Penderia induktif

Sensor induktif ialah transduser jenis parametrik yang prinsip operasinya berdasarkan perubahan induktansi L atau kearuhan bersama penggulungan dengan teras, disebabkan oleh perubahan dalam rintangan magnetik RM litar magnetik penderia di mana teras masuk.

Penderia induktif digunakan secara meluas dalam industri untuk mengukur anjakan dan meliputi julat dari 1 μm hingga 20 mm. Anda juga boleh menggunakan sensor induktif untuk mengukur tekanan, daya, kadar aliran gas dan cecair, dsb. Dalam kes ini, nilai yang diukur ditukar menggunakan pelbagai elemen sensitif kepada perubahan anjakan dan kemudian nilai ini disalurkan kepada transduser pengukur induktif.

Dalam kes pengukuran tekanan, unsur sensitif boleh dibuat dalam bentuk membran elastik, lengan, dll. Ia juga digunakan sebagai penderia kehampiran, yang digunakan untuk mengesan pelbagai objek logam dan bukan logam secara bukan sentuhan pada prinsip ya atau tidak.

Kelebihan sensor induktif:

• kesederhanaan dan kekuatan pembinaan, tanpa sesentuh gelongsor;

• keupayaan untuk menyambung kepada sumber frekuensi kuasa;

• kuasa keluaran yang agak tinggi (sehingga berpuluh-puluh watt);

• sensitiviti yang ketara.

Kelemahan sensor induktif:

• ketepatan operasi bergantung pada kestabilan voltan bekalan mengikut kekerapan;

• operasi hanya boleh dilakukan dengan arus ulang alik.

Jenis penukar induktif dan ciri reka bentuknya

Mengikut skema pembinaan, sensor induktif boleh dibahagikan kepada tunggal dan pembezaan. Penderia induktif mengandungi satu cawangan pengukur, satu pembezaan - dua.

Dalam sensor induktif pembezaan, apabila parameter yang diukur berubah, induktansi dua gegelung yang sama berubah serentak dan perubahan berlaku dengan nilai yang sama tetapi dengan tanda yang bertentangan.

Seperti yang diketahui, kearuhan gegelung:

di mana W ialah bilangan lilitan; F - fluks magnet yang menembusinya; I — arus yang melalui gegelung.

Arus berkaitan dengan MDS mengikut nisbah:

Di mana kami mendapat:

di mana Rm = HL / Ф ialah rintangan magnetik sensor induktif.

Pertimbangkan, sebagai contoh, sensor induktif tunggal. Operasinya adalah berdasarkan sifat pencekik celah udara untuk menukar kearuhannya apabila nilai jurang udara berubah.

Penderia induktif terdiri daripada kuk 1, gegelung 2, angker 3 — dipegang oleh spring. Voltan bekalan arus ulang alik dibekalkan kepada gegelung 2 melalui rintangan beban Rn. Arus dalam litar beban ditakrifkan sebagai:

di mana rd ialah rintangan aktif pencekik; L ialah kearuhan penderia.

Oleh kerana rintangan aktif litar adalah malar, maka perubahan arus I hanya boleh berlaku disebabkan oleh perubahan komponen induktif XL = IRn, yang bergantung kepada saiz jurang udara δ.

Untuk setiap nilai δ sepadan dengan nilai I tertentu, yang menghasilkan penurunan voltan pada rintangan Rn: Uout = IRn — ialah isyarat keluaran sensor. Anda boleh memperoleh pergantungan analitikal Uout = f (δ) dengan syarat jurang cukup kecil dan fluks sesat boleh diabaikan, dan rintangan magnet besi Rmw boleh diabaikan berbanding dengan rintangan magnetorisan udara Rmw.

Inilah ungkapan terakhir:

Dalam peranti sebenar, rintangan aktif litar adalah lebih rendah daripada induktif, maka ungkapan berkurangan kepada bentuk:

Kebergantungan Uout = f (δ) adalah linear (dalam anggaran pertama). Ciri sebenar adalah seperti berikut:

Sisihan daripada lineariti pada permulaan dijelaskan oleh andaian yang diterima Rmzh << Rmv.

Pada d kecil, rintangan magnet besi adalah sepadan dengan rintangan magneto udara.

Sisihan pada besar d dijelaskan oleh fakta bahawa pada umumnya d RL menjadi sepadan dengan nilai rintangan aktif — Rn + rd.

Secara umum, sensor induktif yang dipertimbangkan mempunyai beberapa kelemahan yang ketara:

• fasa arus tidak berubah apabila arah pergerakan diubah;

• jika perlu untuk mengukur anjakan dalam kedua-dua arah, adalah perlu untuk menetapkan jurang udara awal dan oleh itu I0 semasa, yang menyusahkan;

• arus beban bergantung kepada amplitud dan kekerapan voltan bekalan;

• semasa operasi sensor, daya tarikan kepada litar magnetik bertindak pada angker, yang tidak diimbangi oleh apa-apa dan oleh itu memperkenalkan ralat ke dalam operasi sensor.

Penderia induktif pembezaan (boleh balik) (DID)

Penderia induktif pembezaan ialah gabungan dua penderia tak boleh balik dan dibuat dalam bentuk sistem yang terdiri daripada dua litar magnet dengan angker sepunya dan dua gegelung. Penderia induktif pembezaan memerlukan dua bekalan kuasa berasingan, yang mana pengubah pengasingan 5 biasanya digunakan.

Bentuk litar magnet boleh menjadi penderia induktif pembezaan dengan litar magnet berbentuk W, direkrut oleh jambatan keluli elektrik (untuk frekuensi melebihi 1000Hz, aloi besi-nikel-permola digunakan), dan silinder dengan litar magnet bulat padat . Pilihan bentuk sensor bergantung pada gabungan konstruktifnya dengan peranti terkawal. Penggunaan litar magnet berbentuk W adalah kerana kemudahan memasang gegelung dan mengurangkan saiz sensor.

Untuk menggerakkan sensor induktif pembezaan, pengubah 5 dengan output untuk titik tengah belitan sekunder digunakan. Peranti 4 disertakan di antaranya dan hujung sepunya dua gegelung. Jurang udara ialah 0.2-0.5 mm.

Pada kedudukan tengah angker, apabila jurang udara adalah sama, rintangan induktif gegelung 3 dan 3' adalah sama, oleh itu nilai arus dalam gegelung adalah sama dengan I1 = I2 dan yang terhasil. arus dalam peranti ialah 0.

Dengan sisihan sedikit angker dalam satu arah atau yang lain, di bawah pengaruh nilai terkawal X, nilai jurang dan induktansi berubah, peranti mendaftarkan arus pembezaan I1-I2, ini adalah fungsi angker anjakan daripada kedudukan tengah. Perbezaan arus biasanya direkodkan menggunakan peranti magnetoelektrik 4 (mikroammeter) dengan litar penerus B pada input.

Ciri-ciri penderia induktif ialah:

Kekutuban arus keluaran kekal tidak berubah tanpa mengira tanda perubahan impedans gegelung. Apabila arah sisihan angker dari kedudukan tengah berubah, fasa arus pada output sensor berubah secara terbalik (sebanyak 180 °). Apabila menggunakan penerus sensitif fasa, petunjuk arah perjalanan angker boleh diperolehi dari kedudukan tengah. Ciri-ciri penderia induktif pembezaan dengan penapis frekuensi fasa adalah seperti berikut:

Ralat penukaran sensor induktif

Kapasiti maklumat penderia induktif sebahagian besarnya ditentukan oleh ralatnya semasa menukar parameter yang diukur. Jumlah ralat sensor induktif terdiri daripada sejumlah besar komponen ralat.

Ralat sensor induktif berikut boleh dibezakan:

1) Ralat disebabkan oleh sifat tidak linear. Komponen pendaraban jumlah ralat. Disebabkan oleh prinsip penukaran induktif nilai terukur, yang merupakan asas operasi penderia induktif, ia adalah penting dan dalam kebanyakan kes menentukan julat pengukur penderia. Wajib tertakluk kepada penilaian semasa pembangunan sensor.

2) Ralat suhu. Ramuan rawak.Oleh kerana bilangan besar parameter bergantung kepada suhu komponen sensor, ralat komponen boleh mencapai nilai yang besar dan ketara. Untuk dinilai dalam reka bentuk sensor.

3) Ralat disebabkan oleh pengaruh medan elektromagnet luaran. Komponen rawak daripada jumlah ralat. Ia berlaku disebabkan oleh induksi EMF dalam penggulungan sensor oleh medan luaran dan disebabkan oleh perubahan dalam ciri magnet litar magnet di bawah pengaruh medan luaran. Dalam premis industri dengan pemasangan elektrik kuasa, medan magnet dengan aruhan T dan frekuensi terutamanya 50 Hz dikesan.

Memandangkan teras magnetik penderia induktif berfungsi pada induksi 0.1 — 1 T, bahagian medan luaran akan menjadi 0.05-0.005% walaupun tanpa perisai. Input skrin dan penggunaan penderia pembezaan mengurangkan perkadaran ini dengan kira-kira dua urutan magnitud. Oleh itu, ralat akibat pengaruh medan luaran hanya perlu dipertimbangkan apabila mereka bentuk sensor dengan kepekaan rendah dan dengan kemustahilan perisai yang mencukupi. Dalam kebanyakan kes, komponen ralat ini tidak penting.

4) Ralat disebabkan oleh kesan magnetoelastik. Ia timbul kerana ketidakstabilan ubah bentuk litar magnet semasa pemasangan sensor (komponen tambahan) dan disebabkan oleh perubahan ubah bentuk semasa operasi sensor (komponen sewenang-wenangnya). Pengiraan dengan mengambil kira kehadiran jurang dalam litar magnetik menunjukkan bahawa pengaruh ketidakstabilan tegasan mekanikal dalam litar magnet menyebabkan ketidakstabilan isyarat keluaran sensor pesanan, dan dalam kebanyakan kes komponen ini boleh diabaikan secara khusus.

5) Ralat disebabkan oleh kesan tolok terikan gegelung.Ramuan rawak. Apabila menggulung gegelung sensor, ketegangan mekanikal dicipta dalam wayar. Perubahan dalam tegasan mekanikal ini semasa operasi penderia mengakibatkan perubahan dalam rintangan gegelung kepada arus terus dan oleh itu perubahan dalam isyarat keluaran penderia. Biasanya untuk sensor yang direka dengan betul, iaitu, komponen ini tidak boleh dipertimbangkan secara khusus.

6) Sisihan daripada kabel penyambung. Ia berlaku disebabkan oleh ketidakstabilan rintangan elektrik kabel di bawah pengaruh suhu atau ubah bentuk dan disebabkan oleh aruhan EMF dalam kabel di bawah pengaruh medan luaran. Merupakan komponen rawak ralat. Dalam kes ketidakstabilan rintangan sendiri kabel, ralat isyarat output sensor. Panjang kabel penyambung ialah 1-3 m dan jarang lebih. Apabila kabel diperbuat daripada dawai tembaga keratan rentas, rintangan kabel adalah kurang daripada 0.9 Ohm, ketidakstabilan rintangan. Oleh kerana impedans sensor biasanya lebih besar daripada 100 ohm, ralat dalam output sensor boleh sebesar Oleh itu, untuk penderia dengan rintangan operasi yang rendah, ralat mesti dianggarkan. Dalam kes lain, ia tidak penting.

7) Ralat reka bentuk.Mereka timbul di bawah pengaruh sebab-sebab berikut: pengaruh daya pengukur pada ubah bentuk bahagian sensor (tambahan), pengaruh perbezaan dalam daya pengukur pada ketidakstabilan ubah bentuk (pendaraban), pengaruh panduan rod pengukur semasa penghantaran nadi pengukur (multiplicative), ketidakstabilan pemindahan nadi pengukur disebabkan oleh jurang dan tindak balas bahagian yang bergerak (rawak). Ralat reka bentuk terutamanya ditentukan oleh kecacatan dalam reka bentuk elemen mekanikal penderia dan tidak khusus untuk penderia induktif. Penilaian ralat ini dijalankan mengikut kaedah yang diketahui untuk menilai ralat penghantaran kinematik peranti pengukur.

8) Kesilapan teknologi. Mereka timbul akibat penyimpangan teknologi dalam kedudukan relatif bahagian sensor (tambahan), penyebaran parameter bahagian dan gegelung semasa pengeluaran (tambahan), pengaruh jurang teknologi dan ketat dalam sambungan bahagian dan dalam panduan ( sewenang-wenangnya).

Kesilapan teknologi dalam pembuatan elemen mekanikal struktur sensor juga tidak khusus kepada sensor induktif; mereka dinilai menggunakan kaedah biasa untuk peranti pengukur mekanikal. Kesilapan dalam pembuatan litar magnetik dan gegelung penderia membawa kepada penyebaran parameter penderia dan kesukaran yang timbul dalam memastikan kebolehtukaran yang kedua.

9) Ralat penuaan sensor.Komponen ralat ini disebabkan, pertama, oleh haus elemen bergerak struktur sensor dan, kedua, oleh perubahan dari masa ke masa ciri elektromagnet litar magnetik sensor. Kesilapan itu harus dianggap tidak sengaja. Apabila menilai ralat akibat haus, pengiraan kinematik mekanisme sensor dalam setiap kes tertentu diambil kira. Pada peringkat reka bentuk sensor, dalam kes ini, disyorkan untuk menetapkan hayat perkhidmatan sensor di bawah keadaan operasi biasa, di mana ralat haus tambahan tidak akan melebihi nilai yang ditentukan.

Sifat elektromagnet bahan berubah mengikut masa.

Dalam kebanyakan kes, proses ketara menukar ciri elektromagnet tamat dalam tempoh 200 jam pertama selepas rawatan haba dan penyahmagnetan litar magnetik. Pada masa hadapan, mereka kekal secara praktikal tetap dan tidak memainkan peranan penting dalam ralat keseluruhan sensor induktif.

Pertimbangan di atas komponen ralat sensor induktif memungkinkan untuk menilai peranan mereka dalam pembentukan jumlah ralat sensor. Dalam kebanyakan kes, faktor penentu ialah ralat daripada ketidak-linearan ciri dan ralat suhu penukar induktif.