Mga inductive na sensor

Ang inductive sensor ay isang parametric type transducer na ang prinsipyo ng pagpapatakbo ay batay sa pagbabago inductance L o ang mutual inductance ng winding na may core, dahil sa pagbabago sa magnetic resistance RM ng magnetic circuit ng sensor kung saan pumapasok ang core.

Ang mga inductive sensor ay malawakang ginagamit sa industriya upang sukatin ang mga displacement at saklawin ang saklaw mula 1 μm hanggang 20 mm. Posible ring gumamit ng inductive sensor para sukatin ang mga pressure, pwersa, gas at liquid flow rate, atbp. Sa kasong ito, ang sinusukat na halaga ay kino-convert gamit ang iba't ibang sensitibong elemento sa isang pagbabago sa displacement at pagkatapos ay ang halagang ito ay ipapakain sa isang inductive na pagsukat ng transducer.

Sa kaso ng pagsukat ng presyon, ang mga sensitibong elemento ay maaaring gawin sa anyo ng mga nababanat na lamad, manggas, atbp. Ginagamit din ang mga ito bilang proximity sensors, na ginagamit upang makita ang iba't ibang metal at non-metallic na bagay sa paraang hindi nakikipag-ugnayan sa prinsipyong oo o hindi.

Mga kalamangan ng inductive sensor:

• pagiging simple at lakas ng konstruksiyon, nang walang mga sliding contact;

• kakayahang kumonekta sa mga mapagkukunan ng dalas ng kuryente;

• medyo mataas na output power (hanggang sampu-sampung watts);

• makabuluhang sensitivity.

Mga disadvantages ng inductive sensor:

• ang katumpakan ng operasyon ay nakasalalay sa katatagan ng supply boltahe sa pamamagitan ng dalas;

• ang operasyon ay posible lamang sa alternating current.

Mga uri ng inductive converter at ang kanilang mga tampok sa disenyo

Ayon sa scheme ng konstruksiyon, ang mga inductive sensor ay maaaring nahahati sa solong at kaugalian. Ang isang inductive sensor ay naglalaman ng isang sanga ng pagsukat, isang kaugalian - dalawa.

Sa isang differential inductive sensor, kapag nagbabago ang sinusukat na parameter, ang inductance ng dalawang magkaparehong coils ay nagbabago nang sabay-sabay at ang pagbabago ay nangyayari sa parehong halaga ngunit may kabaligtaran na tanda.

Sa pagkakaalam, inductance ng coil:

kung saan ang W ay ang bilang ng mga pagliko; F - magnetic flux na tumatagos dito; I — ang kasalukuyang dumadaan sa coil.

Ang kasalukuyang ay nauugnay sa MDS sa pamamagitan ng ratio:

Kung saan kami kumukuha:

kung saan ang Rm = HL / Ф ay ang magnetic resistance ng inductive sensor.

Isaalang-alang, halimbawa, ang isang solong inductive sensor. Ang operasyon nito ay batay sa pag-aari ng isang air-gap choke upang baguhin ang inductance nito habang nagbabago ang halaga ng air-gap.

Ang inductive sensor ay binubuo ng isang yoke 1, isang coil 2, isang armature 3 - na hawak ng mga spring. Ang isang alternating current supply boltahe ay ibinibigay sa coil 2 sa pamamagitan ng load resistance Rn. Ang kasalukuyang sa load circuit ay tinukoy bilang:

kung saan ang rd ay ang aktibong pagtutol ng choke; L ay ang inductance ng sensor.

Dahil ang aktibong paglaban ng circuit ay pare-pareho, kung gayon ang isang pagbabago sa kasalukuyang I ay maaari lamang mangyari dahil sa isang pagbabago sa inductive component XL = IRn, na depende sa laki ng air gap δ.

Sa bawat halaga δ tumutugma sa isang tiyak na halaga I, na lumilikha ng boltahe drop sa paglaban Rn: Uout = IRn — ay ang output signal ng sensor. Maari mong makuha ang analytical dependence Uout = f (δ) basta't maliit ang gap at ang mga stray flux ay maaaring mapabayaan, at ang iron magnetoresistance Rmw ay maaaring mapabayaan kumpara sa air gap magnetoresistance Rmw.

Narito ang huling pagpapahayag:

Sa totoong mga aparato, ang aktibong paglaban ng circuit ay mas mababa kaysa sa induktibo, pagkatapos ay bumababa ang expression sa anyo:

Ang dependence Uout = f (δ) ay linear (sa unang approximation). Ang aktwal na tampok ay ang mga sumusunod:

Ang paglihis mula sa linearity sa simula ay ipinaliwanag ng tinatanggap na palagay Rmzh << Rmv.

Sa maliit na d, ang magnetoresistance ng iron ay katumbas ng magnetoresistance ng hangin.

Ang paglihis sa malaking d ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan na sa malaking d RL ay nagiging katapat sa halaga ng aktibong pagtutol — Rn + rd.

Sa pangkalahatan, ang itinuturing na inductive sensor ay may ilang makabuluhang disadvantages:

• ang yugto ng kasalukuyang ay hindi nagbabago kapag binago ang direksyon ng paggalaw;

• kung kinakailangan upang sukatin ang displacement sa parehong direksyon, ito ay kinakailangan upang itakda ang paunang air gap at samakatuwid ang kasalukuyang I0, na kung saan ay hindi maginhawa;

• ang kasalukuyang load ay depende sa amplitude at dalas ng supply boltahe;

• sa panahon ng pagpapatakbo ng sensor, ang puwersa ng pagkahumaling sa magnetic circuit ay kumikilos sa armature, na hindi balanse ng anumang bagay at samakatuwid ay nagpapakilala ng isang error sa pagpapatakbo ng sensor.

Differential (reversible) inductive sensor (DID)

Ang mga differential inductive sensor ay isang kumbinasyon ng dalawang hindi maibabalik na sensor at ginawa sa anyo ng isang sistema na binubuo ng dalawang magnetic circuit na may isang karaniwang armature at dalawang coils. Ang mga differential inductive sensor ay nangangailangan ng dalawang magkahiwalay na power supply, kung saan karaniwang ginagamit ang isolation transformer 5.

Ang hugis ng magnetic circuit ay maaaring mga differential-inductive sensor na may hugis-W na magnetic circuit, na na-recruit ng mga tulay ng electrical steel (para sa mga frequency na higit sa 1000Hz, ginagamit ang iron-nickel-permola alloys), at cylindrical na may siksik na pabilog na magnetic circuit. . Ang pagpili ng hugis ng sensor ay nakasalalay sa nakabubuo na kumbinasyon nito sa kinokontrol na aparato. Ang paggamit ng isang W-shaped magnetic circuit ay dahil sa kaginhawahan ng pag-assemble ng coil at pagbawas ng laki ng sensor.

Upang paganahin ang differential-inductive sensor, ginagamit ang isang transpormer 5 na may output para sa gitnang punto ng pangalawang paikot-ikot. Kasama ang device 4 sa pagitan nito at ng karaniwang dulo ng dalawang coils. Ang air gap ay 0.2-0.5 mm.

Sa gitnang posisyon ng armature, kapag ang mga puwang ng hangin ay pareho, ang mga inductive resistance ng mga coils 3 at 3' ay pareho, samakatuwid ang mga halaga ng mga alon sa mga coils ay katumbas ng I1 = I2 at ang nagresultang ang kasalukuyang nasa device ay 0.

Sa isang bahagyang paglihis ng armature sa isang direksyon o iba pa, sa ilalim ng impluwensya ng kinokontrol na halaga X, ang mga halaga ng mga gaps at inductance ay nagbabago, ang aparato ay nagrerehistro ng kaugalian na kasalukuyang I1-I2, ito ay isang function ng armature displacement mula sa gitnang posisyon. Ang pagkakaiba sa mga alon ay karaniwang naitala gamit ang isang magnetoelectric device 4 (microammeter) na may rectifier circuit B sa input.

Ang mga katangian ng inductive sensor ay:

Ang polarity ng kasalukuyang output ay nananatiling hindi nagbabago anuman ang tanda ng pagbabago sa impedance ng mga coils. Kapag ang direksyon ng paglihis ng armature mula sa gitnang posisyon ay nagbabago, ang yugto ng kasalukuyang sa output ng sensor ay nagbabago sa reverse (sa pamamagitan ng 180 °). Kapag gumagamit ng mga phase-sensitive rectifier, isang indikasyon ng direksyon ng paglalakbay ng armature ay maaaring makuha mula sa gitnang posisyon. Ang mga katangian ng isang differential inductive sensor na may isang phase-frequency na filter ay ang mga sumusunod:

Error sa conversion ng inductive sensor

Ang kapasidad ng impormasyon ng isang inductive sensor ay higit na tinutukoy ng error nito kapag nagko-convert ng sinusukat na parameter. Ang kabuuang error ng isang inductive sensor ay binubuo ng isang malaking bilang ng mga bahagi ng error.

Ang mga sumusunod na inductive sensor error ay maaaring makilala:

1) Error dahil sa non-linearity ng katangian. Ang multiplicative na bahagi ng kabuuang error. Dahil sa prinsipyo ng inductive conversion ng sinusukat na halaga, na siyang batayan ng pagpapatakbo ng mga inductive sensor, ito ay mahalaga at sa karamihan ng mga kaso ay tinutukoy ang saklaw ng pagsukat ng sensor. Mandatory na napapailalim sa pagsusuri sa panahon ng pag-develop ng sensor.

2) Error sa temperatura. Random na sangkap.Dahil sa malaking bilang ng mga parameter na umaasa sa temperatura ng mga bahagi ng sensor, ang error ng bahagi ay maaaring umabot sa malalaking halaga at makabuluhan. Upang masuri sa disenyo ng sensor.

3) Error dahil sa impluwensya ng mga panlabas na electromagnetic field. Ang random na bahagi ng kabuuang error. Ito ay nangyayari dahil sa induction ng EMF sa sensor winding ng mga panlabas na field at dahil sa isang pagbabago sa mga magnetic na katangian ng magnetic circuit sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na field. Sa mga pang-industriyang lugar na may mga power electrical installation, ang mga magnetic field na may induction T at frequency na higit sa lahat ay 50 Hz ay ​​napansin.

Dahil ang mga magnetic core ng inductive sensor ay gumagana sa mga induction na 0.1 — 1 T, ang bahagi ng mga panlabas na field ay magiging 0.05-0.005% kahit na walang shielding. Ang input ng screen at ang paggamit ng differential sensor ay binabawasan ang proporsyon na ito ng humigit-kumulang dalawang order ng magnitude. Kaya, ang error dahil sa impluwensya ng mga panlabas na patlang ay dapat lamang isaalang-alang kapag nagdidisenyo ng mga sensor na may mababang sensitivity at may imposibilidad ng sapat na shielding. Sa karamihan ng mga kaso, ang bahagi ng error na ito ay hindi makabuluhan.

4) Error dahil sa magnetoelastic effect. Ito ay lumitaw dahil sa kawalang-tatag ng mga deformation ng magnetic circuit sa panahon ng sensor assembly (additive component) at dahil sa mga pagbabago sa mga deformation sa panahon ng sensor operation (arbitrary component). Ang mga kalkulasyon na isinasaalang-alang ang pagkakaroon ng mga gaps sa magnetic circuit ay nagpapakita na ang impluwensya ng kawalang-tatag ng mga mekanikal na stress sa magnetic circuit ay nagiging sanhi ng kawalang-tatag ng output signal ng order sensor, at sa karamihan ng mga kaso ang bahaging ito ay maaaring partikular na napapabayaan.

5) Error dahil sa strain gauge effect ng coil.Random na sangkap. Kapag paikot-ikot ang sensor coil, ang isang mekanikal na pag-igting ay nilikha sa wire. Ang pagbabago sa mga mekanikal na stress na ito sa panahon ng operasyon ng sensor ay nagreresulta sa isang pagbabago sa paglaban ng coil sa direktang kasalukuyang at samakatuwid ay isang pagbabago sa output signal ng sensor. Karaniwan para sa mga sensor na idinisenyo nang maayos, iyon ay, ang sangkap na ito ay hindi dapat isaalang-alang na partikular.

6) Paglihis mula sa connecting cable. Ito ay nangyayari dahil sa kawalang-tatag ng electrical resistance ng cable sa ilalim ng impluwensya ng temperatura o mga deformation at dahil sa induction ng EMF sa cable sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na field. Ay ang random na bahagi ng error. Sa kaso ng kawalang-tatag ng sariling paglaban ng cable, ang error ng output signal ng sensor. Ang haba ng pagkonekta ng mga cable ay 1-3 m at bihirang higit pa. Kapag ang cable ay gawa sa cross-sectional copper wire, ang resistensya ng cable ay mas mababa sa 0.9 Ohm, resistance instability. Dahil ang impedance ng sensor ay karaniwang mas malaki kaysa sa 100 ohms, ang error sa output ng sensor ay maaaring kasing laki ng Samakatuwid, para sa mga sensor na may mababang operating resistance, ang error ay dapat na tantyahin. Sa ibang mga kaso, hindi ito makabuluhan.

7) Mga error sa disenyo.Bumangon sila sa ilalim ng impluwensya ng mga sumusunod na kadahilanan: ang impluwensya ng puwersa ng pagsukat sa mga deformation ng mga bahagi ng sensor (additive), ang impluwensya ng pagkakaiba sa puwersa ng pagsukat sa kawalang-tatag ng mga deformation (multiplicative), ang impluwensya ng mga gabay ng panukat na baras sa panahon ng paghahatid ng pagsukat ng pulso (multiplicative), ang kawalang-tatag ng paglipat ng pagsukat ng pulso dahil sa mga gaps at backlash ng mga gumagalaw na bahagi (random). Ang mga error sa disenyo ay pangunahing tinutukoy ng mga depekto sa disenyo ng mekanikal na elemento ng sensor at hindi partikular sa mga inductive sensor. Ang pagsusuri ng mga error na ito ay isinasagawa ayon sa mga kilalang pamamaraan para sa pagsusuri ng mga error ng kinematic transmissions ng mga aparatong pagsukat.

8) Mga error sa teknolohiya. Ang mga ito ay lumitaw bilang isang resulta ng mga teknolohikal na paglihis sa kamag-anak na posisyon ng mga bahagi ng sensor (additive), ang pagpapakalat ng mga parameter ng mga bahagi at coils sa panahon ng produksyon (additive), ang impluwensya ng mga teknolohikal na gaps at higpit sa mga koneksyon ng mga bahagi at sa mga gabay ( arbitraryo).

Ang mga teknolohikal na pagkakamali sa paggawa ng mga mekanikal na elemento ng istraktura ng sensor ay hindi rin tiyak sa inductive sensor; sinusuri ang mga ito gamit ang karaniwang pamamaraan para sa mga mekanikal na kagamitan sa pagsukat. Ang mga pagkakamali sa paggawa ng magnetic circuit at ang sensor coils ay humantong sa pagpapakalat ng mga parameter ng mga sensor at sa mga paghihirap na nagmumula sa pagtiyak ng pagpapalitan ng huli.

9) Error sa pagtanda ng sensor.Ang bahagi ng error na ito ay sanhi, una, sa pamamagitan ng pagsusuot ng mga gumagalaw na elemento ng istraktura ng sensor at, pangalawa, sa pamamagitan ng pagbabago sa paglipas ng panahon ng mga electromagnetic na katangian ng magnetic circuit ng sensor. Ang pagkakamali ay dapat ituring na hindi sinasadya. Kapag sinusuri ang error dahil sa pagsusuot, ang kinematic na pagkalkula ng mekanismo ng sensor sa bawat partikular na kaso ay isinasaalang-alang. Sa yugto ng disenyo ng sensor, sa kasong ito, inirerekomenda na itakda ang buhay ng serbisyo ng sensor sa ilalim ng normal na mga kondisyon ng operating, kung saan ang karagdagang error sa pagsusuot ay hindi lalampas sa tinukoy na halaga.

Ang mga electromagnetic na katangian ng mga materyales ay nagbabago sa paglipas ng panahon.

Sa karamihan ng mga kaso, ang mga binibigkas na proseso ng pagbabago ng mga katangian ng electromagnetic ay nagtatapos sa loob ng unang 200 oras pagkatapos ng paggamot sa init at demagnetization ng magnetic circuit. Sa hinaharap, nananatili silang halos pare-pareho at hindi gumaganap ng isang makabuluhang papel sa pangkalahatang error ng inductive sensor.

Ang pagsasaalang-alang sa itaas ng mga bahagi ng error ng isang inductive sensor ay ginagawang posible upang suriin ang kanilang papel sa pagbuo ng kabuuang error ng sensor. Sa karamihan ng mga kaso, ang kadahilanan sa pagtukoy ay ang error mula sa hindi linearity ng katangian at ang error sa temperatura ng inductive converter.