Induktív érzékelők

Az induktív érzékelő egy paraméteres típusú jelátalakító, amelynek működési elve a változáson alapul induktivitás L vagy a tekercs kölcsönös induktivitása a maggal, az érzékelő mágneses áramkörének RM mágneses ellenállásának változása miatt, amelybe a mag belép.

Az induktív érzékelőket széles körben használják az iparban az elmozdulások mérésére, és az 1 μm és 20 mm közötti tartományt fedik le. Lehetőség van induktív érzékelővel nyomások, erők, gáz- és folyadékáramlási sebességek stb. mérésére is. Ebben az esetben a mért értéket különböző érzékeny elemek segítségével eltolásváltozássá alakítják át, majd ezt az értéket egy induktív mérőátalakítóba táplálják.

Nyomásmérés esetén az érzékeny elemek készülhetnek elasztikus membránok, hüvely stb. Közelségérzékelőként is használatosak, amelyek segítségével az igen vagy nem elven érintésmentesen érzékelik a különféle fémes és nem fémes tárgyakat.

Az induktív érzékelők előnyei:

• a szerkezet egyszerűsége és szilárdsága csúszó érintkezők nélkül;

• tápfrekvenciás forrásokhoz való csatlakozás képessége;

• viszonylag nagy kimeneti teljesítmény (akár több tíz watt);

• jelentős érzékenység.

Az induktív érzékelők hátrányai:

• a működés pontossága a tápfeszültség frekvencia szerinti stabilitásától függ;

• működése csak váltakozó árammal lehetséges.

Az induktív átalakítók típusai és tervezési jellemzőik

A felépítési séma szerint az induktív érzékelők egyedi és differenciális érzékelőkre oszthatók. Egy induktív érzékelő egy mérőágat tartalmaz, egy differenciális egy - kettőt.

A differenciális induktív érzékelőben a mért paraméter megváltozásakor két egyforma tekercs induktivitása egyszerre változik, és a változás azonos értékkel, de ellentétes előjellel történik.

Mint ismeretes, a tekercs induktivitása:

ahol W a fordulatok száma; F — rajta áthatoló mágneses fluxus; I - a tekercsen áthaladó áram.

Az áram az MDS-hez a következő arányban kapcsolódik:

Honnan kapjuk:

ahol Rm = HL / Ф az induktív érzékelő mágneses ellenállása.

Vegyünk például egyetlen induktív érzékelőt. Működése a légrés fojtó azon tulajdonságán alapul, hogy a légrés értékének változásával megváltoztatja az induktivitását.

Az induktív érzékelő egy 1 járomból, egy 2 tekercsből és egy 3 armatúrából áll, amelyeket rugók tartanak. A 2. tekercshez az Rn terhelési ellenálláson keresztül váltakozó áramú tápfeszültség kerül. A terhelési áramkörben lévő áram meghatározása a következő:

ahol rd a fojtószelep aktív ellenállása; L az érzékelő induktivitása.

Mivel az áramkör aktív ellenállása állandó, így az I áramban változás csak az XL = IRn induktív komponens változása miatt következhet be, ami a δ légrés nagyságától függ.

Minden egyes értékhez δ egy bizonyos I értéknek felel meg, ami feszültségesést hoz létre az Rn ellenálláson: Uout = IRn — az érzékelő kimeneti jele. Levezethető az analitikai függés Uout = f (δ), feltéve, hogy a rés elég kicsi, és a szórt fluxusok figyelmen kívül hagyhatók, valamint az Rmw vas mágneses ellenállás elhanyagolható az Rmw légrés mágneses ellenállásához képest.

Íme a végső kifejezés:

Valós eszközökben az áramkör aktív ellenállása sokkal kisebb, mint az induktívé, akkor a kifejezés a következőre redukálódik:

Az Uout = f (δ) függés lineáris (az első közelítésben). A tényleges jellemző a következő:

A kezdeti linearitástól való eltérést az elfogadott Rmzh << Rmv feltevés magyarázza.

Kis d-nél a vas mágneses ellenállása arányos a levegő mágneses ellenállásával.

A nagy d eltérést az magyarázza, hogy nagy d-nél az RL arányossá válik az aktív ellenállás értékével — Rn + rd.

Általában az induktív érzékelőnek számos jelentős hátránya van:

• az áram fázisa nem változik a mozgás irányának megváltoztatásakor;

• ha mindkét irányban kell mérni az elmozdulást, akkor be kell állítani a kezdeti légrést és ezért az áramerősséget I0, ami kényelmetlen;

• a terhelési áram a tápfeszültség amplitúdójától és frekvenciájától függ;

• az érzékelő működése során a mágneses körhöz ható vonzási erő hat az armatúrára, amelyet semmi sem egyensúlyoz ki, ezért hibát vezet be az érzékelő működésébe.

Differenciális (reverzibilis) induktív érzékelők (DID)

A differenciális induktív érzékelők két irreverzibilis érzékelő kombinációja, és két mágneses áramkörből, közös armatúrával és két tekercsből álló rendszer formájában készülnek. A differenciális induktív érzékelők két külön tápegységet igényelnek, amelyekhez általában egy 5 leválasztó transzformátort használnak.

A mágneses áramkör alakja lehet differenciál-induktív érzékelők W-alakú mágneses áramkörrel, elektromos acél hidakkal összegyűjtve (1000 Hz feletti frekvenciák esetén vas-nikkel-permola ötvözeteket használnak), és hengeresek, sűrű körkörös mágneses áramkörrel. . Az érzékelő alakjának megválasztása a vezérelt eszközzel való konstruktív kombinációjától függ. A W alakú mágneses áramkör használata a tekercs összeszerelésének kényelmének és az érzékelő méretének csökkentésének köszönhető.

A differenciál-induktív érzékelő táplálására egy 5 transzformátort használnak, amelynek kimenete a szekunder tekercs középpontja számára van. Közte és a két tekercs közös vége között található a 4 készülék, a légrés 0,2-0,5 mm.

Az armatúra középső helyzetében, amikor a légrések azonosak, a 3 és 3' tekercsek induktív ellenállása azonos, ezért a tekercsekben lévő áramok értéke I1 = I2 és az így kapott Az áramerősség a készülékben 0.

Az armatúra enyhe eltérésével egy vagy másik irányba, a szabályozott X érték hatására a rések és az induktivitások értékei megváltoznak, a készülék regisztrálja az I1-I2 differenciáláramot, ez az armatúra függvénye elmozdulás a középső helyzetből. Az áramok különbségét általában egy 4. mágneselektromos eszközzel (mikroampermérővel) rögzítik, amelynek bemenetén egy B egyenirányító áramkör található.

Az induktív érzékelő jellemzői:

A kimeneti áram polaritása változatlan marad, függetlenül a tekercsek impedanciájának változásának előjelétől. Amikor az armatúra középső helyzetétől való eltérésének iránya megváltozik, az érzékelő kimenetén lévő áram fázisa fordított irányban változik (180 °-kal). Fázisérzékeny egyenirányítók használatakor az armatúra haladási irányának jelzése a középső helyzetből érhető el. A fázisfrekvenciás szűrővel ellátott differenciál induktív érzékelő jellemzői a következők:

Induktív érzékelő átalakítási hiba

Az induktív érzékelő információs kapacitását nagymértékben meghatározza a mért paraméter átalakítása során bekövetkező hibája. Az induktív érzékelő teljes hibája nagyszámú hibakomponensből áll.

A következő induktív érzékelőhibák különböztethetők meg:

1) A karakterisztika nemlinearitása miatti hiba. A teljes hiba multiplikatív komponense Az induktív érzékelők működésének alapját képező mért érték induktív átszámításának elve miatt elengedhetetlen és a legtöbb esetben meghatározza az érzékelő mérési tartományát. Kötelező az érzékelő fejlesztése során kiértékelés tárgya.

2) Hőmérséklet hiba. Véletlenszerű összetevő.Az érzékelő komponenseinek hőmérsékletfüggő paramétereinek nagy száma miatt az alkatrész hibája nagy értékeket is elérhet és jelentős. Az érzékelő tervezésénél értékelendő.

3) Külső elektromágneses mezők hatása miatti hiba. A teljes hiba véletlenszerű összetevője. Ennek oka az EMF indukciója az érzékelő tekercsében külső mezők által, és a mágneses áramkör mágneses jellemzőinek megváltozása miatt külső mezők hatására. Az erősáramú elektromos berendezésekkel felszerelt ipari helyiségekben a mágneses terek T indukciós és főként 50 Hz frekvenciájúak.

Mivel az induktív érzékelők mágneses magjai 0,1-1 T indukció mellett működnek, a külső mezők részaránya árnyékolás nélkül is 0,05-0,005% lesz. A képernyő bemenet és a differenciálérzékelő használata körülbelül két nagyságrenddel csökkenti ezt az arányt. Így a külső mezők befolyásából adódó hibára csak kis érzékenységű és megfelelő árnyékolás lehetetlensége esetén kell számolni. A legtöbb esetben ez a hibakomponens nem jelentős.

4) Hiba a magnetoelasztikus hatás miatt. A mágneses áramkör deformációinak instabilitása az érzékelő összeszerelése során (additív komponens), valamint az érzékelő működése során bekövetkező deformációk változása (tetszőleges komponens) miatt következik be. A mágneses áramkör hézagainak jelenlétét figyelembe vevő számítások azt mutatják, hogy a mágneses áramkörben a mechanikai feszültségek instabilitásának hatása a sorrendérzékelő kimeneti jelének instabilitását okozza, és a legtöbb esetben ez a komponens kifejezetten elhanyagolható.

5) Hiba a tekercs nyúlásmérő hatása miatt.Véletlenszerű összetevő. Az érzékelő tekercs feltekerésekor mechanikai feszültség jön létre a vezetékben. Ezeknek a mechanikai feszültségeknek a változása az érzékelő működése során a tekercs egyenárammal szembeni ellenállásának megváltozását eredményezi, és ezáltal megváltozik az érzékelő kimeneti jele. Általában a megfelelően tervezett érzékelőknél, vagyis ezt a komponenst nem szabad kifejezetten figyelembe venni.

6) Eltérés a csatlakozó kábeltől. Ez a kábel elektromos ellenállásának instabilitása miatt fordul elő hőmérséklet vagy deformáció hatására, valamint a kábelben külső mezők hatására kialakuló EMF indukció miatt. A hiba véletlenszerű összetevője. A kábel saját ellenállásának instabilitása esetén az érzékelő kimeneti jelének hibája. A csatlakozó kábelek hossza 1-3 m, ritkán több. Ha a kábel keresztmetszetű rézhuzalból készül, a kábel ellenállása kisebb, mint 0,9 Ohm, az ellenállás instabilitása. Mivel az érzékelő impedanciája általában nagyobb, mint 100 ohm, az érzékelő kimenetének hibája elérheti a Ezért az alacsony üzemi ellenállású érzékelőknél meg kell becsülni a hibát. Más esetekben ez nem jelentős.

7) Tervezési hibák.A következő okok hatására keletkeznek: a mérőerő hatása az érzékelő részeinek alakváltozásaira (additív), a mérőerő különbségének hatása az alakváltozások instabilitására (multiplikatív), a mérőrúd vezetői a mérőimpulzus átvitele során (multiplikatív), a mérőimpulzus átvitelének instabilitása a mozgó részek hézagai és holtjátéka miatt (véletlenszerű) A tervezési hibákat elsősorban a mérőpulzus tervezési hibái határozzák meg az érzékelő mechanikai elemei, és nem jellemzőek az induktív érzékelőkre. Ezeknek a hibáknak a kiértékelése a mérőberendezések kinematikai átviteleinek hibáinak kiértékelésére ismert módszerek szerint történik.

8) Technológiai hibák. Ezek az érzékelőalkatrészek egymáshoz viszonyított helyzetében (adalék) fellépő technológiai eltérések, az alkatrészek és tekercsek paramétereinek gyártás közbeni szóródása (adalék), a technológiai hézagok és az alkatrészek csatlakozásaiban és a vezetékekben lévő tömítettség hatására keletkeznek ( tetszőleges).

Az érzékelő szerkezet mechanikai elemeinek gyártásában előforduló technológiai hibák szintén nem az induktív érzékelőre jellemzőek; kiértékelésük a mechanikus mérőeszközöknél szokásos módszerekkel történik. A mágneses áramkör és az érzékelőtekercsek gyártási hibái az érzékelők paramétereinek szétszóródásához és az utóbbiak felcserélhetőségének biztosításában felmerülő nehézségekhez vezetnek.

9) Érzékelő öregedési hibája.Ezt a hibakomponenst egyrészt az érzékelő szerkezet mozgó elemeinek kopása, másrészt az érzékelő mágneses áramkörének elektromágneses jellemzőinek időbeli változása okozza. A hibát véletlennek kell tekinteni. A kopásból eredő hiba értékelésekor minden egyes esetben figyelembe veszik az érzékelő mechanizmusának kinematikai számítását. Az érzékelő tervezési szakaszában ebben az esetben javasolt az érzékelő normál üzemi feltételek melletti élettartamát beállítani, amely alatt a járulékos kopási hiba nem haladja meg a megadott értéket.

Az anyagok elektromágneses tulajdonságai idővel változnak.

A legtöbb esetben az elektromágneses jellemzők változásának kifejezett folyamatai a mágneses kör hőkezelését és lemágnesezését követő első 200 órán belül véget érnek. A jövőben ezek gyakorlatilag állandóak maradnak, és nem játszanak jelentős szerepet az induktív érzékelő általános hibájában.

Az induktív érzékelő hibájának összetevőinek fenti figyelembevétele lehetővé teszi azok szerepének értékelését az érzékelő teljes hibájának kialakulásában. A legtöbb esetben a karakterisztika nemlinearitásából eredő hiba és az induktív átalakító hőmérsékleti hibája a meghatározó.