المستشعر بالمعنى العام هو جهاز يحول كمية مادية إلى أخرى ، مناسب للمعالجة أو النقل أو التحويل اللاحق. كقاعدة ، الكمية الأولى مادية ، غير قابلة للقياس المباشر (درجة الحرارة ، السرعة ، الإزاحة ، إلخ) ، والثانية هي إشارة كهربائية أو بصرية. تحتل المستشعرات مكانة في مجال أدوات القياس ، عنصرها الرئيسي هو مغو.
محتوى
كيف يعمل مستشعر الحث وكيف يعمل
وفقًا لمبدأ التشغيل ، تنشط المستشعرات الحثية ، أي أنها تتطلب مولدًا خارجيًا للعمل. إنه يوفر إشارة بتردد وسعة محددين للمحث.
التيار الذي يمر عبر لفات الملف يخلق مجالًا مغناطيسيًا. إذا دخل جسم موصل إلى المجال المغناطيسي ، فإن معلمات الملف تتغير.يبقى فقط لإصلاح هذا التغيير.
تتفاعل مستشعرات عدم التلامس البسيطة مع ظهور الأجسام المعدنية في المنطقة القريبة من الملف. هذا يغير مقاومة الملف ، يجب تحويل هذا التغيير إلى إشارة كهربائية ، وتضخيم و (أو) إصلاح مرور العتبة باستخدام دائرة مقارنة.
تستجيب المستشعرات من نوع آخر للتغيرات في الوضع الطولي للكائن الذي يعمل بمثابة قلب الملف. عندما يتغير موضع الكائن ، فإنه يتحرك داخل أو خارج الملف ، وبالتالي يغير محاثة. يمكن تحويل هذا التغيير إلى إشارة كهربائية وقياسها. إصدار آخر من هذا المستشعر هو عندما يقترب الجسم من الملف من الخارج. يؤدي هذا إلى انخفاض الحث بسبب تأثير الأرض.
إصدار آخر من مستشعر الإزاحة الحثي هو محول تفاضلي قابل للضبط خطيًا (LVDT). إنه ملف مركب ، مصنوع بالترتيب التالي:
- اللف الثانوي 1 ؛
- اللف الأساسي
- اللف الثانوي 2.
يتم تغذية الإشارة من المولد إلى الملف الأولي. يحث المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة الملف الأوسط على EMF في كل من المرحلة الثانوية (مبدأ المحولات). يغير القلب ، عندما يتحرك ، الاتصال المتبادل بين الملفات ، ويغير القوة الدافعة الكهربائية في كل من اللفات. يمكن إصلاح هذا التغيير بواسطة دائرة القياس. نظرًا لأن طول النواة أقل من الطول الإجمالي للملف المركب ، يمكن تحديد موضع الكائن بشكل لا لبس فيه بواسطة نسبة EMF في اللفات الثانوية.
على نفس المبدأ - تغيير في الاقتران الاستقرائي بين اللفات - تم بناء مستشعر الدوران.يتكون من ملفين متحد المحور. يتم تطبيق الإشارة على إحدى اللفات ، ويعتمد المجال الكهرومغناطيسي في الثانية على زاوية الدوران المتبادلة.
من مبدأ التشغيل ، من الواضح أن المستشعرات الحثية ، بغض النظر عن التصميم ، لا تلامس. إنهم يعملون عن بعد ، ولا يحتاجون إلى اتصال مباشر مع الكائن المتحكم فيه.
مزايا وعيوب أجهزة الاستشعار الحثي
تشمل مزايا أجهزة الاستشعار من النوع الاستقرائي في المقام الأول:
- موثوقية التصميم
- نقص اتصالات الاتصال
- طاقة خرج عالية ، مما يقلل من تأثير الضوضاء ويبسط دائرة التحكم ؛
- حساسية عالية
- القدرة على العمل من مصادر الجهد المتناوب للتردد الصناعي.
العيب الرئيسي لأجهزة الاستشعار من النوع الاستقرائي هو حجمها ووزنها وتعقيد التصنيع. لفائف الملفات مع المعلمات المحددة ، مطلوب معدات خاصة. أيضًا ، تعتبر الحاجة إلى الحفاظ بدقة على سعة الإشارة من المذبذب الرئيسي ناقصًا. عندما تتغير ، تتغير منطقة الحساسية أيضًا. نظرًا لأن المستشعرات تعمل فقط على التيار المتردد ، فإن الحفاظ على السعة يصبح مشكلة فنية معينة. مباشرة (أو من خلال محول تنحي) لن يكون من الممكن توصيل المستشعر بشبكة منزلية أو صناعية - حيث يمكن أن تصل تقلبات الجهد في السعة أو التردد إلى 10 ٪ في الوضع العادي ، مما يجعل دقة القياس غير مقبولة .
أيضًا ، يمكن أن تتأثر دقة القياس بما يلي:
- المجالات المغناطيسية لجهة خارجية (من المستحيل حماية المستشعر بناءً على مبدأ تشغيله) ؛
- التقاطات EMF من جهات خارجية في كبلات التوريد والقياس ؛
- أخطاء التصنيع
- خطأ مميز في جهاز الاستشعار ؛
- ردود الفعل العكسية أو التشوهات في موقع تركيب المستشعر والتي لا تؤثر على الأداء العام ؛
- اعتماد الدقة على درجة الحرارة (تتغير معلمات سلك اللف ، بما في ذلك مقاومته).
يمكن أن يُعزى عدم قدرة مستشعرات الحث على الاستجابة لظهور الأجسام العازلة للكهرباء في مجالها المغناطيسي إلى كل من المزايا والعيوب. من ناحية أخرى ، هذا يحد من نطاق تطبيقها. من ناحية أخرى ، فإنه يجعله غير حساس لوجود الأوساخ والشحوم والرمل وما إلى ذلك على الكائنات المراقبة.
تتيح معرفة أوجه القصور والقيود المحتملة في تشغيل أجهزة الاستشعار الاستقرائي الاستخدام الرشيد لمزاياها.
نطاق أجهزة الاستشعار الحثي
غالبًا ما تستخدم مستشعرات القرب الاستقرائي كمفاتيح حدية. أصبحت هذه الأجهزة منتشرة على نطاق واسع:
- في أنظمة الأمن ، كأجهزة استشعار لفتح النوافذ والأبواب غير المصرح به ؛
- في أنظمة الميكانيكا عن بعد ، كمستشعرات للوضع النهائي للوحدات والآليات ؛
- في الحياة اليومية في المخططات للإشارة إلى الوضع المغلق للأبواب والمصاريع ؛
- لعد الأشياء (على سبيل المثال ، التحرك على طول الحزام الناقل) ؛
- لتحديد سرعة دوران التروس (كل سن ، يمر بواسطة المستشعر ، يخلق نبضة) ؛
- في حالات أخرى.
يمكن استخدام مشفرات الزاوية لتحديد زوايا دوران الأعمدة والتروس والمكونات الدوارة الأخرى ، بالإضافة إلى أجهزة التشفير المطلقة. أيضًا ، يمكن استخدام هذه الأجهزة في الأدوات الآلية والأجهزة الآلية جنبًا إلى جنب مع مستشعرات الوضع الخطي. حيث تحتاج إلى معرفة موقع عقد الآليات بالضبط.
أمثلة عملية على تنفيذ أجهزة الاستشعار الاستقرائي
من الناحية العملية ، يمكن تنفيذ تصميمات أجهزة الاستشعار بطرق مختلفة. أبسط تنفيذ وإدراج هو مستشعر أحادي السلكين ، والذي يراقب وجود الأجسام المعدنية في منطقة الحساسية الخاصة به. غالبًا ما يتم تصنيع هذه الأجهزة على أساس نواة على شكل حرف E ، ولكن هذه ليست نقطة أساسية. مثل هذا التنفيذ أسهل في التصنيع.
عندما تتغير مقاومة الملف ، يتغير التيار في الدائرة وينخفض الجهد عبر الحمل. يمكن تنفيذ هذه التغييرات. المشكلة هي أن مقاومة الحمل تصبح حرجة. إذا كانت كبيرة جدًا ، فإن التغييرات في التيار عند ظهور جسم معدني ستكون صغيرة نسبيًا. هذا يقلل من حساسية النظام ومناعة الضوضاء. إذا كان صغيرًا ، فسيكون التيار في الدائرة كبيرًا ، وستكون هناك حاجة إلى مستشعر أكثر مقاومة.
لذلك ، هناك تصميمات يتم فيها بناء دائرة القياس في مبيت المستشعر. يولد المولد نبضات تغذي المحرِّض. عندما يتم الوصول إلى مستوى معين ، ينطلق المشغل ، ويتقلب من الحالة 0 إلى 1 أو العكس. يضخم مضخم المخزن المؤقت الإشارة من حيث الطاقة و (أو) الجهد ، ويضيء (يطفئ) مؤشر LED ويخرج إشارة منفصلة إلى الدائرة الخارجية.
يمكن تشكيل إشارة الخرج:
- بواسطة الكهرومغناطيسية أو تتابع الحالة الصلبة - صفر أو مستوى جهد واحد ؛
- "اتصال جاف" التتابع الكهرومغناطيسي;
- جامع مفتوح الترانزستور (الهياكل n-p-n أو p-n-p).
في هذه الحالة ، يلزم وجود ثلاثة أسلاك لتوصيل المستشعر:
- غذاء؛
- سلك مشترك (0 فولت) ؛
- سلك إشارة.
يمكن أيضًا تشغيل هذه المستشعرات بجهد DC. يتم تشكيل نبضات المحاثة بواسطة مولد داخلي.
تستخدم التشفير التفاضلي لمراقبة الموقع. إذا كان الكائن المتحكم فيه متماثلًا بالنسبة لكلا الملفين ، فإن التيار من خلالهما هو نفسه. عندما يتم تحويل أي لف نحو الحقل ، يحدث عدم توازن ، يتوقف إجمالي التيار عن أن يكون صفرًا ، والذي يمكن تسجيله بواسطة مؤشر بسهم في منتصف المقياس. يمكن استخدام المؤشر لتحديد حجم التحول واتجاهه. بدلاً من جهاز المؤشر ، يمكنك استخدام نظام تحكم ، عند تلقي معلومات حول تغيير في الموضع ، سيصدر إشارة ، واتخاذ تدابير لمحاذاة الكائن ، وإجراء تعديلات على العملية التكنولوجية ، وما إلى ذلك.
يتم إنتاج المستشعرات وفقًا لمبدأ المحولات التفاضلية القابلة للضبط خطيًا في شكل هياكل كاملة ، وهي عبارة عن إطار به ملفات أولية وثانوية وقضيب يتحرك بداخله (يمكن تحميله بنابض). يتم إحضار الأسلاك لإرسال إشارة من المولد وإزالة EMF من اللفات الثانوية. يمكن ربط الجسم المتحكم به ميكانيكيًا بالقضيب. يمكن أيضًا أن تكون مصنوعة من عازل - فقط موضع الجذع مهم للقياس.
على الرغم من بعض أوجه القصور المتأصلة ، يغلق المستشعر الاستقرائي العديد من المناطق المرتبطة بالكشف عن عدم الاتصال بالكائنات في الفضاء.على الرغم من التطور التكنولوجي المستمر ، فإن هذا النوع من الأجهزة لن يترك السوق لأجهزة القياس في المستقبل المنظور ، لأن تشغيله يعتمد على القوانين الأساسية للفيزياء.
مقالات مماثلة:
