Indukční snímače. Typy. Zařízení. Parametry a aplikace

Indukční senzory jsou převodníky parametrů. Jejich funkce spočívá ve změně indukčnosti změnou magnetického odporu senzoru.

Indukční senzory si získaly velkou oblibu ve výrobě pro měření pohybů v rozsahu od 1 mikrometru do 20 mm. Indukční senzor lze použít k měření hladiny kapalin, plynných látek, tlaků a různých sil. V těchto případech je diagnostikovaný parametr citlivými součástkami převeden na pohyb a tato hodnota je poté odeslána do indukčního převodníku.

Citlivé prvky se používají k měření tlaku. Fungují jako senzory přiblížení určené k bezkontaktní detekci různých objektů.

Typy a zařízení

Indukční senzory se dělí na dva typy podle jejich konstrukce:

1. Jednotlivé senzory.
2. Diferenciální senzory.

První typ modelu má jednu měřicí větev, na rozdíl od diferenciálního senzoru, který má dvě měřicí větve.

V diferenciálním modelu se při změně diagnostikovaného parametru změní indukčnost obou cívek. V tomto případě se změna provede na stejnou hodnotu s opačným znaménkem.

Indukčnost cívky se vypočítá pomocí vzorce: L = WΦ/I

Kde W– počet otáček; Ф – magnetický tok; I – proud protékající cívkou. Proud souvisí s magnetomotorickou silou následujícím poměrem: I = Hl/W

Z tohoto vzorce dostaneme: L = W²/Rm

Kde R _m = H*L/Ф – magnetický odpor.

Práce jeden senzor spočívá ve vlastnosti tlumivky měnit indukčnost při zvětšení nebo zmenšení vzduchové mezery.

Konstrukce senzoru zahrnuje jho (1), závity vinutí (2) a kotvu (3), která je upevněna pružinami. Do vinutí je přes odpor přiváděn střídavý proud. Proud v zátěžovém obvodu se vypočítá:

L – indukčnost senzoru, r_d – aktivní odpor škrticí klapky. Je to konstantní hodnota, takže změna síly proudu I lze dosáhnout pouze změnou indukčnostní složky XL=IR_н, v závislosti na velikosti vzduchové mezery δ.

Každá hodnota mezery odpovídá určité hodnotě proudu, která určuje úbytek napětí na rezistoru. R_н:U_out= I * R_н – je výstupní signál senzoru. Lze definovat následující závislost U _out = f(δ), za jedné podmínky, že mezera je velmi malá a lze zanedbat rozptylové toky, stejně jako magnetický odpor kovu R_mf ve srovnání s magnetickým odporem vzduchové mezery R_mv.

Konečný získaný výraz je:

V praxi je aktivní odpor obvodu nesrovnatelně nižší než indukční. Proto má vzorec tvar:

Mezi nevýhody jednotlivých modelů patří:

• Když je senzor v provozu, kotva je vystavena přitažlivé síle působící na jádro. Tato síla není žádným způsobem vyvážena, takže snižuje přesnost senzoru a zavádí určité procento chyby.
• Velikost zatěžovacího proudu závisí na amplitudě napětí a jeho frekvenci.
• Pro měření posunutí ve dvou směrech je nutné nastavit počáteční hodnotu mezery, což způsobuje určité nepříjemnosti.

Diferenciální indukční senzory kombinují dva nereverzibilní senzory a jsou vyráběny jako systém sestávající ze dvou magnetických jader se dvěma samostatnými zdroji napětí. Pro tento účel se nejčastěji používá oddělovací transformátor (2).

Diferenciální senzory se klasifikují podle tvaru jádra:

• Indukční senzory s magnetickým obvodem ve tvaru písmene „Š“ vyrobeným z plechů z elektrotechnické oceli. Při frekvenci vyšší než 1 kilohertz se pro jádro používá permalloy.
• Válcové indukční senzory s kulatým magnetickým jádrem.

Tvar senzoru se volí v závislosti na konstrukci a její kombinaci s mechanismem. Použití magnetického obvodu ve tvaru písmene Š je výhodné pro sestavení cívky a zmenšení celkových rozměrů indukčního senzoru.

Pro funkci diferenciálního senzoru je napájení dodáváno z transformátoru (5), který má vývod ze středu. Zařízení (4) je zapojeno mezi tento vývod a společný vodič cívek. V tomto případě je vzduchová mezera v rozmezí 0,2 až 0,5 mm.

Když je kotva ve střední poloze, ve stejných intervalech jsou indukční odpory vinutí (3 a 3′) stejné. To znamená, že hodnoty proudu cívky jsou také stejné a celkový proud získaný v zařízení je nulový.

Při malé odchylce kotvy v libovolném směru se mění hodnota vzduchových mezer a indukčností. Zařízení proto určuje rozdílový proud I₁-I₂, která je určena funkcí posunutí kotvy ze střední polohy. Rozdíl proudu se nejčastěji určuje magnetoelektrickým zařízením (4), provedeným jako mikroampérmetr s usměrňovacím obvodem (B) na vstupu.

Polarita proudu nezávisí na změně celkového odporu cívek. Při použití fázově citlivých usměrňovacích obvodů lze určit směr pohybu kotvy ze střední polohy.

• Jedním z parametrů indukčních senzorů je rozsah odezvyTento parametr se používá k výběru senzorů, ale není tak důležitý. V manuálu k senzoru jsou uvedeny jmenovité výkonové parametry pro provoz zařízení při teplotě +20 stupňů. Konstantní napětí pro senzor je 24 V a střídavé napětí je 230 V. Obvykle senzor pracuje za zcela odlišných podmínek.
• V praxi jsou při výběru senzoru důležité dva ukazatele intervalu odezvy:

Hodnoty prvního se vypočítají jako +10 % z 2. při teplotě 25-70 stupňů. Hodnoty 2. se liší od nominální hodnoty o 10 %. Teplotní rozsah se zvětšuje z 18 na 28 stupňů. Pokud se pro druhý parametr použije nominální napětí, pak pro první je rozpětí 85-110 %.

• Dalším parametrem je garantovaný limit odpovědíPohybuje se od nuly do 81 % nominální hodnoty.
• Je třeba vzít v úvahu i následující parametry: opakovatelnost a hystereze, což je rovna vzdálenosti mezi koncovými polohami činnosti senzoru. Jeho optimální hodnota je 20 % efektivního intervalu odezvy.
• Zatěžovací proudVýrobci někdy vyrábějí speciálně navržené senzory s proudem 500 miliampérů.
• Frekvence odezvyTento parametr definuje maximální hodnotu spínací schopnosti v hertzech. Hlavní průmyslové senzory mají frekvenci odezvy 1000 hertzů.

Způsoby připojení ve schématech

Existuje několik typů indukčních senzorů s různým počtem vodičů pro připojení. Podívejme se na hlavní typy připojení různých indukčních senzorů.

• Dvouvodičový Indukční senzory se připojují přímo k obvodu zátěže. Jedná se o nejjednodušší metodu, ale má svá specifika. Tato metoda vyžaduje jmenovitý odpor zátěže. Pokud je tento odpor větší nebo menší, zařízení nebude fungovat správně. Při připojování senzoru k stejnosměrnému proudu nezapomeňte na polaritu svorek.
• Třívodičový Indukční senzory jsou nejoblíbenější. Mají dva vodiče pro připojení napájení a jeden pro zátěž.
• Čtyřvodičové a pětivodičové indukční senzory. Mají dva vodiče pro napájení, další dva pro zátěž a pátý vodič pro výběr provozního režimu.

Barevné kódování

Barevné kódování vodičů je velmi pohodlné pro servis a instalaci senzorů. Jejich výstupní vodiče jsou označeny specifickou barvou:

• Mínus – modrá.
• Navíc – červená.
• Výstup je černý.
• Druhý výstupní vodič je bílý.

Chyby

Chyba převodu diagnostikovaného parametru ovlivňuje schopnost indukčního senzoru poskytovat informace. Celková chyba se skládá z mnoha různých chyb:

• Elektromagnetická chyba je náhodná proměnná. Vzniká v důsledku indukce elektromagnetického pole v cívce senzoru vnějšími magnetickými poli. Ve výrobě mají magnetická pole nejčastěji frekvenci 50 Hz v blízkosti výkonových elektrických zařízení.
• Teplotní chyba je také náhodná hodnota, protože provoz velkého počtu senzorových prvků závisí na teplotě a je významnou veličinou, která se bere v úvahu při návrhu senzorů.
• Chyba magnetické elasticity. Vzniká nestabilitou deformací jádra během montáže zařízení a také změnami deformace během provozu. Vliv nestability napětí v magnetickém obvodu způsobuje nestabilitu výstupního signálu.
• Chyby zařízení vznikají vlivem měřicí síly na deformaci snímacích prvků, stejně jako vlivem skoku měřicí síly na nestabilitu deformace. Chybu ovlivňují také vůle a mezery v pohyblivých částech konstrukce senzoru.

Chyba kabelu je způsobena proměnnou hodnotou odporu, deformací kabelu a jeho teplotou a rušením elektromotorické síly v kabelu od vnějších polí.

Elektromagnetické parametry materiálů a jejich vlastnosti se v průběhu času mění. Nejčastěji k procesům změny vlastností materiálů dochází v prvních 200 hodinách po tepelném zpracování magnetického jádra. Poté tyto vlastnosti zůstávají stejné a neovlivňují celkovou chybu senzoru.

Hodnota

• Vysoká citlivost.
• Zvýšený výstupní výkon, až o několik desítek wattů.
• Možnost připojení k průmyslovým frekvenčním zdrojům.
• Robustní a jednoduché zařízení.
• Žádné tření kontaktů.

Omezení

• Schopný provozu pouze na střídavé napětí.
• Stabilita a frekvence napájení ovlivňují přesnost senzoru.

Rozsah použití

• Lékařské vybavení.
• Domácí spotřebiče.
• Automobilový průmysl.
• Robotické vybavení.
• Průmyslová řídicí a měřicí technika.

Související témata:

• Kapacitní senzory. Typy a zařízení. Provoz a aplikace
• Hallovy senzory. Typy a aplikace. Práce a spojení
• Tenzometry (tenzometry). Druhy a práce. Zařízení
• Tlakové senzory. Druhy a práce. Jak vybrat a aplikovat
• Ultrazvukové snímače část 1. Konstrukce a provoz
• Ultrazvukové snímače část 2. Typy a funkce. Aplikace
• Diferenciální transformátory (DT). Typy a vlastnosti
• Konduktometrické senzory. Druhy a práce. Aplikace
• Bezkontaktní snímače (PD). Typy a aplikace. Zvláštnosti

Autor Aluarius Délka čtení 5 min. Zhlédnutí 4.7 tis. Publikováno 16.12.2015

V průmyslu jsou dnes široce používány různé typy senzorů. Bez nich se neobejde ani jeden technologický proces. Existuje jich více druhů, ale v tomto článku nás bude zajímat indukční snímač. Proto pojďme zjistit, proč je to potřeba, kde se používá, jeho struktura a princip fungování.

Senzor tohoto typu je ve skutečnosti zařízení, jehož princip činnosti je založen na změnách indukčnosti cívky a jádra. Mimochodem, odtud samotný název. Ke změnám indukce dochází v důsledku skutečnosti, že kovový předmět proniká magnetickým polem cívky a mění jej. A podle toho se mění schéma zapojení, ve kterém hraje hlavní roli komparátor. Při změně indukce vyšle signál do relé nebo koncového tranzistoru (spínače), což vede k vypnutí přívodu elektrického proudu.

Proto je hlavním účelem tohoto zařízení měřit pohyb části zařízení. A pokud jsou překročeny limity pro běžkaře, vypněte to. Senzory mají zároveň své limity pohybu, které se pohybují v rozmezí od 1 mikronu do 20 milimetrů. Mimochodem, proto se tomuto zařízení také říká indukční snímač polohy.

Výhody a nevýhody

Začněme se zásluhami:

• Jednoduchost designu, poměrně vysoká spolehlivost. Úplná absence posuvných kontaktů, které rychle selhávají.
• Lze použít pro připojení k elektrickým sítím s průmyslovou frekvencí.
• Vysoká citlivost.
• Snese vyšší výstupní výkon.

• Napětí a přesnost snímače jsou propojeny, takže nestabilní napětí v síti způsobuje rozptyl mezí odezvy.

Parametry indukčního snímače

Jeden z parametrů již byl popsán výše – jde o rozsah odezvy. I když to podle odborníků není důležité, právě na základě toho se vybírá. Jde o to, že produktový pas uvádí parametry jmenovitého napětí, když zařízení pracuje při teplotě +20 ° C. Stejnosměrné napětí je 24 voltů, střídavé napětí je 230 voltů. Jak víte, v takových podmínkách indukční snímač obvykle nefunguje, a pokud ano, funguje zřídka. V tomto případě by objektem, který změní indukčnost cívky zařízení, měla být ocelová deska, její šířka by měla být rovna třem rozsahům odezvy a tloušťka 1 mm;

Čtěte také: Termostat – co to je a k čemu je určen

V praxi je výběr založen na dvou indikátorech rozsahu odezvy:

Hodnoty prvního se liší od jmenovitého parametru v rozmezí ±10 %. Zároveň se teplotní rozsah rozšiřuje od +18C do +28C. Druhý je definován jako ±10 % prvního při teplotním rozsahu od 25 do 70 °C. A pokud je u prvního parametru použito jmenovité napětí v síti, pak u druhého je rozptyl od 85% do 110% jmenovitého.

Se zónou odezvy je spojen ještě jeden parametr. Toto je garantovaný limit. Jeho spodní část je „0“ a horní část je 81 % jmenovitého rozsahu.

Je třeba vzít v úvahu také parametry, jako je hystereze a opakovatelnost. Co je v tomto případě hystereze? V podstatě se jedná o vzdálenost mezi nejvzdálenějšími spouštěcími polohami snímače. Jeho optimální hodnota je 20 % rozsahu efektivní odezvy.

Neméně důležitý je materiál, ze kterého je sledovací (pohybový) předmět vyroben. Nejlepší možností je ocel 37, její redukční koeficient je „1“. Všechny ostatní kovy mají nižší koeficient. Například nerezová ocel – 0,85, měď – 0,3. Jak pochopit, co redukční faktor ovlivňuje? Vezměme si jako příklad měděnou desku. To znamená, že se ukáže, že rozsah odezvy bude roven 0,3násobku užitečného rozsahu odezvy. Docela nízká postava.

Uvádíme další ne tak důležité parametry6

• Konstantní napětí má rozsahy: 10-30, 10-60, 5-60 voltů. Variabilní 98-253 voltů.

Pozor! Výrobci dnes nabízejí tzv. univerzální indukční snímače, které mohou pracovat na střídavém i stejnosměrném napájení.

• Zatěžovací proud (nominální) – 200 mA. Dnes výrobci někdy vyrábějí snímače s proudovým zatížením 500 mA. Jedná se o tzv. speciální verzi.
• Míra odezvy. Podstatou tohoto parametru je, že ukazuje maximální hodnotu možnosti přepínání. Tento parametr se měří v hertzech. Takže pro hlavní průmyslové snímače je toto číslo 1000 Hz.

Existuje několik typů indukčních snímačů, které mají různý počet propojovacích vodičů.

• Dvoudrátový. Jsou připojeny přímo k obvodu proudové zátěže. Nejjednodušší možnost, ale velmi rozmarná. Vyžaduje nominální zátěžový odpor. Pokud se sníží nebo zvýší, zařízení začne pracovat nesprávně. Při připojování ke stejnosměrné síti je třeba dodržet polaritu.
• Třívodičový. Jedná se o nejběžnější indukční snímače, u kterých jsou dva vodiče připojeny k napětí, jeden k zátěži.
• Čtyř-, pětidrát. Mají dva vodiče připojené k zátěži. Pátým vodičem je možnost volby provozního režimu.

Čtěte také: Termostat pro ohřívač vody – tyčový a ochranný, princip fungování

Barevné kódování svorek

Vše, co souvisí s elektrickými sítěmi, zejména vodiče, musí být barevně označeno. To se provádí pro snadnou instalaci a údržbu. Tomu se nevyhnul ani indukční snímač. V něm jsou výstupy označeny určitými standardními barvami:

• Mínus – modrá barva.
• Navíc – červená.
• Výstup je černý.
• Je zde i druhý východ, je bílý, což může být i vstup do řídicího systému. O tom vás musí výrobce informovat v návodu.

A poslední věcí jsou konstrukční prvky, které se týkají pouzdra snímače. Může mít válcový nebo obdélníkový tvar. Vyrobeno z kovových slitin nebo plastu. Nejčastěji se v průmyslu používají válcová zařízení o průměru 12 nebo 18 mm. I když v této velikostní řadě existují další parametry: 4, 8, 22 a 30 mm.