חיישן במובן הכללי הוא מכשיר הממיר כמות פיזית אחת לאחרת, נוח לעיבוד, שידור או המרה לאחר מכן. ככלל, הכמות הראשונה היא פיזית, לא ניתנת למדידה ישירה (טמפרטורה, מהירות, תזוזה וכו'), והשנייה היא אות חשמלי או אופטי. נישה בתחום מכשירי המדידה תפוסה על ידי חיישנים, שהמרכיב העיקרי בהם הוא משרן.
תוֹכֶן
כיצד פועל חיישן השראות וכיצד הוא פועל
על פי עקרון הפעולה, חיישנים אינדוקטיביים פעילים, כלומר, הם דורשים גנרטור חיצוני כדי לעבוד. הוא מספק אות עם תדר ומשרעת נתונים למשרן.
הזרם העובר דרך סיבובי הסליל יוצר שדה מגנטי. אם חפץ מוליך נכנס לשדה המגנטי, הפרמטרים של הסליל משתנים.נותר רק לתקן את השינוי הזה.
חיישנים פשוטים ללא מגע מגיבים להופעת חפצי מתכת באזור הקרוב של הפיתול. זה משנה את העכבה של הסליל, יש להמיר את השינוי הזה לאות חשמלי, להגביר ו(או) לתקן את המעבר של הסף באמצעות מעגל השוואה.
חיישנים מסוג אחר מגיבים לשינויים במיקום האורך של העצם המשמש כליבה של הסליל. כאשר המיקום של האובייקט משתנה, הוא נע פנימה או החוצה מהסליל, ובכך משנה את השראות שלו. ניתן להמיר את השינוי הזה לאות חשמלי ולמדוד אותו. גרסה נוספת של חיישן כזה היא כאשר חפץ מתקרב אל הסליל מבחוץ. זה גורם להורדת השראות עקב אפקט האדמה.
גרסה נוספת של חיישן תזוזה אינדוקטיבית היא שנאי דיפרנציאלי מתכוונן ליניארית (LVDT). זהו סליל מורכב, עשוי בסדר הבא:
- סלילה משנית 1;
- סלילה ראשונית;
- סלילה משנית 2.
האות מהגנרטור מוזן לפיתול הראשוני. השדה המגנטי שנוצר על ידי הסליל האמצעי משרה EMF בכל אחד מהשניים (עקרון שנאי). הליבה, כאשר היא נעה, משנה את הקשר ההדדי בין הסלילים, ומשנה את הכוח האלקטרו-מוטורי בכל אחת מהפיתולים. ניתן לתקן שינוי זה על ידי מעגל המדידה. מכיוון שאורך הליבה קטן מהאורך הכולל של הסליל המרוכב, ניתן לקבוע את מיקום האובייקט באופן חד משמעי על ידי יחס EMF בפיתולים המשניים.
על אותו עיקרון - שינוי בצימוד האינדוקטיבי בין הפיתולים - בנוי חיישן סיבוב.הוא מורכב משני סלילים קואקסיאליים. האות מוחל על אחד הפיתולים, EMF בשני תלוי בזווית הסיבוב ההדדית.
מעיקרון הפעולה, ברור שחיישנים אינדוקטיביים, ללא קשר לעיצוב, הם ללא מגע. הם פועלים מרחוק, ואינם דורשים מגע ישיר עם האובייקט הנשלט.
יתרונות וחסרונות של חיישנים אינדוקטיביים
היתרונות של חיישנים מסוג אינדוקטיבי כוללים בעיקר:
- אמינות עיצובית;
- חוסר חיבורי מגע;
- כוח פלט גבוה, המפחית את השפעת הרעש ומפשט את מעגל הבקרה;
- רגישות גבוהה;
- היכולת לעבוד ממקורות מתח חילופין בתדר תעשייתי.
החיסרון העיקרי של חיישנים מסוג אינדוקטיבי הוא גודלם, משקלם ומורכבות הייצור שלהם. עבור סלילים מתפתלים עם הפרמטרים הנתונים, ציוד מיוחד נדרש. כמו כן, הצורך לשמור במדויק על משרעת האות מהמתנד הראשי נחשב למינוס. כאשר הוא משתנה, גם אזור הרגישות משתנה. מכיוון שהחיישנים פועלים רק על זרם חילופין, שמירה על המשרעת הופכת לבעיה טכנית מסוימת. באופן ישיר (או באמצעות שנאי מטה) לא ניתן יהיה לחבר את החיישן לרשת ביתית או תעשייתית - בו תנודות מתח באמפליטודה או בתדר יכולות להגיע אפילו ל-10% במצב רגיל, מה שהופך את דיוק המדידה לבלתי מקובל .
כמו כן, דיוק המדידה יכול להיות מושפע מ:
- שדות מגנטיים של צד שלישי (מיגון של החיישן אינו אפשרי בהתבסס על עקרון פעולתו);
- איסוף EMF של צד שלישי בכבלי אספקה ומדידה;
- שגיאות ייצור;
- שגיאה אופיינית של חיישן;
- השפעות גב או עיוותים באתר התקנת החיישן שאינם משפיעים על הביצועים הכוללים;
- תלות של דיוק בטמפרטורה (הפרמטרים של החוט המתפתל משתנים, כולל ההתנגדות שלו).
את חוסר היכולת של חיישני השראות להגיב להופעת עצמים דיאלקטריים בשדה המגנטי שלהם ניתן לייחס גם יתרונות וגם חסרונות. מצד אחד, הדבר מגביל את היקף תחולתם. מצד שני, הוא הופך אותו ללא רגיש לנוכחות של לכלוך, שומן, חול וכו' על העצמים המנוטרים.
הכרת החסרונות והמגבלות האפשריות בפעולת חיישנים אינדוקטיביים מאפשרת שימוש רציונלי ביתרונותיהם.
היקף חיישנים אינדוקטיביים
חיישני קירבה אינדוקטיביים משמשים לעתים קרובות כמתגי גבול. מכשירים כאלה הפכו נפוצים:
- במערכות אבטחה, כחיישנים לפתיחה לא מורשית של חלונות ודלתות;
- במערכות טלמכניקה, כחיישנים של המיקום הסופי של יחידות ומנגנונים;
- בחיי היומיום בתוכניות לציון המיקום הסגור של דלתות, תריסים;
- לספירת חפצים (לדוגמה, נע לאורך המסוע);
- כדי לקבוע את מהירות הסיבוב של גלגלי השיניים (כל שן, העוברת ליד החיישן, יוצרת דחף);
- במצבים אחרים.
ניתן להשתמש במקודדי זווית כדי לקבוע את זוויות הסיבוב של צירים, גלגלי שיניים ורכיבים מסתובבים אחרים, כמו גם מקודדים מוחלטים. כמו כן, ניתן להשתמש במכשירים כאלה במכונות ובמכשירים רובוטיים יחד עם חיישני מיקום ליניאריים. איפה אתה צריך לדעת בדיוק את המיקום של הצמתים של המנגנונים.
דוגמאות מעשיות ליישום חיישנים אינדוקטיביים
בפועל, ניתן ליישם את העיצובים של חיישנים אינדוקטיביים בדרכים שונות. הביצוע וההכללה הפשוטים ביותר הם עבור חיישן יחיד דו-חוטי, המנטר את נוכחותם של חפצי מתכת באזור הרגישות שלו. מכשירים כאלה מיוצרים לעתים קרובות על בסיס ליבה בצורת E, אך זו אינה נקודה בסיסית. יישום כזה קל יותר לייצור.
כאשר התנגדות הסליל משתנה, הזרם במעגל וירידת המתח על פני העומס משתנים. ניתן לבצע שינויים אלו. הבעיה היא שהתנגדות העומס הופכת קריטית. אם הוא גדול מדי, אז השינויים בזרם בעת הופעת חפץ מתכת יהיו קטנים יחסית. זה מפחית את הרגישות ואת חסינות הרעש של המערכת. אם הוא קטן, הזרם במעגל יהיה גדול, יידרש חיישן עמיד יותר.
לכן, ישנם עיצובים שבהם מעגל המדידה מובנה בתוך בית החיישן. המחולל יוצר פולסים המזינים את המשרן. כשמגיעים לרמה מסוימת, הדק מופעל, עובר ממצב 0 ל-1 או להיפך. מגבר החוצץ מגביר את האות מבחינת הספק ו(או) מתח, מדליק (מכבה) את ה-LED ומוציא אות בדיד למעגל החיצוני.
אות הפלט יכול להיווצר:
- על ידי אלקטרומגנטי או ממסר מצב מוצק - רמת מתח אפס או אחת;
- "מגע יבש" ממסר אלקטרומגנטי;
- פתח אוסף טרָנזִיסטוֹר (מבנים n-p-n או p-n-p).
במקרה זה, נדרשים שלושה חוטים כדי לחבר את החיישן:
- מזון;
- חוט משותף (0 וולט);
- חוט אות.
חיישנים כאלה יכולים להיות מופעלים גם על ידי מתח DC. פולסים לשראות הם נוצרים באמצעות גנרטור פנימי.
מקודדים דיפרנציאליים משמשים לניטור מיקום. אם האובייקט הנשלט סימטרי ביחס לשני הסלילים, הזרם דרכם זהה. כאשר כל סלילה מוזזת לכיוון השדה, מתרחש חוסר איזון, הזרם הכולל מפסיק להיות שווה לאפס, אשר ניתן לתעד על ידי מחוון עם חץ באמצע הסולם. המחוון יכול לשמש כדי לקבוע הן את גודל השינוי והן את כיוונה. במקום התקן מצביע, אתה יכול להשתמש בסכימת בקרה שעם קבלת מידע על שינוי במיקום, תוציא אות, ינקוט באמצעים ליישור האובייקט, תבצע התאמות לתהליך הטכנולוגי וכו'.
חיישנים המיוצרים על פי העיקרון של שנאי דיפרנציאל מתכוונן ליניארי מיוצרים בצורה של מבנים שלמים, שהם מסגרת עם פיתולים ראשוניים ומשניים ומוט נע בפנים (ניתן להעמיס עליו קפיצים). חוטים מוציאים החוצה כדי לשלוח אות מהגנרטור ולהסיר את ה-EMF מהפיתולים המשניים. ניתן לחבר אובייקט מבוקר באופן מכני למוט. זה יכול להיות גם עשוי דיאלקטרי - רק מיקום הגזע משנה למדידה.
למרות חסרונות מובנים מסוימים, החיישן האינדוקטיבי סוגר אזורים רבים הקשורים לזיהוי ללא מגע של עצמים בחלל.למרות ההתפתחות המתמדת של הטכנולוגיה, מכשיר מסוג זה לא יעזוב את שוק מכשירי המדידה בעתיד הנראה לעין, כי פעולתו מבוססת על חוקי היסוד של הפיזיקה.
מאמרים דומים:
