Индуктивни сензори

Индуктивен сензор - параметър тип датчик, на принципа на които действат на базата на промяна на индуктивност L или Vzaimoinduktivnye намотка ядро, поради конфигурацията на магнитното съпротивление РМ на магнитен сензор верига, в която сърцевината е.

В индустрията се открива широко използване на индуктивни сензори за измерване на движенията и обхваща спектър от 1 μm до 20 mm. Възможно е също така да се използва индуктивен датчик за измерване на налягане, сили, скорост на газов поток и нивото на водата, и така нататък. Д. В този случай се измерва параметъра с помощта на различни чувствителни части се превръща в преместване и след това промените тази стойност се подава към индуктивен датчик.

В случай на сензори за измерване на налягането може да се получи под формата на еластични мембрани, духало, и така нататък. Е. Възможно те консумират като сензори, които служат за откриване на различни желязо и неметални предмети метод безконтактен на "да" или "не".

Плюсове от индуктивни сензори:

• простота и здравина на конструкцията, липса на плъзгащи се контакти -

• възможност за свързване към източници на честотна енергия -

• сравнително голяма мощност (до 10 вата) -

• значителна чувствителност.

Индуктивни дефекти на сензора:

• Точността на операцията зависи от стабилността на захранващото напрежение по отношение на честотата-

• Вероятно работи само с променлив ток.

Видове индуктивни преобразуватели и техните конструктивни характеристики

Според конструктивната схема индуктивните сензори могат да бъдат разделени на единични и диференциални. Един индуктивен сензор съдържа един измервателен клон, диференциално един - два.

В диференциалния индуктивен датчик, когато измереният параметър се промени, индуктивността на две подобни бобини се променя едновременно, като промяната настъпва при същата стойност, но с обратен знак.

Както е ясно, индуктивността на намотките:

където W е броят на завоите - Ф е магнитният поток, който го прониква - I е токът, преминаващ през серпентината.

Токът е свързан с MDS от връзката:

Откъде получаваме:

където Rm = HL / Ф е магнитното съпротивление на индуктивния датчик.

Помислете например за един индуктивен датчик. В основата на работата си, собствеността на дросела с въздушна междина е да се промени индуктивността му, когато разликата се промени.

Индуктивният датчик се състои от скоба 1, намотка 2, арматура 3 се поддържа от пружини. Захранващото напрежение на променливотоковото захранване се прилага към намотката 2 чрез съпротивлението на товара Rn. Токът в товарната верига се определя като:

където rd - активно съпротивление на дросела - L - индуктивност на датчика.

защото активната съпротива на веригата е непроменена, тогава промяната в тока I може да се получи само поради конфигурацията на индуктивния компонент XL = IRn, който зависи от пролуката в междината δ.

Всяка стойност на δ съответства на определена стойност на I, която създава спад на напрежението в съпротивлението Rн: Uout = IRн - представлява изходния сигнал на датчика. Възможно е да се получи аналитично отношение Uout = F (δ), при условие, че разликата е доста малък и може да бъде пренебрегнато разсейване потоци и пренебрегване магнитно съпротивление Rmzh желязо в сравнение с магнитно КАБЕЛИТЕ УСТОЙЧИВОСТ RMV празнина.

Даваме крайния израз:

При реални устройства активното съпротивление на веригата е много по-малко от индуктивната, след това изразът се редуцира до формата:

Зависимостта Uout = f (δ) има линеен характер (при първото приближение). Истинската функция е:

Отклонението от линейността първо се обяснява с приетата предпоставка Rmzh<< R>

При малки d, магнитното съпротивление на желязото е съизмеримо с магнитното съпротивление на въздуха.

Отклонението при огромното d се обяснява с факта, че при огромен d RL става съизмерим със стойността на активното съпротивление - RH + rd.

По принцип разглежданият индуктивен датчик има редица значителни недостатъци:

• 
  
  
  

  Фазата на тока не се променя, когато посоката на преместване -

• ако е необходимо, да се определи и в двете посоки на движение, е необходимо да се установи първоначалната пропаст и, както трябва, сегашната I0,

• токът в товара зависи от амплитудата и честотата на захранващото напрежение -

• в хода на работата на сензора, силата на привличане към магнитната верига действа върху арматурата, която не се изравнява по никакъв начин и означава, че тя въвежда грешка в работата на датчика.

Диференциални (обратими) индуктивни сензори (BID)

Диференциалните индуктивни сензори са набор от 2 не-обратими сензори и се произвеждат под формата на система, състояща се от 2 магнитни вериги с обща арматура и 2 намотки. За диференциални индуктивни сензори са необходими две отделни захранвания, защо се използва обикновено сепариращият трансформатор 5. [

Формата на магнитната верига може да бъде диференцирано индуктивни датчици с магнитна W-образна, отбелязани мостове на електротехническа стомана (желязо-никелови сплави се използват при честоти над 1000Hz - permoloy), и с твърд цилиндричен магнитопровод с кръгло сечение. Изборът на формата на сензора зависи от проектната комбинация с наблюдаваното устройство. Използването на Ш-образна магнитна сърцевина е оправдано от удобството при сглобяването на серпентината и намаляването на размерите на сензора.

За захранване на диференциално индуктивния датчик, използвайте трансформатор 5 с изхода на средната точка на вторичната намотка. Между него и общия край на двете бобини се отрязва устройството 4. Разстоянието е 0.2-0.5 мм.

Когато средно положение на котвата когато празнините са подобни индуктивности на рулони 3 и 3 `са подобни като текущата стойност трябва да бъде равна на рулони I1 = I2 и получената ток в устройството е равно на 0.

Когато малка деформация на котвата в една или друга посока под действието на контролирано величие варира луфтовете X и индуктивности, устройството регистрира разликата ток I1-I2, е функция от преместването на котвата от средно положение. Разликата от токовете обикновено се регистрира с помощта на магнитоелектрично устройство 4 (микроамперметър) с изправителна верига B на входа.

Индуктивният сензор има следната форма:

Полярността на изходния ток остава постоянна, независимо от знака за конфигурацията на импеданса на намотките. Когато промените посоката на разликата между котвата и средната позиция, тя се променя на обратната (с 180 °) фаза на тока при изхода на сензора. Когато се използват фазово-чувствителни направляващи вериги, е възможно да се получи индикация за посоката на движение на арматурата от средната позиция. Диференциалният индуктивен датчик с FWB има следната форма:

Индуктивна грешка при конверсията на датчика

Информативната способност на индуктивния датчик се определя в значителна степен от неговата грешка при преобразуване на измерения параметър. Пълната грешка на индуктивния датчик се състои от огромен брой компоненти за грешки.

Възможно е да се отстранят последващите неточности в индуктивния датчик:

1) Грешка от нелинейността на имота. Мултипликативният компонент на общата грешка. Поради принципа на индуктивно преобразуване на измерената стойност, намираща се в основата на работата на индуктивните сензори, тя е значителна и почти винаги определя спектъра на измервателния спектър. Не забравяйте да оцените при проектирането на сензора.

2) Температурна грешка. Случаен компонент. С оглед на огромния брой зависими от температурата характеристики на компонентите на датчика, грешката на компонента може да достигне огромни стойности и е значителна. Да се ​​оценява при проектирането на сензора.

3) Точност от външни електрически полета. Частичният компонент на пълната грешка. Това се дължи на индуцирането на ЕМФ в сензорната намотка от външни полета и поради конфигурацията на магнитните характеристики на магнитната верига под влиянието на външни полета. В промишлени помещения с мощни електрически инсталации се откриват магнитни полета с индукция Т и честота в главните 50 Hz.

Тъй като магнитните сърцевини на индуктивните датчици действат при индукции от 0,1 - 1 Т, фракцията от външните полета ще бъде 0,05-0,005% дори при отсъствие на екранировка. Въвеждането на екрана и използването на диференциален сензор намаляват тази пропорция с приблизително два реда по магнитуд. По този начин грешката от ефекта на външните полета трябва да бъде взета под внимание само при проектирането на сензори с ниска чувствителност и с невъзможността за достатъчен скрининг. Почти винаги този компонент на грешката не е значителен.

4) Грешка от магнитоеластичния ефект. Очевидно се дължи на непостоянството на деформация на магнитния кръг по време на монтажа на сензора (компонент на добавката) и поради конфигурацията на деформациите по време на използването на датчика (произволен компонент). Изчисленията като се вземат предвид наличието на пропуски в магнитната верига показват, че ефектът от нестабилност на механични натоварвания в игото води до нестабилност на реда на изходния сигнал на сензора, и почти винаги конкретно, този компонент може да бъде пренебрегната.

5) Точност на напрежението на намотката. Случаен компонент. При навиване на сензорната бобина се създават механични напрежения в проводника. Промяната на тези механични натоварвания по време на използването на датчика води до промяна в съпротивлението на намотката към непроменлив ток и, при необходимост, до промяна на изходния сигнал на сензора. Обикновено за правилно проектирани сензори, т.е. този компонент не трябва да се взема специално под внимание.

6) Грешката от свързващия кабел. Появява се поради нестабилността на електронното съпротивление на кабела под влиянието на температура или деформация и поради интерференцията на ЕМП в кабела под въздействието на външни полета. Това е случаен компонент на грешката. Ако съпротивлението на кабела не е постоянно, грешката на изходния сигнал на сензора. Дължината на свързващите кабели е 1-3 м, а понякога и повече. Когато направите кабел от меден проводник, съпротивлението на кабела е по-малко от 0,9 ома, съпротивлението е нестабилно. Тъй като импедансът на сензора обикновено е по-голям от 100 ома, грешката в изходния сигнал на сензора може да достигне. Както е показано по-долу, за сензорите, които имат малко съпротивление в работния режим, грешката трябва да бъде оценена. В други случаи това не е важно.

7) Конструктивни грешки. Появяват се под въздействието на следващите условия: въздействие измерване на сила на елементите на щам габарит (добавка) ефект диференциално измерване на сила на нестабилността на деформации (мултипликативна) въздействие направляване на измерване болт за предаване на импулс на измерване (мултипликативна) нестабилност на предаване измерване на пулса поради пропуски и клирънс на движещи се части (случайни). грешки при проектирането първо се определят недостатъци в дизайна на механични части и сензора не са специфични за индуктивни датчици. Оценката на тези грешки се извършва в съответствие с известни методи за оценка на грешката на кинематичните измервателни съоръжения устройства.

8) Технологични грешки. Показват поради процеса отклонения взаимното положение предавателни части (добавка) разсейване характеристики на компонентите и при производството на намотките (добавка) ефекти разстояния и смущения процес във връзка части и в указанието (случаен).

Технологичните грешки при производството на механични части на сензорен дизайн също не са специфични за индуктивния датчик, тяхната оценка се извършва по методи, общи за механичните измервателни устройства. Грешките при производството на магнитната верига и на сензорните бобини водят до разсейване на характеристиките на датчиците и до трудностите, които възникват, когато последните са взаимозаменяеми.

9) Точност от стареене на датчика. Този компонент на грешката се дължи първо на влошаването на движещите се части на дизайна на датчика и на второ място чрез конфигурацията във времето на електрическите характеристики на сензорната магнитна верига. Грешката трябва да се разглежда като случайна. При оценката на грешката при износване се обръща внимание на кинематичното изчисление на сензорния механизъм във всеки конкретен случай. На етапа на проектиране на сензора в този случай е целесъобразно да се определи експлоатационният живот на датчика в неговите обичайни работни критерии, през което време допълнителната грешка от износване няма да надвиши тази стойност.

Електрическите характеристики на материалите се различават с течение на времето.

Почти винаги изразените процеси на конфигурация на електрическите характеристики се завършват в рамките на първите 200 часа след топлинната обработка и демагнетизирането на магнитната верига. В бъдеще те остават практически непроменени и не играят съществена роля в цялостната неточност на индуктивния датчик.

Горното обсъждане на компонентите за грешка на индуктивния датчик дава възможност да се оцени тяхната роля в образуването на цялостната грешка на датчика. Почти винаги се определя грешката от нелинейността на имота и температурната грешка на индуктивния преобразувател.