Indukciniai jutikliai

Indukcinis jutiklis yra parametrinio tipo keitiklis, kurio veikimo principas pagrįstas pasikeitimu induktyvumas L arba abipusis apvijos induktyvumas su šerdimi dėl jutiklio, į kurį patenka šerdis, magnetinės grandinės magnetinės varžos RM pasikeitimo.

Indukciniai jutikliai plačiai naudojami pramonėje poslinkiams matuoti ir apima diapazoną nuo 1 μm iki 20 mm. Taip pat galima naudoti indukcinį jutiklį slėgiui, jėgoms, dujų ir skysčių srautams ir kt. Šiuo atveju išmatuota vertė naudojant įvairius jautrius elementus konvertuojama į poslinkio pokytį ir tada ši vertė tiekiama į indukcinį matavimo keitiklį.

Slėgio matavimo atveju jautrūs elementai gali būti pagaminti iš elastingų membranų, įvorės ir kt. Jie taip pat naudojami kaip artumo jutikliai, kurie naudojami nekontaktiniu būdu aptikti įvairius metalinius ir nemetalinius objektus taip arba ne principu.

Indukcinių jutiklių pranašumai:

• konstrukcijos paprastumas ir tvirtumas, be slankiojančių kontaktų;

• galimybė prisijungti prie maitinimo dažnio šaltinių;

• santykinai didelė išėjimo galia (iki dešimčių vatų);

• didelis jautrumas.

Indukcinių jutiklių trūkumai:

• veikimo tikslumas priklauso nuo maitinimo įtampos stabilumo pagal dažnį;

• veikti galima tik naudojant kintamąją srovę.

Indukcinių keitiklių tipai ir jų konstrukcijos ypatumai

Pagal konstrukcijos schemą indukcinius jutiklius galima suskirstyti į pavienius ir diferencialinius. Indukciniame daviklyje yra viena matavimo šaka, diferencialiniame - dvi.

Diferencialiniame indukciniame jutiklyje, pasikeitus išmatuotam parametrui, vienu metu kinta dviejų vienodų ritių induktyvumas ir pokytis vyksta ta pačia verte, bet su priešingu ženklu.

Kaip žinoma, ritės induktyvumas:

čia W yra apsisukimų skaičius; F — į jį prasiskverbiantis magnetinis srautas; I - srovė, einanti per ritę.

Srovė yra susijusi su MDS santykiu:

Kur gauname:

čia Rm = HL / Ф yra indukcinio jutiklio magnetinė varža.

Apsvarstykite, pavyzdžiui, vieną indukcinį jutiklį. Jo veikimas pagrįstas oro tarpo droselio savybe keisti savo induktyvumą keičiantis oro tarpo vertei.

Indukcinis jutiklis susideda iš jungo 1, ritės 2, armatūros 3, laikomų spyruoklių. Į ritę 2 per apkrovos varžą Rn tiekiama kintamosios srovės įtampa. Srovė apkrovos grandinėje apibrėžiama taip:

kur rd yra aktyvusis droselio pasipriešinimas; L yra jutiklio induktyvumas.

Kadangi grandinės aktyvioji varža yra pastovi, tai srovės pokytis I gali įvykti tik pasikeitus indukciniam komponentui XL = IRn, kuris priklauso nuo oro tarpo δ dydžio.

Kiekvienai reikšmei δ atitinka tam tikrą reikšmę I, kuri sukuria įtampos kritimą varžoje Rn: Uout = IRn — jutiklio išėjimo signalas. Galite išvesti analitinę priklausomybę Uout = f (δ), jei tarpas yra pakankamai mažas ir galima nepaisyti klaidžiojančių srautų, o geležies magnetovarža Rmw gali būti nepaisoma, palyginti su oro tarpo magnetine varža Rmw.

Štai paskutinė išraiška:

Realiuose įrenginiuose aktyvioji grandinės varža yra daug mažesnė nei indukcinė, tada išraiška sumažinama iki formos:

Priklausomybė Uout = f (δ) yra tiesinė (pirmoje aproksimacijoje). Tikroji funkcija yra tokia:

Nukrypimas nuo tiesiškumo pradžioje paaiškinamas priimta prielaida Rmzh << Rmv.

Esant mažam d, geležies magnetinė varža yra proporcinga oro magnetinei varžai.

Didelio d nuokrypis paaiškinamas tuo, kad esant dideliam d RL tampa proporcinga aktyviosios varžos vertei — Rn + rd.

Apskritai aptariamas indukcinis jutiklis turi keletą reikšmingų trūkumų:

• keičiant judėjimo kryptį srovės fazė nesikeičia;

• jei reikia matuoti poslinkį abiem kryptimis, reikia nustatyti pradinį oro tarpą ir dėl to srovę I0, o tai nepatogu;

• apkrovos srovė priklauso nuo maitinimo įtampos amplitudės ir dažnio;

• veikiant jutikliui, magnetinės grandinės traukos jėga veikia armatūrą, kuri niekuo nesubalansuota ir todėl įveda jutiklio veikimo klaidą.

Diferencialiniai (reversiniai) indukciniai jutikliai (DID)

Diferencialiniai indukciniai jutikliai yra dviejų negrįžtamų jutiklių derinys ir yra pagaminti kaip sistema, susidedanti iš dviejų magnetinių grandinių su bendra inkaru ir dviem ritėmis. Diferencialiniams indukciniams jutikliams reikalingi du atskiri maitinimo šaltiniai, kuriems dažniausiai naudojamas izoliacinis transformatorius 5.

Magnetinės grandinės forma gali būti diferencialiniai indukciniai jutikliai su W formos magnetine grandine, įdarbinti elektros plieno tilteliais (dažniams virš 1000 Hz naudojami geležies-nikelio-permolos lydiniai) ir cilindriniai su tankia apskrita magnetine grandine. . Jutiklio formos pasirinkimas priklauso nuo jo konstruktyvaus derinimo su valdomu įrenginiu. W formos magnetinė grandinė naudojama dėl patogumo surinkti ritę ir sumažinti jutiklio dydį.

Diferencialiniam-indukciniam jutikliui maitinti naudojamas transformatorius 5, kurio išėjimas skirtas antrinės apvijos viduriniam taškui. Tarp jo ir abiejų ritinių bendro galo yra įtaisas 4. Oro tarpas 0,2-0,5 mm.

Vidurinėje armatūros padėtyje, kai oro tarpai yra vienodi, ritių 3 ir 3' indukcinės varžos yra vienodos, todėl srovių reikšmės ritėse yra lygios I1 = I2 ir gautas rezultatas. srovė įrenginyje yra 0.

Esant nedideliam armatūros nuokrypiui viena ar kita kryptimi, veikiant kontroliuojamai vertei X, tarpų ir induktyvumo reikšmės pasikeičia, prietaisas registruoja diferencinę srovę I1-I2, tai yra armatūros funkcija. poslinkis iš vidurinės padėties. Srovių skirtumas dažniausiai registruojamas magnetoelektriniu prietaisu 4 (mikroampermetru), kurio įėjime yra lygintuvo grandinė B.

Indukcinio jutiklio charakteristikos yra šios:

Išėjimo srovės poliškumas išlieka nepakitęs, nepaisant ritių varžos pokyčio ženklo. Kai keičiasi armatūros nukrypimo nuo vidurinės padėties kryptis, srovės fazė jutiklio išvestyje keičiasi atvirkščiai (180 °). Naudojant fazei jautrius lygintuvus, inkaro judėjimo kryptį galima gauti iš vidurinės padėties. Diferencialinio indukcinio jutiklio su fazinio dažnio filtru charakteristikos yra šios:

Indukcinio jutiklio konvertavimo klaida

Indukcinio jutiklio informacinį pajėgumą daugiausia lemia jo paklaida konvertuojant išmatuotą parametrą. Bendra indukcinio jutiklio paklaida susideda iš daugybės klaidų komponentų.

Galima išskirti šias indukcinio jutiklio klaidas:

1) Klaida dėl charakteristikos netiesiškumo. Suminės paklaidos dauginamoji dedamoji.Dėl išmatuotos vertės indukcinio konvertavimo principo, kuris yra indukcinių jutiklių veikimo pagrindas, yra esminis ir daugeliu atvejų lemia jutiklio matavimo diapazoną. Privaloma įvertinti jutiklio kūrimo metu.

2) Temperatūros klaida. Atsitiktinis ingredientas.Dėl daugybės nuo temperatūros priklausančių jutiklio komponentų parametrų, komponento paklaida gali pasiekti dideles reikšmes ir yra reikšminga. Turi būti įvertinta jutiklio konstrukcijoje.

3) Klaida dėl išorinių elektromagnetinių laukų įtakos. Atsitiktinis visos klaidos komponentas. Tai atsiranda dėl EML indukcijos jutiklio apvijoje išoriniais laukais ir dėl magnetinės grandinės magnetinių charakteristikų pasikeitimo veikiant išoriniams laukams. Pramoninėse patalpose su galios elektros instaliacija aptinkami magnetiniai laukai, kurių indukcija T ir dažnis daugiausia 50 Hz.

Kadangi indukcinių jutiklių magnetinės šerdys veikia esant 0,1–1 T indukcijai, išorinių laukų dalis bus 0,05–0,005%, net jei nėra ekranavimo. Ekrano įvestis ir diferencialinio jutiklio naudojimas sumažina šią proporciją maždaug dviem dydžiais. Taigi į paklaidą dėl išorinių laukų įtakos reikėtų atsižvelgti tik projektuojant jutiklius su mažu jautrumu ir kai neįmanoma pakankamai ekranuoti. Daugeliu atvejų šis klaidos komponentas nėra reikšmingas.

4) Klaida dėl magnetoelastinio efekto. Jis atsiranda dėl magnetinės grandinės deformacijų nestabilumo jutiklio surinkimo metu (priedo komponentas) ir dėl deformacijų pokyčių jutiklio veikimo metu (savavališkas komponentas). Skaičiavimai, atsižvelgiant į spragų buvimą magnetinėje grandinėje, rodo, kad mechaninių įtempių nestabilumo įtaka magnetinėje grandinėje sukelia užsakymo jutiklio išėjimo signalo nestabilumą, ir daugeliu atvejų šis komponentas gali būti specialiai nepaisomas.

5) Klaida dėl ritės deformacijos matuoklio poveikio.Atsitiktinis ingredientas. Apvijus jutiklio ritę, laide sukuriamas mechaninis įtempimas. Dėl šių mechaninių įtempių pasikeitimo jutiklio veikimo metu pasikeičia ritės atsparumas nuolatinei srovei, taigi ir jutiklio išėjimo signalas. Paprastai tinkamai suprojektuotiems jutikliams, tai yra, šis komponentas neturėtų būti vertinamas konkrečiai.

6) Nukrypimas nuo jungiamojo laido. Tai atsiranda dėl kabelio elektrinės varžos nestabilumo, veikiant temperatūrai ar deformacijoms, ir dėl EML indukcijos kabelyje, veikiant išoriniams laukams. Yra atsitiktinis klaidos komponentas. Esant nestabiliam kabelio pasipriešinimui, jutiklio išėjimo signalo klaida. Jungiamųjų laidų ilgis 1-3 m ir retai daugiau. Kai kabelis pagamintas iš skerspjūvio varinės vielos, kabelio varža yra mažesnė nei 0,9 Ohm, varžos nestabilumas. Kadangi jutiklio varža paprastai yra didesnė nei 100 omų, jutiklio išėjimo paklaida gali būti tokia didelė kaip Todėl jutikliams, kurių darbinė varža yra maža, reikia įvertinti paklaidą. Kitais atvejais tai nėra reikšminga.

7) Projektavimo klaidos.Jie atsiranda dėl šių priežasčių: matavimo jėgos įtaka jutiklio dalių deformacijoms (priedas), matavimo jėgos skirtumo įtaka deformacijų nestabilumui (daugybinė), įtaka matavimo strypo kreiptuvai perduodant matavimo impulsą (daugybinis), matavimo impulso perdavimo nestabilumas dėl tarpų ir judančių dalių atstūmimo (atsitiktinis).Projektavimo klaidas visų pirma nulemia įtaiso konstrukcijos defektai. mechaniniai jutiklio elementai ir nėra būdingi indukciniams jutikliams. Šių paklaidų įvertinimas atliekamas pagal žinomus matavimo prietaisų kinematinių perdavimo paklaidų vertinimo metodus.

8) Technologinės klaidos. Jie atsiranda dėl technologinių nukrypimų tarp jutiklių dalių (priedo) santykinės padėties, dalių ir ritinių parametrų sklaidos gamybos metu (priedas), dėl technologinių tarpų ir sandarumo dalių jungtyse ir kreiptuvuose įtakos ( savavališkas).

Technologinės klaidos gaminant jutiklio konstrukcijos mechaninius elementus taip pat nėra būdingos indukciniam jutikliui; jie vertinami taikant įprastus mechaniniams matavimo prietaisams metodus. Magnetinės grandinės ir jutiklių ritių gamybos klaidos lemia jutiklių parametrų sklaidą ir sunkumus užtikrinant pastarųjų pakeičiamumą.

9) Jutiklio senėjimo klaida.Šią klaidą lemia, pirma, jutiklio konstrukcijos judančių elementų susidėvėjimas ir, antra, jutiklio magnetinės grandinės elektromagnetinių charakteristikų pasikeitimas laikui bėgant. Klaida turėtų būti laikoma atsitiktine. Vertinant klaidą dėl susidėvėjimo, kiekvienu konkrečiu atveju atsižvelgiama į jutiklio mechanizmo kinematinį skaičiavimą. Jutiklio projektavimo etape šiuo atveju rekomenduojama nustatyti jutiklio tarnavimo laiką normaliomis eksploatavimo sąlygomis, per kurią papildoma nusidėvėjimo paklaida neviršys nurodytos vertės.

Medžiagų elektromagnetinės savybės laikui bėgant keičiasi.

Daugeliu atvejų ryškūs elektromagnetinių charakteristikų keitimo procesai baigiasi per pirmąsias 200 valandų po magnetinės grandinės terminio apdorojimo ir išmagnetinimo. Ateityje jie išliks praktiškai pastovūs ir nevaidina reikšmingo vaidmens bendroje indukcinio jutiklio paklaidoje.

Aukščiau pateiktas indukcinio jutiklio paklaidos komponentų įvertinimas leidžia įvertinti jų vaidmenį formuojant bendrą jutiklio paklaidą. Daugeliu atvejų lemiamas veiksnys yra paklaida dėl charakteristikos netiesiškumo ir indukcinio keitiklio temperatūros paklaida.