Jutiklis bendrąja prasme – tai įrenginys, paverčiantis vieną fizinį dydį į kitą, patogus apdoroti, perduoti ar vėliau konvertuoti. Paprastai pirmasis dydis yra fizinis, jo negalima tiesiogiai matuoti (temperatūra, greitis, poslinkis ir kt.), o antrasis yra elektrinis arba optinis signalas. Matavimo priemonių srityje nišą užima jutikliai, kurių pagrindinis elementas yra induktorius.
Turinys
Kaip veikia induktyvumo jutiklis ir kaip jis veikia
Pagal veikimo principą indukciniai jutikliai yra aktyvūs, tai yra, kad jiems veiktų reikalingas išorinis generatorius. Jis suteikia tam tikro dažnio ir amplitudės signalą į induktorių.
Srovė, einanti per ritės posūkius, sukuria magnetinį lauką. Jei į magnetinį lauką patenka laidus objektas, ritės parametrai pasikeičia.Belieka tik pataisyti šį pakeitimą.
Paprasti bekontakčiai jutikliai reaguoja į metalinių objektų atsiradimą artimoje apvijos zonoje. Tai keičia ritės varžą, šis pokytis turi būti paverstas elektriniu signalu, sustiprinti ir (arba) fiksuoti slenksčio praėjimą naudojant palyginimo grandinę.
Kito tipo jutikliai reaguoja į objekto, kuris tarnauja kaip ritės šerdis, išilginės padėties pokyčius. Kai keičiasi objekto padėtis, jis juda į ritę arba iš jos išeina ir taip keičiasi jo induktyvumas. Šį pokytį galima paversti elektriniu signalu ir išmatuoti. Kita tokio jutiklio versija, kai objektas priartėja prie ritės iš išorės. Dėl to induktyvumas sumažėja dėl žemės efekto.
Kita indukcinio poslinkio jutiklio versija yra tiesiškai reguliuojamas diferencialinis transformatorius (LVDT). Tai sudėtinė ritė, pagaminta tokia tvarka:
- antrinė apvija 1;
- pirminė apvija;
- antrinė apvija 2.
Signalas iš generatoriaus tiekiamas į pirminę apviją. Vidurinės ritės sukurtas magnetinis laukas sukelia EML kiekvienoje antrinėje (transformatoriaus principas). Šerdis, kai ji juda, keičia abipusį ryšį tarp ritių, pakeisdama elektrovaros jėgą kiekvienoje iš apvijų. Šį pakeitimą galima nustatyti matavimo grandine. Kadangi šerdies ilgis yra mažesnis už bendrą kompozicinės ritės ilgį, objekto padėtį galima vienareikšmiškai nustatyti pagal EML santykį antrinėse apvijose.
Tuo pačiu principu - keičiant indukcinę jungtį tarp apvijų - pastatytas posūkio jutiklis.Jį sudaro dvi koaksialinės ritės. Signalas perduodamas vienai iš apvijų, antrosios EMF priklauso nuo abipusio sukimosi kampo.
Iš veikimo principo akivaizdu, kad indukciniai jutikliai, nepriklausomai nuo konstrukcijos, yra bekontakčiai. Jie veikia per atstumą ir nereikalauja tiesioginio kontakto su valdomu objektu.
Indukcinių jutiklių privalumai ir trūkumai
Indukcinio tipo jutiklių pranašumai pirmiausia yra šie:
- dizaino patikimumas;
- kontaktinių jungčių trūkumas;
- didelė išėjimo galia, kuri sumažina triukšmo įtaką ir supaprastina valdymo grandinę;
- didelis jautrumas;
- gebėjimas dirbti iš pramoninio dažnio kintamos įtampos šaltinių.
Pagrindinis indukcinio tipo jutiklių trūkumas yra jų dydis, svoris ir gamybos sudėtingumas. Apvijų ritėms su nurodytais parametrais reikalinga speciali įranga. Taip pat minusu laikomas poreikis tiksliai palaikyti pagrindinio generatoriaus signalo amplitudę. Kai jis keičiasi, keičiasi ir jautrumo sritis. Kadangi jutikliai veikia tik kintama srove, amplitudės palaikymas tampa tam tikra technine problema. Tiesiogiai (ar per žeminamąjį transformatorių) jutiklio nebus galima prijungti prie buitinio ar pramoninio tinklo - jame įtampos amplitudės ar dažnio svyravimai įprastu režimu gali siekti net 10%, todėl matavimo tikslumas yra nepriimtinas. .
Be to, matavimo tikslumą gali paveikti:
- trečiosios šalies magnetiniai laukai (jutiklio ekranavimas neįmanomas remiantis jo veikimo principu);
- trečiųjų šalių EMF rinktuvai tiekimo ir matavimo kabeliuose;
- gamybos klaidos;
- jutiklio charakteristikos klaida;
- brūkšniai arba deformacijos jutiklio įrengimo vietoje, kurios neturi įtakos bendram veikimui;
- tikslumo priklausomybė nuo temperatūros (kinta apvijos laido parametrai, įskaitant jo varžą).
Induktyvumo jutiklių nesugebėjimas reaguoti į dielektrinių objektų atsiradimą jų magnetiniame lauke gali būti siejamas su privalumais ir trūkumais. Viena vertus, tai riboja jų taikymo sritį. Kita vertus, jis tampa nejautrus nešvarumams, riebalams, smėliui ir kt. ant stebimų objektų.
Žinios apie indukcinių jutiklių veikimo trūkumus ir galimus apribojimus leidžia racionaliai panaudoti jų privalumus.
Indukcinių jutiklių apimtis
Indukciniai artumo jutikliai dažnai naudojami kaip ribiniai jungikliai. Tokie įrenginiai tapo plačiai paplitę:
- apsaugos sistemose, kaip jutikliai neleistinam langų ir durų atidarymui;
- telemechanikos sistemose kaip galutinės mazgų ir mechanizmų padėties jutikliai;
- kasdieniame gyvenime durų, langinių uždaros padėties nurodymo schemose;
- objektų skaičiavimui (pavyzdžiui, judant konvejerio juosta);
- nustatyti krumpliaračių sukimosi greitį (kiekvienas dantis, eidamas pro jutiklį, sukuria impulsą);
- kitose situacijose.
Kampų davikliai gali būti naudojami velenų, krumpliaračių ir kitų besisukančių komponentų sukimosi kampams nustatyti, taip pat absoliutieji davikliai. Be to, tokie įrenginiai gali būti naudojami staklėse ir robotuose kartu su linijiniais padėties jutikliais. Kur reikia tiksliai žinoti mechanizmų mazgų padėtį.
Praktiniai indukcinių jutiklių įgyvendinimo pavyzdžiai
Praktiškai indukcinių jutiklių konstrukcijas galima įgyvendinti įvairiais būdais. Paprasčiausias vykdymas ir įtraukimas yra dviejų laidų vieno jutiklio, kuris stebi metalinių objektų buvimą jo jautrumo zonoje. Tokie prietaisai dažnai gaminami E formos šerdies pagrindu, tačiau tai nėra esminis dalykas. Tokį įgyvendinimą lengviau pagaminti.
Pasikeitus ritės varžai, keičiasi srovė grandinėje ir įtampos kritimas apkrovoje. Šie pakeitimai gali būti įvykdyti. Problema ta, kad apkrovos pasipriešinimas tampa kritinis. Jei jis per didelis, tada srovės pokyčiai pasirodžius metaliniam objektui bus palyginti nedideli. Tai sumažina sistemos jautrumą ir atsparumą triukšmui. Jei jis mažas, tada srovė grandinėje bus didelė, reikės atsparesnio jutiklio.
Todėl yra konstrukcijų, kuriose matavimo grandinė yra įmontuota į jutiklio korpusą. Generatorius generuoja impulsus, kurie maitina induktorių. Kai pasiekiamas tam tikras lygis, paleidiklis suveikia, persijungia iš būsenos 0 į 1 arba atvirkščiai. Buferinis stiprintuvas sustiprina signalą pagal galią ir (arba) įtampą, uždega (užgesina) šviesos diodą ir išveda atskirą signalą į išorinę grandinę.
Išėjimo signalas gali būti suformuotas:
- elektromagnetiniu arba kietojo kūno relė – nulinis arba vienas įtampos lygis;
- "sausas kontaktas" elektromagnetinė relė;
- atviras kolektorius tranzistorius (struktūros n-p-n arba p-n-p).
Šiuo atveju jutikliui prijungti reikia trijų laidų:
- maistas;
- bendras laidas (0 voltų);
- signalo laidas.
Tokie jutikliai taip pat gali būti maitinami nuolatine įtampa. Impulsai į induktyvumą jie formuojami naudojant vidinį generatorių.
Padėties stebėjimui naudojami diferencialiniai kodavimo įrenginiai. Jei valdomas objektas yra simetriškas abiejų ritių atžvilgiu, srovė per jas yra vienoda. Kai bet kuri apvija pasislenka į lauką, atsiranda disbalansas, bendra srovė nustoja būti lygi nuliui, o tai gali būti užfiksuota indikatoriumi su rodykle skalės viduryje. Indikatoriaus pagalba galima nustatyti ir poslinkio dydį, ir jo kryptį. Vietoj rodyklės galima naudoti valdymo schemą, kuri, gavusi informaciją apie padėties pasikeitimą, duos signalą, imsis priemonių objektui išlyginti, koreguoti technologinį procesą ir pan.
Tiesiai reguliuojamų diferencialinių transformatorių principu pagaminti davikliai gaminami pilnų konstrukcijų pavidalu, tai yra karkasas su pirmine ir antrine apvijomis bei viduje judančiu strypu (gali būti spyruoklinis). Išvedami laidai, kad būtų išsiųstas signalas iš generatoriaus ir pašalintas EMF iš antrinių apvijų. Valdomas objektas gali būti mechaniškai pritvirtintas prie strypo. Jis gali būti pagamintas ir iš dielektriko – matuojant svarbu tik koto padėtis.
Nepaisant tam tikrų būdingų trūkumų, indukcinis jutiklis uždaro daugybę sričių, susijusių su nekontaktiniu objektų aptikimu erdvėje.Nepaisant nuolatinės technologijų plėtros, tokio tipo prietaisai artimiausiu metu nepaliks matavimo prietaisų rinkos, nes jų veikimas pagrįstas pagrindiniais fizikos dėsniais.
Panašūs straipsniai:
