Indukční a transformátorové snímače, Indukční snímače – TECHNICKÉ PROSTŘEDKY AUTOMATIZACE A ŘÍZENÍ

Indukční snímače slouží k bezkontaktnímu příjmu informací o pohybu pracovních částí strojů, mechanismů robotů apod. a převedení těchto informací na elektrický signál. Princip činnosti indukčního snímače je založen na změně indukčnosti vinutí na magnetickém obvodu v závislosti na poloze jednotlivých prvků magnetického obvodu. Nejjednodušší indukční snímač je na obr. 2.6. Tento snímač je indukční cívka. 1 s železným jádrem 2 a kotva 3, oddělené od jádra vzduchovou mezerou. Indukční cívka typu jádra, nazývaná stator snímače, je stacionární. Kotva je mechanicky spojena s pohyblivou částí předmětu, jejíž pohyb je nutné převést na elektrický signál. Pohyb kotvy mění odpor magnetického obvodu v důsledku změny vzduchové mezery 8 mezi statorem a kotvou při vertikálním pohybu kotvy nebo plochy vzduchové mezery při horizontálním pohybu.

Obr. 2.6.Nejjednodušší indukční snímač Na vinutí je přivedeno střídavé napětí. Hodnota proudu protékajícího vinutím je určena jako kde R_H – vnější zátěžový odpor (není na obrázku znázorněn); G_д — aktivní odpor vinutí; L – indukčnost snímače. Protože činný odpor je konstantní hodnota, může ke změně proudu ve vzorci (2.3) dojít v důsledku změny indukční složky, která závisí na velikosti mezery 5 nebo průřezu magnetického obvodu 5_ST. Každá hodnota mezery 5 odpovídá své vlastní hodnotě proudu, která vytváří úbytek napětí napříč R_n (U = /(5)). Zanedbáme-li magnetický odpor železa Я_mf (podrobnější výklad magnetického odporu je uveden v odstavci 1.5.2) ve srovnání s magnetickým odporem vzduchové mezery R , pak můžete najít Závislost znázorněná na obr. 2.7, má ve velkém rozsahu změny 8 lineární charakter. Obr. 2.7.Závislost změny napětí na zatížení na velikosti mezery Odchylka od linearity na začátku charakteristiky je vysvětlena přijatými předpoklady. Indukční snímač patří do třídy parametrických snímačů. Obecně má uvažovaný indukční snímač následující nevýhody:

• • fáze proudu se při změně směru pohybu nemění a pro obejití této skutečnosti je nutné nastavit počáteční mezeru, a tedy počáteční proud;
• • proud procházející zátěží závisí na amplitudě a frekvenci napájecího napětí.

Typ indukčního snímače je diferenciální indukční snímač, skládající se ze dvou nezávislých snímačů (obr. 2.8).

Obr. 2.8. Diferenční indukční snímač

Tento senzor se skládá ze dvou magnetických jader. 1, V s cívkami 3, 3 „ a společnou kotvu 2. Pro napájení diferenciálních indukčních snímačů je použit střídavý zdroj na transformátoru 5 s dvojitým sekundárním vinutím. Střed tohoto vinutí je spojen se společným bodem vinutí cívky 3, 3‚ přes zařízení 4, které zaznamenává proud v tomto obvodu a zátěž umístěnou v bloku V. Ve stejném bloku je k zátěži připojen demodulátor (jeho obvod a princip činnosti můžete vidět v kapitole 4). Demodulátor převádí amplitudově modulované střídavé napětí na zátěži na analogový výstupní signál snímače.

S kotvou 2 ve střední poloze, kdy jsou vzduchové mezery stejné, pak indukční odpory cívek 3, У rovněž identické, bude proud v diagonále, měřený zařízením 4, roven nule. Při vychýlení kotvy působením řízené hodnoty / ^ 0. Charakteristika snímače vzhledem k hodnotě amplitudy proudu procházejícího zátěží má tvar znázorněný na obr. 2.9.

Charakteristika snímače diferenčního proudu, jak vyplývá z obr. 2.9, nemění polaritu výstupního proudu při změně celkového odporu cívek. Použitím demodulátoru, nebo, co je totéž, fázově citlivého usměrňovače (PSR), je možné nastavit

Obr. 2.9. Statická charakteristika diferenciálního indukčního snímače

Obr. 2.10. Charakteristika couvacího senzoru s FCHV

kontrola vychýlení kotvy. Charakteristika reverzibilního snímače s funkcí frekvenční odezvy je znázorněna na obr. 2.10.

Při použití indukčního snímače je nutné dát pozor na chybu převodu měřeného parametru. Celková chyba je určena součtem složek. V tomto případě by měly být zvýrazněny následující chyby senzoru:

• 1) z vlivu vnějších elektromagnetických polí;
• 2) z nelinearity charakteristik;
• 3) konstruktivní;
• 4) technologické a teplotní;
• 5) ze stárnutí senzoru.

Určujícím faktorem je zde chyba z nelinearity charakteristik.

Výhody indukčních snímačů:

• • jednoduchost a odolnost provedení, absence kluzných kontaktů;
• • možnost připojení k průmyslovým frekvenčním zdrojům;
• • vysoká citlivost;
• • relativně vysoký výstupní výkon.

• • přesnost závisí na stabilitě frekvence napájecího napětí;
• • závislost indukčního odporu na frekvenci napájecího napětí;
• • významný zpětnovazební účinek snímače na měřenou hodnotu (v důsledku přitahování snímače k ​​jádru).

Telegramový bot pro vyhledávání materiálů

Nákup vašich kreseb ve velkém

Přihlaste se k odběru denních aktualizací katalogu:

popis

Projekt kurzu. Tento článek zkoumá indukční push-pull (reverzibilní) snímač posunu.

Složení projektu

indukční_snímač_lineární_přechody.rar [247 kB]

Note.doc [ 191 kB ]

cover2.cdw [ 43 kB ]

Overlay.cdw [ 42 kB ]

Foundation.cdw [ 61 kB ]

base2.cdw [ 78 kB ]

pohyblivá část2.cdw [ 47 KB ]

Assembly.cdw [ 67 kB ]

Specifikace.spw [ 41 KB ]

Traction.cdw [ 37 kB ]

elektromagnet2.cdw [ 48 KB ]

Anchor.cdw [ 39 kB ]

doplňující informace

1.2. Optické senzory

2.Druhy indukčních snímačů výchylky

2.1. Indukční snímač s jedním koncem

2.2. Indukční (rámový) snímač

3. Výběr navrženého zařízení, popis jeho hlavních prvků a principu činnosti

4. Výpočet prvků

5. Statická charakteristika

6. Popis konstrukce a základních montážních technik

Seznam použité literatury

1. Úvod

Senzory poskytují informace o stavu vnějšího prostředí tím, že s ním interagují a převádějí reakci na tuto interakci na elektrické signály. Existuje mnoho jevů a efektů, typů přeměn vlastností a energie, které lze využít k vytvoření senzorů.

Při klasifikaci senzorů se často vychází z principu jejich činnosti, který zase může být založen na fyzikálních nebo chemických jevech a vlastnostech.

1.1.Snímače teploty.

S teplotou se setkáváme každý den a je to pro nás nejznámější fyzikální veličina. Mezi ostatními senzory se teplotní senzory vyznačují obzvláště širokou škálou typů a jsou jedním z nejběžnějších.

Skleněný teploměr se rtuťovým sloupcem je znám již od starověku a dnes je široce používán. Termistory, jejichž odpor se mění vlivem teploty, se v různých zařízeních používají poměrně často kvůli relativně nízkým nákladům na senzory tohoto typu. Existují tři typy termistorů: s negativní charakteristikou (jejich odpor klesá s rostoucí teplotou), s pozitivní charakteristikou (jejich odpor se zvyšuje s rostoucí teplotou) a s kritickou charakteristikou (odpor se zvyšuje při prahové teplotě). Obvykle se odpor mění poměrně prudce pod vlivem teploty. Pro rozšíření lineárního úseku této změny jsou odpory zapojeny paralelně a sériově s termistorem.

Termočlánky jsou zvláště široce používány v oblasti měření. Používají Seebeckův efekt: ve spojení různých kovů se generuje EMF, které je přibližně úměrné teplotnímu rozdílu mezi samotným spojením a jeho svorkami. Rozsah teplot měřených termočlánkem závisí na použitých kovech. U teplotně citlivých feritů a kondenzátorů se využívá vliv teploty na magnetické a dielektrické konstanty od určité hodnoty, která se nazývá Curieova teplota a pro konkrétní senzor závisí na materiálech, které jsou v něm použity. Teplotně citlivé diody a tyristory jsou polovodičové senzory, které využívají teplotní závislost vodivosti p──n přechodu (obvykle na křemíkovém krystalu). V poslední době našly praktické uplatnění tzv. integrované teplotní senzory. Jsou to teplotně citlivá dioda na monokrystalu s periferními obvody, jako je zesilovač atd.

1.2. Optické senzory.

Stejně jako teplotní senzory se i optické senzory vyznačují širokou škálou a širokým použitím. Podle principu opticko-elektrické konverze lze tyto senzory rozdělit do čtyř typů: na základě účinků fotoelektronové emise, fotovodivosti, fotovoltaické a pyroelektrické.

Fotovoltaická emise nebo externí fotoelektrický jev je emise elektronů, když světlo dopadá na fyzické tělo. Aby elektrony mohly uniknout z fyzického těla, potřebují překonat energetickou bariéru. Protože energie fotoelektronů je úměrná hc/ (kde h je Planckova konstanta, c je rychlost světla a je vlnová délka světla), čím kratší je vlnová délka ozařujícího světla, tím větší je energie elektronů a tím snadněji překonávají tuto bariéru.

Efekt fotovodivosti neboli vnitřní fotoelektrický efekt je změna elektrického odporu fyzického těla, když je ozářeno světlem. Mezi materiály, které mají vliv na fotovodivost patří ZnS, CdS, GaAs, Ge, PbS aj. Maximální spektrální citlivost CdS je přibližně pro světlo o vlnové délce 500550-50 nm, což odpovídá přibližně středu zóny citlivosti lidského zraku. Optické snímače pracující na efektu fotovodivosti se doporučují pro použití v expozimetrech fotografických a filmových kamer, automatických spínačích a regulátorech světla, detektorech plamene apod. Nevýhodou těchto snímačů je jejich pomalá odezva (XNUMX ms a více).

Fotovoltaický efekt spočívá ve výskytu EMF na svorkách p──n přechodu v polovodiči ozářeném světlem. Pod vlivem světla se uvnitř p──n přechodu objevují volné elektrony a díry a vzniká EMF. Stejný princip fungování platí pro opticko-elektrickou část dvourozměrných polovodičových obrazových snímačů, jako jsou snímače CCD (charge-coupled device). Křemík je nejčastěji používaným substrátem pro fotovoltaické senzory. Relativně vysoká rychlost odezvy a vysoká citlivost v rozsahu od blízkého infračerveného (IR) po viditelné světlo poskytují těmto senzorům širokou škálu aplikací.

Pyroelektrické jevy jsou jevy, při kterých vlivem změn povrchového teplotního „reliéfu“ vznikají na povrchu fyzického těla elektrické náboje odpovídající těmto změnám. Pouzdro senzoru má vestavěný tranzistor s efektem pole, který převádí vysokou impedanci pyrotechnického prvku s jeho optimálními elektrickými náboji na nižší a optimální výstupní impedanci senzoru. Ze senzorů tohoto typu se nejčastěji používají IR senzory.

Mezi optickými senzory je jen málo těch, které mají dostatečnou citlivost v celém světelném rozsahu. Většina senzorů má optimální citlivost v poměrně úzkém pásmu ultrafialového, viditelného nebo infračerveného spektra.

Hlavní výhody oproti jiným typům senzorů:

1. Bezkontaktní detekční schopnost.

2. Možnost (s vhodnou optikou) měření objektů jak extrémně velkých, tak neobvykle malých rozměrů.

3. Vysoká rychlost odezvy.

4. Pohodlnost použití integrované technologie (optické snímače, obvykle polovodičové a polovodičové), zajišťující malé rozměry a dlouhou životnost.

5. Široké možnosti použití: měření různých fyzikálních veličin, určování tvaru, rozpoznávání objektů atd.

Kromě výhod mají optické senzory také některé nevýhody, a to, že jsou citlivé na znečištění, podléhají vlivu vnějšího světla, světla pozadí a teploty (s polovodičovou bází).

1.3. Magnetické senzory.

Hlavním rysem magnetických snímačů, stejně jako optických, je jejich rychlost a schopnost bezkontaktně detekovat a měřit, ale na rozdíl od optických tento typ snímače není citlivý na znečištění. Vzhledem k povaze magnetických jevů však efektivní činnost těchto senzorů závisí do značné míry na takovém parametru, jako je vzdálenost, a obvykle magnetické senzory vyžadují dostatečnou blízkost působícího magnetického pole.

Mezi magnetickými senzory jsou dobře známé Hallovy senzory. V současné době se používají jako diskrétní prvky, ale rychle se rozšiřuje použití Hallových prvků v podobě integrovaných obvodů vyrobených na křemíkové podložce. Takové integrované obvody nejlépe splňují moderní požadavky na senzory.

Výzkum a vývoj magnetorezistivních senzorů využívajících feromagnetika nyní ožívá. Nevýhodou těchto snímačů je úzký dynamický rozsah detekovatelných změn magnetického pole. Nepochybnými výhodami jsou však vysoká citlivost, stejně jako možnost vytváření víceprvkových snímačů ve formě IC naprašováním, tedy technologická podstata jejich výroby.

6. Popis konstrukce a základních montážních technik

Konstrukčně se snímač skládá ze dvou elektromagnetů a kotvy. Elektromagnety jsou vyrobeny z elektrooceli E44 GOST 21427.3-75

Navíjení elektromagnetů se provádí pomocí drátu PEL GOST 277378.

Elektromagnety jsou instalovány na základně vyrobené z propylenu 21030 TU 605175676, protože na základnu zařízení nejsou žádné zvláštní požadavky, může být vyrobena z jakéhokoli nemagnetického materiálu.

V rohovém vybrání je instalováno ložisko složené z kuliček (poloměr 0,8 mm) umístěných v separátoru (tloušťka plechu potřebná pro výrobu je 0,2 mm). Na ložisku je umístěna pohyblivá část, do které je umístěn rám složený z lepených drátů (nutno přesně dodržet rozměry). Elektrické připojení provádíme pomocí stejného drátu jako vinutí. Dráty jsou připevněny ke šroubům. Poté je jádro upevněno šrouby GOST 149180. Při montáži je nutné dodržet vzdálenost od pólů, mezera by měla být rovna 1 mm.

Samotný základ je také pevný, monolitický díl vyrobený z propylenu 21030 TU 605175676, litím nebo lisováním. Na bočních plochách ve spodní části základny jsou 4 otvory se závitem pro upevnění krytu. Namontujte ložisko na pohyblivou část.

Kryt je upevněn šrouby podle GOST 1747580, jejichž otvory jsou umístěny ve spodní části dílu.