Indukciniai jutikliai: principai, tipai ir programos šiuolaikinėse technologijose

Indukciniai jutikliai vaidina pagrindinį vaidmenį šiuolaikinėse technologijose, konvertuodami fizinius parametrus, tokius kaip poslinkis, vibracija ir slėgis, į išmatuojamus elektrinius signalus.Žinomi dėl savo paprasto dizaino ir patikimo funkcionalumo, šie jutikliai randa įvairių programų, pradedant gamybos ir metrologija, baigiant automobilių ir intelektualia tekstilė.Nepaisant jų stipriųjų pusių, tokie iššūkiai, tokie kaip jautrumas, tiesiškumas ir matavimo diapazono pusiausvyra kartu su lėtesniu atsako laiku, gali apriboti jų dinaminį naudojimą.Tyrinėdamas indukcinių jutiklių tipus, darbo principus ir pritaikymą, šis straipsnis pabrėžia jų transformacinį potencialą, siūlantį vertingų įžvalgų apie jų galimybių padidinimo tikslumą ir efektyvumą visose pramonės šakose galimybes panaudoti.

Katalogas

Įvadas

Indukciniai jutikliai turi puikų sugebėjimą konvertuoti įvairius fizinius parametrus, tokius kaip poslinkio, slėgio ir vibracijos-savęs induktyvumo ar abipusio induktyvumo variacijos.Ši transformacija lemia įtampos ar srovės pokyčius.Šie jutikliai, žinomi dėl tiesmukiško dizaino ir patikimo funkcionalumo, suteikia aukštą matavimo tikslumą ir galingą išvestį.Jie dirba įvairiose programose.Tačiau pusiausvyra tarp jautrumo, tiesiškumo ir matavimo diapazono gali būti gana sudėtinga.Be to, jų santykinai lėtas atsako greitis gali apriboti jų našumą greitai keičiančiomis sąlygomis, apribodamas jų naudojimą dinaminėje aplinkoje.Pagrindiniai šių jutiklių tipai apima savęs induktyvumą, abipusį induktyvumą ir sūkurių srovės jutiklius.

Indukcinio jutiklio klasifikavimas

Savarankiškumo jutiklis

Savarankiškumo jutiklio struktūra

Savarankiškumo jutiklį sudaro ritė, šerdis ir armatūra.Šerdis ir armatūra yra pagaminti iš silicio plieno ir kitų magnetinių medžiagų.

Savarankiškumo jutiklio struktūra

Savarankiškumo jutiklio darbo principas

Savarankiško induktyvumo jutiklis paverčia išmatuoto parametro pokyčius į savęs induktyvumo pokyčius (L), kuriuos jis paverčia įtampa arba srovės išėjimu per tam tikrą konversijos grandinę.

Veikimo metu judanti jutiklio dalis jungiasi su mobiliuoju šerdimi (armatūra).Šerdies judėjimas keičia oro tarpo storį tarp šerdies ir armatūros, taip pakeisdamas magnetinio grandinės nenorėjimo ir ritės induktyvumo vertę.Išmatuojant šį induktyvumo pokytį, galima nustatyti šerdies poslinkio dydį ir kryptį.

Jei ritė sukasi N, išlieka pastovi, induktyvumas L yra tik magnetinės grandinės nenoro funkcija.Modifikuojant δ arba S, induktyvumas skiriasi.Taigi kintamo nenorėjimo jutiklį galima suskirstyti į kintamo oro tarpo δ storio jutiklį ir kintamo oro tarpo ploto S jutiklį.

Savarankiškumo jutiklio darbo principas

Kai S yra pastovus, L tampa išskirtine δ funkcija, sudarydama kintamo oro tarpo tipo savęs indukcijos jutiklį.Ir atvirkščiai, jei δ nesikeičia, S poslinkio pokyčiai sukuria kintamo skerspjūvio tipo savęs induktyvumo jutiklį.Kai cilindrinė armatūra yra sudedama į apskrito konfigūraciją, kuri juda vertikaliai, keičia savęs induktyvumą, sukuriant solenoido tipo savęs induktyvumo jutiklį.

Kintamas oro tarpo tipo savęs induktyvumo jutiklis

Šio jutiklio struktūra keičia oro tarpo storio pokyčius tarp šerdies ir armatūros, turinčios įtakos magnetiniam pasipriešinimui ir ritės induktyvumui.

Kintamas oro tarpo tipo savęs induktyvumo jutiklio struktūra

Kintamasis ploto tipo savęs induktyvumo jutiklis

Esant šiam variacijai, jutiklio struktūra apima pastovų oro tarpo storis, kai indukcinė sritis keičiasi poslinkiu.

Kintamasis ploto tipas savęs sukelimo jutiklio struktūra

Solenoido tipo indukcinis jutiklis

Solenoidinio tipo indukcinis jutiklis veikia keičiant ritės armatūros ilgį, kuris keičia ritės induktyvumą.

Ilgai srieginei armatūrai, veikiant armatūros vamzdžio viduryje, ritės magnetinio lauko stipris yra vienodas.Taigi ritės induktyvumas L yra proporcingas armatūros įterpimo l gyliui.

Šio tipo jutiklis turi paprastą struktūrą, ją lengva gaminti ir yra mažo jautrumo.Jis tinka dideliems poslinkiams matuoti.

Solenoido tipo indukcinis jutiklis

Diferencinis savęs induktyvumo jutiklis

Dėl kintamosios srovės sužadinimo srovės ritėje armatūra patiria elektromagnetinį siurbimą, dėl kurio atsiranda vibracija ir papildoma klaida.Išėjimo paklaidai taip pat turi įtakos išoriniai trukdžiai, maitinimo įtampos pokyčiai ir temperatūra.

Praktiškai dvi identiškos jutiklio ritės dažnai turi vieną armatūrą, sudarydamos diferencialinį savęs induktyvumo jutiklį, turintį tiksliai tuos pačius elektrinius parametrus ir geometrinius matmenis.

Ši konfigūracija padidina tiesiškumą ir jautrumą, tuo pačiu kompensuodama temperatūros ir dažnio pokyčius, taip sumažindama klaidas iš išorinių įtakų.

Diferencinio savęs induktyvumo jutiklio struktūra

Šis jutiklis gali būti kintamo oro tarpo tipo, kintamojo ploto tipo arba solenoido tipo.

a) kintamo oro tarpo tipas;b) kintamojo ploto tipas;c) Solenoido tipas Diferencinis savęs induktyvumo jutiklis

Diferencinio savęs induktyvumo jutiklio savybės

Diferencinio oro tarpo induktyvumo jutiklį sudaro dvi identiškos induktyvumo ritės ir magnetinės grandinės.Matavimo metu armatūra jungia prie išmatuoto poslinkio per matavimo strypą.Išmatuoto kūno judėjimas skatina armatūrą, pakeisdama magnetinį pasipriešinimą vienodai, bet priešingai, dviejose grandinėse.Taigi vienos ritės induktyvumas didėja, o kitas mažėja, sudarydamas diferencialinę konfigūraciją.

Diferencinis transformatoriaus tipo jutiklis

Diferencinis transformatoriaus jutiklis paverčia išmatuotą neelektrinį kiekio pokytį į ritės abipusio induktyvumo pokyčius.Remiantis transformatoriaus principais, šis jutiklis paverčia poslinkį į abipusį induktyvumo pokytį tarp pirminių ir antrinių ritinių.

Kai pirminė ritė gauna sužadinimo galią, antrinė ritė sukuria indukuotą elektromotyvo jėgą, kuri kinta priklausomai nuo abipusio induktyvumo.Žinomas kaip diferencialo transformatoriaus jutiklis, jis jungia antrinį ritės skirtingai.

Savarankiškumo charakteristikos kreivė

Diferencialo transformatoriaus struktūra

Diferencialiniai transformatoriai būna įvairių tipų, pavyzdžiui, kintamo tarpo, kintamo ploto ir spiralinių vamzdynų tipai.

Plokštės formos diferencialiniai transformatoriai (A ir B) yra labai jautrūs, tačiau turi siaurą matavimo diapazoną, tinkantį kelių mikronų poslinkiams iki kelių šimtų mikronų.

(a) ir b) Kintamasis tarpo diferencialo transformatorius

Cilindrinės armatūros solenoido tipo diferencialo transformatoriai (C ir D) išmatuoja poslinkius nuo 1 mm iki šimtų mm.

c) ir (d) solenoidų diferencialo transformatoriai

Sukimosi kampo matavimo diferencialo transformatoriai (E ir F) užfiksuoja kelias sekundes.Spiralinio tipo diferencialo transformatorius dažnai naudojamas Ø neelektrinio matavimui, kuris gali pasigirti dideliu tikslumu, jautrumu, paprasta struktūra ir patikimu našumu.

e), (f) kintamo sekcijos diferencialo transformatorius

Diferencialo transformatoriaus darbo principas

Ši transformatoriaus struktūra apima geležies šerdį, armatūrą ir ritę, turinčią įvairias formas, turinčias tą patį veiklos principą.

Diferencialinį transformatorių sudaro viršutinė ir apatinė pirminė ritė, sujungta iš eilės su kintamosios srovės sužadinimo įtampa ir dviem antrinėmis ritinėmis, sujungtomis iš eilės pagal potencialą.

Trijų pakopų solenoido diferencialo transformatoriaus schema

Dvi antrinės apvijos, turinčios tą patį posūkių skaičių, jungiasi atvirkštinėje serijoje.Kai pirminės apvijos sulaukia sužadinimo įtampos, indukcijos potencialas sukuriamas dviejose antrinėse apvijose pagal transformatoriaus principus.

Pradinėje aktyvios armatūros pusiausvyros padėtyje išėjimo įtampa yra lygi nuliui, jei transformatoriaus struktūra yra visiškai simetriška.Aktyvios armatūros judėjimas link antrinės ritės padidina jo magnetinį srautą, taip padidindamas indukcijos potencialą ir atspindi aktyvios armatūros poslinkį.

Diferencialo transformatoriaus išėjimo įtampos kreivė

Eddy srovės jutiklis

Eddy srovės jutiklio struktūra

Eddy srovės jutiklio struktūra yra paprasta, pirmiausia susidedanti iš plokščios apskrito ritės zondo apvalkale.

Vidinė sūkurinės srovės jutiklio struktūra

Eddy dabartinio jutiklio darbo principas

Pagal Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos principą didelis metalo laidininkas, įdėtas į skirtingą magnetinį lauką, sukuria sūkurinę srovę.Šis reiškinys, žinomas kaip sūkurinės srovės efektas, naudojamas sūkurinio srovės jutikliui, norint konvertuoti neelektrinius kiekius, tokius kaip poslinkis ir temperatūra, į varžos ar induktyvumo pokyčius matavimui.

Schemos schemos schema srovės jutiklio schema

Kai bloko metalo laidininkas dedamas į jutiklio ritės magnetinį lauką su kintama srove, besikeičianti elektros srovė sukelia kintamą magnetinį lauką aplink ritę.Kai tiriamas laidininkas yra šiame magnetiniame lauke, jis sukuria sūkurinę srovę, sukuriančią naują, priešingai nukreiptą magnetinį lauką.Šis naujas magnetinis laukas iš dalies atstumia originalų lauką, todėl keičiasi ritės induktyvumas, pasipriešinimas ir kokybės koeficientas.

Indukcinių jutiklių charakteristikos

Indukciniai jutikliai švenčiami dėl savo atsparumo ir paprastumo.Jie užtikrina įspūdingą jautrumą, nes rezoliucijos pasiekia iki 0,1 μm, todėl jie yra labai tinkami pritaikymui, reikalaujančiam kruopštaus tikslumo.Šios savybės daro jas ypač vertingus kokybės kontrolės procesuose gamybos sektoriuje.Be jų patikimo galios, jie sklandžiai integruoja su antriniais matavimo įrenginiais, supaprastina duomenų rinkimo ir analizės procesus.

Indukcinių jutiklių pranašumai

Ryški indukcinių jutiklių kokybė yra linijinis atsakas į konkrečius matavimo tarpus, žymiai padidinant tikslumą.Atliekant realaus pasaulio diegimą, ši galimybė užtikrina patikimus rezultatus, ypač tais atvejais, kai tikslumas yra kritinis, pavyzdžiui, įrankių ir apdirbimo operacijos.Be to, paprastas jų dizainas supaprastina techninę priežiūrą, taip sumažinant prastovą - tai susirūpinimas aplinkoje, kurioje operacijų tęstinumas turi didelę vertę.

Indukcinių jutiklių trūkumai

Indukciniai jutikliai, nors ir naudingi, kelia tam tikrus iššūkius.Jų santykinai kuklus dažnio atsakas tampa mažiau efektyvus programoms, reikalaujančioms greitojo matavimo atnaujinimų.Dinaminiuose scenarijuose, tokiuose kaip automobilių bandymo aplinka, kur labai svarbu greitas grįžtamasis ryšys, tai gali būti didelis trūkumas.Be to, jų našumas labai priklauso nuo stabilių maitinimo sąlygų;Svyravimai gali sukelti klaidingus rodmenis, tai yra reikšminga problema regionuose, kuriuose yra nestabilios elektros infrastruktūros.Be to, yra būdingas kompromisas tarp skiriamosios gebos ir matavimų diapazono, todėl reikia apgalvoto balanso, pritaikyto konkretiems programos poreikiams.

Indukcinių jutiklių pritaikymai

Indukciniai jutikliai yra įgudę pakeisti fizinius pokyčius, tokius kaip poslinkis, vibracija ir slėgis, į tikslius elektrinius signalus.Jų pažengusios galimybės aptarnauja automatines sistemas įvairiuose sektoriuose, įskaitant gamybos, metrologijos ir automobilių pramonę, demonstruojančią savo plačias ir pritaikomas programas.

Tikslumas gamyboje

Indukciniai jutikliai padidina guolio gamybos tikslumą, kuris palaiko sklandų mechaninių operacijų funkcionalumą.Jų gebėjimas aptikti minutės pokyčius užtikrina aukščiausios kokybės ir ilgaamžiškumą pagamintų dalių.

Praktinėje aplinkoje gamintojai naudoja šiuos jutiklius, kad tiksliai nustatytų net menkiausius defektus gamybos linijos pradžioje, išsaugodami galutinio produkto vientisumą ir mažindami atliekas.

Stebėjimas ir valdymas hidraulinėse sistemose

Hidraulinėse sistemose indukciniai jutikliai yra pagrindiniai vožtuvų padėtys ir reguliavimai, skatinant veiklos efektyvumą ir saugą.Jų nuolatinis budrumas padeda išvengti gedimų ir gedimų.

Efektyvių hidraulinių sistemų projektavimas naudoja šią technologiją, kad palaikytų sistemos vientisumą esant įvairiam slėgiui, todėl operacijos yra sklandesnės.

Intelektualių tekstilės naujovių naujovės

Išmaniosios tekstilės gaminami lankstūs jutikliai yra novatoriškas indukcinių technologijų pritaikymas.Šie jutikliai yra labai svarbūs kuriant nešiojamus daiktus, kurie dinamiškai reaguoja į aplinkos pokyčius ar vartotojo judesius.

Pažanga šioje srityje apima sveikatos stebėjimą ir adaptyvius drabužius, teikiant praktinius sprendimus ir pagerinant vartotojų patirtį.

Kietųjų dalelių aptikimas

Indukciniai jutikliai naudojami norint aptikti smulkias tepimo alyvos daleles, kurios padeda išvengti mašinų susidėvėjimo ir skilimo.Jų naudojimas naftos analizėje užtikrina mašinų ilgaamžiškumą ir optimalų našumą.

Šių jutiklių integravimas į techninės priežiūros tvarką parodo aktyvią pramonės sveikatos poziciją, sumažinant prastovų ir priežiūros išlaidas.

Greičio ir judesio valdymas automatizuojant

Dėl būdingo patikimumo ir imuniteto indukcinių jutiklių trukdžiams jie yra idealūs greičio ir judesio valdymui automatizavimo sistemose.Šie bruožai padeda užtikrinti, kad automatiniai procesai būtų sklandūs ir tikslūs.

Įtraukdami šiuos jutiklius į automatizavimo sistemas, jie tampa gyvybiškai svarbiu šiuolaikinių pramonės operacijų komponentu, suderindami technologinius pažangas su operatyviniais poreikiais.