleri değişir, cihaz diferansiyel akımı I1-I2 kaydeder, bu armatürün bir işlevidir orta konumdan yer değiştirme. Akımlardaki fark genellikle girişte bir redresör devresi B olan bir manyetoelektrik cihaz 4 (mikroammetre) kullanılarak kaydedilir.

Endüktif sensörün özellikleri şunlardır:

Çıkış akımının polaritesi, bobinlerin empedansındaki değişimin işaretinden bağımsız olarak değişmeden kalır. Armatürün orta konumdan sapma yönü değiştiğinde sensör çıkışındaki akımın fazı ters yönde (180°) değişir. Faza duyarlı doğrultucular kullanıldığında, armatürün hareket yönünün bir göstergesi orta konumdan elde edilebilir. Faz frekans filtreli bir diferansiyel endüktif sensörün özellikleri aşağıdaki gibidir:

Endüktif sensör dönüştürme hatası

Bir endüktif sensörün bilgi kapasitesi, büyük ölçüde ölçülen parametreyi dönüştürürken yaptığı hata ile belirlenir. Endüktif bir sensörün toplam hatası, çok sayıda hata bileşeninden oluşur.

Aşağıdaki endüktif sensör hataları ayırt edilebilir:

1) Karakteristiğin doğrusal olmamasından kaynaklanan hata. Toplam hatanın çarpımsal bileşeni Endüktif sensörlerin çalışmasının temeli olan ölçülen değerin endüktife dönüştürülmesi ilkesi nedeniyle, esastır ve çoğu durumda sensörün ölçüm aralığını belirler. Zorunlu, sensör geliştirme sırasında değerlendirmeye tabidir.

2) Sıcaklık hatası. Rastgele içerik.Sensör bileşenlerinin çok sayıda sıcaklığa bağlı parametresi nedeniyle, bileşenin hatası büyük değerlere ulaşabilir ve önemlidir. Sensör tasarımında değerlendirilmek üzere.

3) Harici elektromanyetik alanların etkisinden kaynaklanan hata. Toplam hatanın rastgele bileşeni. Sensör sargısında EMF'nin dış alanlar tarafından indüklenmesi ve dış alanların etkisi altında manyetik devrenin manyetik özelliklerinin değişmesi nedeniyle oluşur. Güç elektrik tesisatı olan endüstriyel tesislerde, endüksiyon T'li ve esas olarak 50 Hz frekanslı manyetik alanlar tespit edilir.

Endüktif sensörlerin manyetik çekirdekleri 0,1 - 1 T endüksiyonlarda çalıştığından, ekranlama olmasa bile dış alanların payı %0,05-0,005 olacaktır. Ekran girişi ve bir diferansiyel sensörün kullanılması, bu oranı yaklaşık iki büyüklük sırası kadar azaltır. Bu nedenle, dış alanların etkisinden kaynaklanan hata, yalnızca düşük duyarlılığa ve yeterli korumanın imkansızlığına sahip sensörler tasarlanırken dikkate alınmalıdır. Çoğu durumda, bu hata bileşeni önemli değildir.

4) Manyetoelastik etkiden kaynaklanan hata. Sensör montajı sırasında manyetik devrenin deformasyonlarının kararsızlığından (ek bileşen) ve sensörün çalışması sırasında deformasyonlardaki değişikliklerden (keyfi bileşen) kaynaklanır. Manyetik devredeki boşlukların varlığını dikkate alan hesaplamalar, manyetik devredeki mekanik gerilimlerin kararsızlığının etkisinin, sipariş sensörünün çıkış sinyalinin kararsızlığına neden olduğunu ve çoğu durumda bu bileşenin özellikle ihmal edilebileceğini göstermektedir.

5) Bobinin gerinim ölçer etkisinden kaynaklanan hata.Rastgele içerik. Sensör bobinini sararken telde mekanik bir gerilim oluşur. Sensör çalışması sırasında bu mekanik gerilimlerdeki bir değişiklik, bobinin doğru akıma direncinde bir değişikliğe ve dolayısıyla sensörün çıkış sinyalinde bir değişikliğe neden olur. Genellikle uygun şekilde tasarlanmış sensörler için, yani bu bileşen özel olarak düşünülmemelidir.

6) Bağlantı kablosundan sapma. Sıcaklık veya deformasyonların etkisi altında kablonun elektrik direncinin kararsızlığı ve dış alanların etkisi altında kabloda EMF'nin indüklenmesi nedeniyle oluşur. Hatanın rastgele bileşenidir. Kablonun kendi direncinin kararsız olması durumunda, sensörün çıkış sinyali hatası. Bağlantı kablolarının uzunluğu 1-3 m'dir ve nadiren daha fazladır. Kablo enine kesitli bakır telden yapıldığında, kablonun direnci 0,9 Ohm'dan azdır, direnç dengesizliği. Sensör empedansı tipik olarak 100 ohm'dan büyük olduğundan, sensör çıkışındaki hata şu kadar büyük olabilir: Bu nedenle, düşük çalışma direncine sahip sensörler için hatanın tahmin edilmesi gerekir. Diğer durumlarda, önemli değildir.

7) Tasarım hataları.Aşağıdaki nedenlerin etkisi altında ortaya çıkarlar: ölçüm kuvvetinin sensör parçalarının deformasyonları üzerindeki etkisi (katkı maddesi), ölçüm kuvvetindeki farkın deformasyonların kararsızlığı üzerindeki etkisi (çarpımsal), ölçüm darbesinin iletimi sırasında ölçüm çubuğunun kılavuzları (çarpımsal), hareketli parçaların boşlukları ve boşlukları (rastgele) nedeniyle ölçüm darbesinin transferindeki dengesizlik (rastgele).Tasarım hataları öncelikle tasarımındaki kusurlarla belirlenir sensörün mekanik elemanlarıdır ve endüktif sensörlere özgü değildir. Bu hataların değerlendirilmesi, ölçüm cihazlarının kinematik aktarımlarının hatalarını değerlendirmek için bilinen yöntemlere göre gerçekleştirilir.

8) Teknolojik hatalar. Sensör parçalarının (katkı maddesi) göreli konumundaki teknolojik sapmaların, üretim sırasında parça ve bobin parametrelerinin dağılımının (katkı maddesi), teknolojik boşlukların ve parça bağlantılarındaki ve kılavuzlardaki sızdırmazlığın etkisi sonucunda ortaya çıkarlar ( keyfi).

Sensör yapısının mekanik elemanlarının imalatındaki teknolojik hatalar da endüktif sensöre özgü değildir; mekanik ölçüm cihazları için olağan yöntemler kullanılarak değerlendirilirler. Manyetik devrenin ve sensör bobinlerinin imalatındaki hatalar, sensörlerin parametrelerinin dağılmasına ve sensörlerin birbirinin yerine geçebilmesinin sağlanmasında zorluklara yol açar.

9) Sensör eskime hatası.Bu hata bileşeni, ilk olarak, sensör yapısının hareketli elemanlarının aşınmasından ve ikinci olarak, sensörün manyetik devresinin elektromanyetik özelliklerinin zamanla değişmesinden kaynaklanır. Hata tesadüfi olarak kabul edilmelidir. Aşınmaya bağlı hatayı değerlendirirken, her özel durumda sensör mekanizmasının kinematik hesaplaması dikkate alınır. Bu durumda sensör tasarım aşamasında, sensörün kullanım ömrünün, ek aşınma hatasının belirtilen değeri aşmayacağı normal çalışma koşullarında ayarlanması önerilir.

Malzemelerin elektromanyetik özellikleri zamanla değişir.

Çoğu durumda, elektromanyetik özelliklerin belirgin şekilde değiştirilmesi süreçleri, manyetik devrenin ısıl işlemi ve manyetikliği giderme işleminden sonraki ilk 200 saat içinde sona erer. Gelecekte pratik olarak sabit kalırlar ve endüktif sensörün genel hatasında önemli bir rol oynamazlar.

Bir endüktif sensörün hatasının bileşenlerinin yukarıdaki değerlendirmesi, sensörün toplam hatasının oluşumundaki rollerini değerlendirmeyi mümkün kılar. Çoğu durumda belirleyici faktör, karakteristiklerin doğrusal olmamasından kaynaklanan hata ve endüktif dönüştürücünün sıcaklık hatasıdır.