Как работает индуктивный датчик
Перейти к содержимому

Как работает индуктивный датчик

  • автор:

Как работают индукционные датчики положения и зачем нужна технология CIPOS

Что объединяет ускорение, торможение, рулевое управление и переключение передач? Все эти относящиеся к безопасному вождению процессы требуют точной регистрации положения механических узлов и управления их перемещением. В современном автомобиле эти функции реализуются при участии бесконтактных индукционных датчиков положения, которые также известны как датчики траектории или датчики угла положения. Они и сейчас играют ключевую роль во всё большем числе автомобилей, а скоро без них и вовсе будет не обойтись. Объясняем, почему так, как они работают, что такое технология CIPOS и причём тут Hella.

Индукционный датчик служит для контроля положения элемента механизма без непосредственного контакта с ним и реагирует на перемещение контролируемого объекта. Помимо узлов автомобилей (здесь — в актуаторе дроссельной заслонки), индукционные датчики широко применяются в станках, медицинских приборах, системах автоматики и контроля и т. д. Источник (здесь и далее): Hella

Принципиальное устройство индукционных датчиков

Работа датчика основана на явлении электромагнитной индукции. Оно, кратко напомним школьный курс физики, состоит в том, что в замкнутом проводнике, находящемся в переменном магнитном поле, возникает электрический ток. Помните опыт, когда к выводам катушки из нескольких витков провода подсоединяли вольтметр, а затем вносили в катушку магнит? При этом стрелка вольтметра отклоняется — это происходит благодаря электромагнитной индукции.

Вот в этом видеоролике о самом явлении и истории его открытия рассказывается подробнее. Потратьте три минуты времени, чтобы освежить знания:

Обратите внимание: металлический магнит не касается витков катушки, но она реагирует на его приближение и удаление.

Теперь рассмотрим, как устроен индукционный датчик. Его принципиальная схема изображена на рисунке:

1 — магнитный сердечник (ярмо), 2 — катушка индуктивности, 3 — контролируемый объект

Под действием электрического тока, протекающего по катушке (2), в ней возникает магнитное поле. Поскольку магнитная проводимость у железного сердечника (1) лучше, чем у воздуха, магнитное поле концентрируется в сердечнике и рассеивается в воздухе.

Если вблизи сердечника катушки появляется металлический предмет (3), рассеивание магнитного поля уменьшается, магнитный поток в сердечнике возрастает. Изменение магнитного поля вызывает изменение величины электрического тока в катушке — на резисторе R меняется напряжение — датчик срабатывает. Другими словами, появление в магнитном поле катушки металлического предмета изменяет её индуктивность — изменение индукции фиксируется электроникой. (Разумеется, в реальности картина сложнее, но для принципиального понимания работы индукционного датчика подробности можно опустить.)

Очевидно, что индукционный датчик реагирует только на металлические элементы — неметаллические предметы не проводят электрический ток, поэтому на переменное магнитное поле никак не влияют. Помимо этого, поскольку магнитное поле быстро уменьшается с расстоянием, контролируемый объект должен располагаться в зоне чувствительности датчика.

В этом видеоролике принцип работы индукционных датчиков рассмотрен на более высоком уровне — для его понимания нужно знание физики:

Преимущества индукционных датчиков

Из описания устройства индукционных датчиков следует два их важных (в частности, для автомобилестроения) свойства во-первых, они в процессе эксплуатации не изнашиваются — в них просто нечему ломаться; во-вторых, появляется возможность сделать корпус датчика водонепроницаемым.

Использование для питания катушки переменного тока высокой частоты повышает помехозащищённость датчиков: они не реагируют на магнитные поля, возникающие при работе электромоторов и при протекании больших токов по проводам, проложенным вблизи датчиков.

Индукционные датчики отличаются от других типов сенсоров также другими преимуществами:
— высокой точностью;
— быстрым срабатыванием и безынерционностью;
— способностью работать в широком диапазоне температур;
— способностью работать во влажной и химически агрессивной среде;
— конструктивной гибкостью.

В работе индукционных датчиков очень мало систематических погрешностей. Датчики чувствительны к нестабильности питающего напряжения, но это компенсируется незначительным усложнением электрической схемы их подключения.

Что такое технология CIPOS и почему она важна

CIPOS® (от англ. Contactless Inductive Position Sensors) — технология компании Hella, на основе которой разработаны бесконтактные индукционные датчики положения, отвечающие требованиям электромагнитной совместимости.

Hella разработала технологию CIPOS в конце 1990-х годов. Сегодня она применяется в электронных датчиках педалей, рулевого механизма, датчиках выравнивания положения кузова, а также датчиках положения, установленных на валу двигателя. Эта же технология используется в приводном механизме турбонаддува, в дроссельных заслонках, реле радиаторной решетки и в электромагнитных клапанах.

Особенность бесконтактных датчиков CIPOS заключается не только в их высокой надёжности и безотказности. Помимо этого, они позволяют определять положение контролируемого элемента в абсолютных величинах. Благодаря этому датчик может сообщить в блок управления правильные данные сразу же после включения питания. В этом преимущество абсолютных датчиков перед инкрементальными датчиками, которым после включения нужна калибровка для определения «точки отсчёта». Цифровую обработку сигналов производят разработанные Hella чипы, входящие в конструкцию каждого датчика CIPOS.

Датчики CIPOS построены на основе статора и ротора. Статор в свою очередь состоит из катушки возбуждения, приёмных катушек и чипа обработки сигналов. Ротор — это пассивный элемент с замкнутой обмоткой и особой геометрией. Индукционная связь между катушкой возбуждения, ротором и тремя приёмными катушками приводит к возникновению измеряемых сигналов, зависящих от положения ротора, которые отправляются затем в чип

Поскольку усилия инженеров направлены на уменьшение массы и габаритов автомобилей с целью экономии энергоресурсов, компоновка агрегатов становится всё более плотной. В результате в моторном отсеке становится теснее — и жарче. Компактные и конструктивно гибкие датчики CIPOS способны работать в условиях вибрации, повышенной влажности и при экстремальных температурах от –40°C до +170°C и более. При этом их форма, габариты и диапазон измерений легко адаптируются для решения конкретных задач.

Технология CIPOS остается одним из ключевых компонентов автомобилей с режимом автономного вождения и электромобилей. Электромобили с использованием бесщёточных двигателей обладают внушительным КПД и, соответственно, генерируют большую выработку тока. В датчиках CIPOS, работающих индуктивно в диапазоне 3–4 МГц, не используются постоянные электромагниты, а следовательно, в силу естественных свойств они не подвержены действию магнитных полей, создаваемых током двигателя.

Где найти индукционные датчики в автомобиле

Составить общее представление о местах размещения индукционных датчиков в современном автомобиле вам поможет этот короткий видеоролик от Hella:

Если предпочитаете читать, а не смотреть, то вот вам примерный, но не полный, список узлов и агрегатов, где в современных автомобилях применяются индукционные датчики:
— датчики положения дроссельной заслонки и педали газа;
— датчики педали тормоза и сцепления;
— приводной механизм турбонаддува;
— датчик реле управления радиаторной решёткой (в просторечии «жабры»);
— различные электромагнитные клапаны.

В продуктовой линейке Hella имеется множество индукционных датчиков. Вот несколько примеров, которые помогут читателю составить более предметное представление о них.

Датчики угла наклона устанавливаются на шасси автомобиля для управления автоматическим выравниванием фар или активного управления подвеской. Также используются для контроля нажатия на педали акселератора, тормоза, сцепления Датчик положения дроссельной заслонки (TPS) устанавливается в корпус дроссельной заслонки и обеспечивает контроль положения заслонки во всём диапазоне температур Датчик диапазона трансмиссии служит для более точного управления положением шестерней в системе трансмиссии Датчик момента и угла поворота — важнейший элемент электроусилителя руля, особенно в автономных автомобилях Датчик положения распредвала служит, как можно понять из названия, для определения точного положения вала двигателя в момент включения и передачи этой информации в блок управления двигателем. Он устанавливается на конце вала или в сквозном отверстии. Такой датчик пригоден для установки на двигатели с электронным управлением, при этом диапазон измерений полностью адаптируется к особенностям мотора

750 миллионов и будет больше

Сочетание возможностей и надёжности индукционных датчиков обеспечивают им широкую область применения. Они являются примером по-настоящему массового изделия. За два десятилетия компания Hella произвела более 750 миллионов датчиков, и их выпуск растёт.

Индукционные датчики являются необходимым компонентом автоматики, широко применяются в электромобилях. Это закономерно, ведь в движение электромобиль приводится электромоторами, создающими неблагоприятную электромагнитную среду, в которой трудно работать сенсорам, устроенным по альтернативным принципам. В ближайшие пару десятилетий электромобилей будет выпускаться гораздо больше. Даже General Motors объявила об отказе от выпуска автомобилей с ДВС после 2035 года. А значит, и производство и применение индукционных датчиков будет всё шире и шире.

Познакомиться с ассортиментом датчиков Hella можно в каталоге по ссылке. Если же у вас появились вопросы, задавайте их в комментариях под этим постом — мы постараемся на них ответить.

Индуктивные датчики. Разновидности, принцип работы

Индуктивный датчик положения

В промышленной электронике индуктивные, оптические и другие датчики применяются очень широко.

Долго и постоянно имею с ними дело, и вот решил написать статью, поделиться знаниями.

Статья будет обзорной (если хотите, научно-популярной). Приведены реальные инструкции к датчикам и ссылки на примеры.

Виды датчиков

Итак, что вообще такое датчик. Датчик – это устройство, которое выдаёт определённый сигнал при наступлении какого-либо определённого события. Иначе говоря, датчик при определённом условии активируется, и на его выходе появляется аналоговый (пропорциональный входному воздействию) или дискретный (бинарный, цифровой, т.е. два возможных уровня) сигнал.

Точнее можем посмотреть в Википедии: Датчик (сенсор, от англ. sensor) — понятие в системах управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.

Там же и много другой информации, но у меня своё, инженерно-электронно-прикладное, видение вопроса.

Датчиков бывает великое множество. Перечислю лишь те разновидности датчиков, с которыми приходится сталкиваться электрику и электронщику.

Индуктивные. Активируется наличием металла в зоне срабатывания. Другие названия – датчик приближения, датчик положения, индукционный, датчик присутствия, индуктивный выключатель, бесконтактный датчик или выключатель. Смысл один, и не надо путать. По-английски пишут “proximity sensor”. Фактически это – датчик металла.

Оптические. Другие названия – фотодатчик, фотоэлектрический датчик, оптический выключатель. Такие применяются и в быту, называются “датчик освещённости”

Емкостные. Срабатывает на наличие практически любого предмета или вещества в поле активности.

Давления. Давления воздуха или масла нет – сигнал на контроллер или рвёт аварийную цепь. Это если дискретный. Может быть датчик с токовым выходом, ток которого пропорционален абсолютному давлению либо дифференциальному.

Концевые выключатели (электрический датчик). Это обычный пассивный выключатель, который срабатывает, когда на него наезжает или давит объект.

Датчики могут называться также сенсорами или инициаторами.

Пока хватит, перейдём к теме статьи.

Принцип работы индуктивного датчика

Индуктивный датчик является дискретным. Сигнал на его выходе появляется, когда в заданной зоне присутствует металл.

СамЭлектрик.ру в социальных сетях:

Интересно? Хочешь знать больше? Вступай в группу ВК!

Подписывайтесь! Там тоже интересно!

В основе работы датчика приближения лежит генератор с катушкой индуктивности. Отсюда и название. Когда в электромагнитном поле катушки появляется металл, это поле резко меняется, что влияет на работу схемы.

принцип работы индуктивного датчика

Поле индукционного датчика. Металлическая пластина меняет резонансную частоту колебательного контура

И схема, содержащая компаратор, выдаёт сигнал на ключевой транзистор или реле. Нет металла – нет сигнала.

Схема индуктивного датчика

Схема индуктивного npn датчика. Приведена функциональная схема, на которой: генератор с колебательным контуром, пороговое устройство (компаратор), выходной транзистор NPN, защитные стабилитрон и диоды

Большинство картинок в статье – не мои, в конце можно будет скачать источники.

Применение индуктивного датчика

Индуктивные датчики приближения применяются широко в промышленной автоматике, чтобы определить положение той или иной части механизма. Сигнал с выхода датчика может поступать на вход контроллера, преобразователя частоты, реле, пускателя, и так далее. Единственное условие – соответствие по току и напряжению.

Работа индуктивного датчика

Работа индуктивного датчика. Флажок движется вправо, и когда достигает зоны чувствительности датчика, датчик срабатывает.

Кстати, производители датчиков предупреждают, что не рекомендуется подключать непосредственно на выход датчика лампочку накаливания. О причинах я уже писал – ток при включении лампы значительно превышает номинальный.

Характеристики индуктивных датчиков

Чем отличаются датчики.

Почти всё, что сказано ниже, относится не только к индуктивным, но и к оптическим и ёмкостным датчикам.

Конструкция, вид корпуса

Тут два основных варианта – цилиндрический и прямоугольный. Другие корпуса применяются крайне редко. Материал корпуса – металл (различные сплавы) или пластик.

Диаметр цилиндрического датчика

Основные размеры – 12 и 18 мм. Другие диаметры (4, 8, 22, 30 мм) применяются редко.

Чтобы закрепить датчик 18 мм, нужны 2 ключа на 22 или 24 мм.

Расстояние переключения (рабочий зазор)

Это то расстояние до металлической пластины, на котором гарантируется надёжное срабатывание датчика. Для миниатюрных датчиков это расстояние – от 0 до 2 мм, для датчиков диаметром 12 и 18 мм – до 4 и 8 мм, для крупногабаритных датчиков – до 20…30 мм.

Количество проводов для подключения

Подбираемся к схемотехнике.

2-проводные. Датчик включается непосредственно в цепь нагрузки (например, катушка пускателя). Так же, как мы включаем дома свет. Удобны при монтаже, но капризны к нагрузке. Плохо работают и при большом, и при маленьком сопротивлении нагрузки.

2-проводный датчик. Схема включения

Нагрузку можно подключать в любой провод, для постоянного напряжения важно соблюдать полярность. Для датчиков, рассчитанных на работу с переменным напряжением – не играет роли ни подключение нагрузки, ни полярность. Можно вообще не думать, как их подключать. Главное – обеспечить ток.

3-проводные. Наиболее распространены. Есть два провода для питания, и один – для нагрузки. Подробнее расскажу отдельно.

4- и 5-проводные. Такое возможно, если используется два выхода на нагрузку (например, PNP и NPN (транзисторные), или переключающие (реле). Пятый провод – выбор режима работы или состояния выхода.

Виды выходов датчиков по полярности

У всех дискретных датчиков может быть только 3 вида выходов в зависимости от ключевого (выходного) элемента:

Релейный. Тут всё понятно. Реле коммутирует необходимое напряжение либо один из проводов питания. При этом обеспечивается полная гальваническая развязка от схемы питания датчика, что является основным достоинством такой схемы. То есть, независимо от напряжения питания датчика, можно включать/выключать нагрузку с любым напряжением. Используется в основном в крупногабаритных датчиках.

Транзисторный PNP. Это – PNP датчик. На выходе – транзистор PNP, то есть коммутируется “плюсовой” провод. К “минусу” нагрузка подключена постоянно.

Транзисторный NPN. На выходе – транзистор NPN, то есть коммутируется “минусовой”, или нулевой провод. К “плюсу” нагрузка подключена постоянно.

Можно чётко усвоить разницу, понимая принцип действия и схемы включения транзисторов. Поможет такое правило: Куда подключен эмиттер, тот провод и коммутируется. Другой провод подключен к нагрузке постоянно.

Ниже будут даны схемы включения датчиков, на которых будет хорошо видно эти отличия.

Виды датчиков по состоянию выхода (НЗ и НО)

Какой бы ни был датчик, один из основных его параметров – электрическое состояние выхода в тот момент, когда датчик не активирован (на него не производится какое-либо воздействие).

Выход в этот момент может быть включен (на нагрузку подается питание) либо выключен. Соответственно, говорят – нормально закрытый (нормально замкнутый, НЗ) контакт либо нормально открытый (НО) контакт. В иностранной аппаратуре, соответственно – NС и NО.

То есть, главное, что надо знать про транзисторные выходы датчиков – то, что их может быть 4 разновидности, в зависимости от полярности выходного транзистора и от исходного состояния выхода:

  • PNP NO
  • PNP NC
  • NPN NO
  • NPN NC

Контакты датчиков также могут быть с задержкой включения или выключения. Про такие контакты также сказано в статье про приставки выдержки времени ПВЛ. А почему датчики, отвечающие за безопасность, должны быть обязательно с НЗ контактами – см. статью про Цепи безопасности в промышленном оборудовании.

Кстати, если Вам вообще интересно то, о чем я пишу, подписывайтесь на получение новых статей и вступайте в группу в ВК!

Положительная и отрицательная логика работы

Это понятие относится скорее к исполнительным устройствам, которые подключаются к датчикам (контроллеры, реле).

ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ или ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ логика относится к уровню напряжения, который активизирует вход.

ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ логика: вход контроллера активизируется (логическая “1”) при подключении к ЗЕМЛЕ. Клемму S/S контроллера (общий провод для дискретных входов) при этом необходимо соединить с +24 В=. Отрицательная логика используется для датчиков типа NPN.

ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ логика: вход активизируется при подключении к +24 В=. Клемму контроллера S/S необходимо соединить с ЗЕМЛЕЙ. Используйте положительную логику для датчиков типа PNP. Положительная логика применяется чаще всего.

Существуют варианты различных устройств и подключения к ним датчиков, спрашивайте в комментариях, вместе подумаем.

Продолжение статьи – здесь >>>. Во второй части даны реальные схемы и рассмотрено практическое применение различных типов датчиков с транзисторным выходом.

Скачать инструкции и руководства на некоторые типы индуктивных датчиков:

• Autonics_proximity_sensor / Каталог датчиков приближения Autonics, pdf, 1.73 MB, скачан: 2243 раз./

• Omron_E2A / Каталог датчиков приближения Omron, pdf, 1.14 MB, скачан: 2876 раз./

• ТЕКО_Таблица взаимозаменяемости выключателей зарубежных производителей / Чем можно заменить датчики ТЕКО, pdf, 179.92 kB, скачан: 2283 раз./

• Turck_InduktivSens / Датчики фирмы Turck, pdf, 4.13 MB, скачан: 2733 раз./

• pnp npn / Схема включения датчиков по схемам PNP и NPN в программе Splan/ Исходный файл., rar, 2.18 kB, скачан: 4396 раз./

Индуктивный датчик

Как я уже писал, есть принципиально 4 вида датчиков с транзисторным выходом, которые подразделяются по внутреннему устройству и схеме включения:

  • PNP NO
  • PNP NC
  • NPN NO
  • NPN NC

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push(<>);

Все эти типы датчиков можно заменить друг на друга, т.е. они взаимозаменяемы.

Это реализуется такими способами:

  • Переделка устройства инициации — механически меняется конструкция.
  • Изменение имеющейся схемы включения датчика.
  • Переключение типа выхода датчика (если имеются такие переключатели на корпусе датчика).
  • Перепрограммирование программы — изменение активного уровня данного входа, изменение алгоритма программы.

Ниже приведён пример, как можно заменить датчик PNP на NPN, изменив схему подключения:

PNP-NPN замена. Слева — исходная схема, справа — переделанная.

Понять работу этих схем поможет осознание того факта, что транзистор — это ключевой элемент, который можно представить обычными контактами реле (примеры — ниже, в обозначениях).

Итак, схема слева. Предположим, что тип датчика — НО. Тогда (независимо от типа транзистора на выходе), когда датчик не активен, его выходные «контакты» разомкнуты, и ток через них не протекает. Когда датчик активен, контакты замкнуты, со всеми вытекающими последствиями. Точнее, с протекающим током через эти контакты)). Протекающий ток создает падение напряжения на нагрузке.

Внутренняя нагрузка показана пунктиром неспроста. Этот резистор существует, но его наличие не гарантирует стабильную работу датчика, датчик должен быть подключен к какому-либо входу. Сопротивление этого входа и является основной нагрузкой.

Если внутренней нагрузки в датчике нет, и коллектор «висит в воздухе», то это называют «схема с открытым коллектором». Эта схема работает ТОЛЬКО с подключенной нагрузкой.

Так вот, в схеме с PNP выходом при активации напряжение (+V) через открытый транзистор поступает на вход контроллера, и он активизируется. Как того же добиться с выходом NPN?

Бывают ситуации, когда нужного датчика нет под рукой, а станок должен работать «прям щас».

Смотрим на изменения в схеме справа. Прежде всего, обеспечен режим работы выходного транзистора датчика. Для этого в схему добавлен дополнительный резистор, его сопротивление обычно порядка 5,1 — 10 кОм. Теперь, когда датчик не активен, через дополнительный резистор напряжение (+V) поступает на вход контроллера, и вход контроллера активизируется. Когда датчик активен — на входе контроллера дискретный «0″, поскольку вход контроллера шунтируется открытым NPN транзистором, и почти весь ток дополнительного резистора проходит через этот транзистор.

Да, не совсем то, что мы хотели. В данном случае происходит перефазировка работы датчика. Зато датчик работает в режиме, и контроллер получает информацию. В большинстве случаев этого достаточно. Например, в режиме подсчета импульсов — тахометр, или количество заготовок.

Как добиться полного функционала? Способ 1 — механически сдвинуть либо переделать металлическую пластинку (активатор). Либо световой промежуток, если речь идёт об оптическом датчике. Способ 2 — перепрограммировать вход контроллера чтобы дискретный «0″ был активным состоянием контроллера, а «1″ — пассивным. Если под рукой есть ноутбук, то второй способ и быстрее, и проще.

Индуктивный датчик: принцип действия и устройство

Индуктивный датчик является очень распространенным устройством, входящим в состав низового оборудования в автоматизированных системах управления производством. Устройства широко применяются в машиностроении, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности.

Смотреть галерею Наиболее эффективно приборы используются в станках в качестве конечных выключателей, а также в автоматических линиях.

При этом индуктивные датчики реагируют только на металлы, оставаясь нечувствительными к другим материалам. Данное свойство позволяет увеличить защищенность устройств от помех, вводя в их зону чувствительности различные смазки, эмульсии и другие вещества, что не вызовет ложного срабатывания.

Объектами, на которые воздействует индуктивный датчик положения, являются различные металлические детали: кулачки, ползуны, зубья шестеренок. Во многих случаях может применяться прикрепленная к деталям оборудования пластина.

По статистике, из всех используемых датчиков положения более 90 процентов приходится на индуктивные устройства.

Это можно объяснить их отличными эксплуатационными характеристиками, низкой стоимостью и одновременно высокой надежностью, чего нельзя сказать о других приборах.

Бесконтактный выключатель (индуктивный датчик) работает по следующим принципам. Входящий в состав устройства генератор производит электромагнитное поле, которое взаимодействует с объектом. Необходимую длительность сигнала управления и гистерезис при переключении обеспечивает триггер. Усилитель позволяет увеличить до необходимого значения амплитуду сигнала.

Расположенный в датчике световой индикатор обеспечивает оперативность настройки, контроль работоспособности и показывает состояние выключателя. Для защиты от проникновения в устройство воды и твердых частиц используется компаунд. Корпус изделия позволяет монтировать индуктивный датчик приближения и защищает приспособление от механических воздействий. Его изготавливают из полиамида или латуни, комплектуя метизными компонентами.

В процессе работы устройства при подаче напряжения катушкой индуктивности генератора создается переменное магнитное поле, которое располагается перед активной поверхностью выключателя. При попадании в зону чувствительности объекта воздействия происходит снижение качества контура и амплитуды колебаний. В результате происходит срабатывание триггера и изменяется состояние выхода выключателя.

Индуктивный датчик имеет некоторые особенности применения. Он может распознавать различные группы металлов, благодаря отсутствию износа и механического воздействия является долговечным приспособлением. Устройства комплектуют с помощью механизмов защиты от короткого замыкания и перегрузок.

Они имеют стойкость к высокому давлению, впускаются в различных вариантах для применения при высоких (до 150 Сo) и низких (от – 60 Со) температурах. Индуктивный датчик обладает устойчивостью к активным химическим средам, может иметь аналоговый или дискретный выход для определения положения относительно устройства объекта воздействия.

Способ подключения

Вариант подключения любого бесконтактного датчика зависит от примененной в процессе его производства схемы построения.

Трехпроводные

Трехпроводные имеют 3 проводника, 2 из которых предназначаются для обеспечения устройства питанием, а третий применяется для подключения к нагрузке. Она, в зависимости от использованной при разработке структуры, может подсоединяться к аноду либо катоду источника напряжения электрического тока.

Четырехпроводные

Четырехпроводные индукционные датчики отличаются наличием четырех проводников: 2 провода идут на питание, а другие 2 — на загрузку.

Двухпроводные

Двухпроводные устройства подключаются прямо в нагрузочную цепь. Это самый элементарный вариант, но и он обладает отдельными особенностями. Данный способ для нагрузки требует номинальное сопротивление, если же его значение окажется больше или меньше, тогда индукционный датчик не сможет корректно работать.

Пятипроводные

Пятипроводной отличается от четырехпроводного только наличием пятого проводника, который позволяет выбирать режим работы устройства.

Индуктивные датчики. Виды. Устройство. Параметры и применение

Индуктивные датчики – преобразователи параметров. Их работа заключается в изменении индуктивности путем изменения магнитного сопротивления датчика.

Большую популярность индуктивные датчики получили на производстве для измерения перемещений в интервале от 1 микрометра до 20 мм. Индуктивный датчик можно применять для замера уровней жидкости, газообразных веществ, давлений, различных сил. В этих случаях диагностируемый параметр преобразуется чувствительными компонентами в перемещение, далее эта величина поступает на индуктивный преобразователь.

Для замера давления применяются чувствительные элементы. Они играют роль датчиков приближения, предназначенные для выявления разных объектов бесконтактным методом.

Основные характеристики и схемы подключения индуктивного датчика Принцип работы и виды индуктивных датчиков, способы подключения Индуктивный датчик: принцип действия и устройство Индукционный датчик своими руками схема. описание и принцип работы индуктивных бесконтактных датчиков. видео «как подключить индукционный регулятор?» Электронные датчики, принцип работы и область применения емкостного, индуктивного, оптического датчиков Индуктивный датчик - принцип работы, устройство, фото и видео обзор Индуктивный датчик: виды, принцип работы, схема подключения, как проверить Принцип работы индуктивного датчика (положения, частоты вращения, перемещения и приближения) Индуктивный датчик: виды, принцип работы, схема подключения, как проверить В современных станках и высокоточном оборудовании, где важно контролировать положение конструктивных элементов устанавливается индуктивный датчик Для чего применяется данное устройство, какие разновидности и способы подключения существуют, как оно работае

Виды и устройство

Индуктивные датчики разделяются по схеме построения на 2 вида:

  1. Одинарные датчики.
  2. Дифференциальные датчики.

Первый вид модели имеет одну ветвь измерения, в отличие от дифференциального датчика, у которого две измерительные ветви.

В дифференциальной модели при изменении диагностируемого параметра изменяются индуктивности 2-х катушек. При этом изменение осуществляется на одинаковое значение с противоположным знаком.

Индуктивность катушки вычисляется по формуле: L = WΦ/I

Где W– количество витков; Ф – магнитный поток; I – сила тока, протекающего по катушке. Сила тока взаимосвязана с магнитодвижущей силой следующим отношением: I = Hl/W

Из этой формулы получаем: L = W²/Rm
Где R m = H*L/Ф – магнитное сопротивление.

Работа одинарного датчика заключается в свойстве дросселя, изменять индуктивность при увеличении или уменьшении воздушного промежутка.

Конструкция датчика включает в себя ярмо (1), витки обмотки (2), якорь (3), который фиксируется пружинами. По сопротивлению поступает переменный ток на обмотку. Сила тока в нагрузочной цепи вычисляется:

L – индуктивность датчика, rd – активное дроссельное сопротивление. Оно является постоянной величиной, поэтому изменение силы тока I может осуществляться только путем изменения составляющей индуктивности XL=IRн, зависящей от размера воздушного промежутка δ.

Каждой величине зазора соответствует некоторое значение тока, определяющего падение напряжения на резисторе Rн: Uвых=I*Rн – является сигналом выхода датчика. Можно определить следующую зависимость U вых = f (δ), при одном условии, что зазор очень незначительный и потоки рассеивания можно не учитывать, как и магнитное сопротивление металла Rмжв сравнении с магнитным сопротивлением зазора воздуха Rмв.

Окончательно получается выражение:
На практике активное сопротивление цепи несравнимо ниже индуктивного. Поэтому формула принимает вид:
Из недостатков одинарных можно отметить:
  • При эксплуатации датчика на якорь воздействует сила притяжения к сердечнику. Эта сила не уравновешена никакими методами, поэтому она снижает точность функционирования датчика, и вносит некоторый процент погрешности.
  • Сила нагрузочного тока зависит от амплитуды напряжения и ее частоты.
  • Чтобы измерить перемещение в двух направлениях, нужно установить первоначальное значение зазора, что доставляет определенные неудобства.

Дифференциальные индуктивные датчики объединяют в себе два нереверсивных датчика и изготавливаются в виде некоторой системы, которая состоит из 2-х магнитопроводов, имеющих два отдельных источника напряжения. Для этого чаще всего применяется разделительный трансформатор (5).

Дифференциальные датчики классифицируются по форме сердечника:
  • Индуктивные датчики с Ш-образной формой магнитопровода, выполненного в виде листов электротехнической стали. При частоте более 1 килогерца для сердечника используют пермаллой.
  • Цилиндрические индуктивные датчики с круглым магнитопроводом.

Форму датчика выбирают в зависимости от конструкции и ее сочетания с механизмом. Использование магнитопровода Ш-образной формы является удобным для сборки катушки и снижения габаритных размеров индуктивного датчика.

Принцип работы

Принцип действия индуктивного датчика заключается в способности электромагнитного поля изменять свои параметры, в зависимости от значения магнитной проводимости на пути протекания потока. В основе его работы лежит классический вариант катушки, намотанной на сердечник.


Рис. 2. Магнитное поле в состоянии покоя

При протекании электрического тока I по виткам этой катушки генерируется магнитное поле (см. рисунок 2), результирующий вектор магнитной индукции B которого определяется по правилу Правой руки. При движении магнитного поля по сердечнику, ферромагнитный материал обеспечивает максимальную пропускную способность. Но, как только линии магнитной индукции попадают в воздушное пространство, магнитная проводимость существенно ухудшается и часть поля рассеивается.


Рис. 3. Магнитное поле при введении объекта срабатывания

При внесении в область действия поля индуктивного датчика объекта срабатывания (рисунок 3), изготовленного из металла, напряженность линий индукции резко изменяется. В результате чего усиливается поток и меняется его значение, а это, в свою очередь, приводит к изменению электрической величины в цепи катушки за счет явления взаимоиндукции. На практике этот сигнал слишком мал, поэтому для расширения предела измерения индуктивного датчика в их схему включается усилитель.

Способ подключения

Вариант подключения любого бесконтактного датчика зависит от примененной в процессе его производства схемы построения.

Трехпроводные

Трехпроводные имеют 3 проводника, 2 из которых предназначаются для обеспечения устройства питанием, а третий применяется для подключения к нагрузке. Она, в зависимости от использованной при разработке структуры, может подсоединяться к аноду либо катоду источника напряжения электрического тока.

Четырехпроводные

Четырехпроводные индукционные датчики отличаются наличием четырех проводников: 2 провода идут на питание, а другие 2 — на загрузку.

Двухпроводные

Двухпроводные устройства подключаются прямо в нагрузочную цепь. Это самый элементарный вариант, но и он обладает отдельными особенностями. Данный способ для нагрузки требует номинальное сопротивление, если же его значение окажется больше или меньше, тогда индукционный датчик не сможет корректно работать.

Пятипроводные

Пятипроводной отличается от четырехпроводного только наличием пятого проводника, который позволяет выбирать режим работы устройства.

Схемы сборки

Микроволновый

Для контроля открытых пространств и контроля наличия объектов в нужной зоне, существует емкостное реле. Принцип действия данного устройства заключается в измерении величины поглощения радиоволн. Каждый наблюдал или был участником этого эффекта, когда, приближаясь к работающему радиоприемнику, частота на которой он работает, сбивалась и появлялись помехи.

Поговорим о том, как сделать датчик движения микроволнового типа. Сердцем данного детектора является радио микроволновой генератор и специальная антенна.


На данной принципиальной схеме представлен простой способ сделать микроволновый датчик движения. Транзистор VT1 является высокочастотным генератором и по совместительству радио приемником. Детекторный диод выпрямляет напряжение, подавая смещение на базу транзистора VT2. Обмотки трансформатора Т1 настроены на разную частоту. В начальном состоянии, когда на антенну не воздействует внешняя емкость, амплитуды сигналов взаимно компенсируются и на детекторе VD1 нет напряжения.При изменении частоты, их амплитуды складываются и детектируются диодом. Транзистор VT2 начинает открываться. В качестве компаратора для четкой отработки состояний «включено» и «выключено», используется тиристор VS1, который управляет силовым реле на 12 Вольт.

Ниже предоставлена действенная схема реле присутствия на доступных компонентах, которая поможет собрать детектор движения своими руками или просто пригодится для ознакомления с устройством.

Тепловой

Тепловой ДД (PIR) самый распространенный сенсорный аппарат в хозяйственном секторе. Это объясняется дешевыми комплектующими, простой схемой сборки, отсутствием дополнительных сложных настроек, широким температурным диапазоном работы.

Готовый аппарат можно купить в любом магазине электротоваров. Часто этим сенсором снабжаются светильники, устройства сигнализации и прочие контроллеры. Однако сейчас мы расскажем, как сделать тепловой датчик движения в домашних условиях. Простая схема для повторения выглядит следующим образом:


Специальный тепловой датчик В1 и фото элемент VD1 составляют автоматизированный комплекс управления освещением. Устройство начинает работать только после наступления сумерек, порог срабатывания можно выставить резистором R2. Датчик подключает нагрузку при попадании перемещающегося человека в зону контроля. Время встроенного таймера для отключения можно выставить регулятором R5.

Самоделка из модуля для Arduino

Недорогой сенсор можно сделать из специальных готовых плат для радио конструктора. Так можно получить довольно миниатюрное устройство. Для сборки нам понадобятся модуль датчика движения для микроконтроллеров Arduino и модуль одноканального реле.

На каждой плате распаян разъем из трех штырьков, VCC +5 вольт, GND -5 вольт, OUT выход на детекторе и IN вход на плате реле. Для того, чтобы сделать устройство своими руками, необходимо с источника питания подать на платы 5 Вольт (плюс и минус), например, от зарядки для телефонов, а out и in соединить вместе. Соединения можно проводить с помощью разъемов, но надежнее будет все спаять. Можно руководствоваться схемой ниже. Миниатюрный транзистор, как правило, уже встроен в модуль реле, поэтому дополнительно его ставить не нужно.

Теперь вы знаете, как сделать датчик движения своими руками. Надеемся, предоставленные схемы и видео помогли вам в сборке самодельного сенсора!

Будет полезно прочитать:

Принцип работы индуктивного датчика

В отличие от популярных в прошлом электромеханических выключателей индуктивные датчики относятся к оборудованию с бесконтактным принципом работы, т. е. для срабатывания датчику не требуется физический контакт с объектом. Это означает отсутствие механического износа, что оказывает существенное влияние на время жизни компонентов и исключает необходимость их обслуживания. В силу принципа действия индуктивные датчики используются в случаях, когда требуется определять металлический, либо изготовленный из магнитных/ферромагнитных материалов объект или предмет. Неметаллические объекты датчиком игнорируются.

В общем случае индуктивный датчик состоит из нескольких основных компонентов

— металлический (чаще всего латунный или стальной), либо пластиковый корпус, в котором помещаются все компоненты датчика;

— катушка колебательного контура, находящаяся непосредственно за пластиковой или металлической т. н. чувствительной поверхностью датчика;

Электронные датчики, принцип работы и область применения емкостного, индуктивного, оптического датчиков Индуктивные бесконтактные датчики: основные характеристики, принцип работы устройства Индуктивный датчик: виды, принцип работы, схема подключения, как проверить Индуктивный датчик положения принцип работы Принцип работы и виды индуктивных датчиков, способы подключения Индуктивный датчик: бесконтактный, порядок проверки и технические параметры Индуктивные датчики и их виды Индуктивный датчик: бесконтактный, порядок проверки и технические параметры Принцип работы индуктивного датчика Принцип действия и применение бесконтактных индуктивных датчиков положения, перемещения, скорости

— генератор, создающий электромагнитное поле;

— триггер Шмитта, преобразующий аналоговый сигнал в логический дискретный;

— усилитель, обеспечивающий достаточный уровень выходного сигнала для дальнейшей его передачи;

— один или несколько светодиодных индикаторов – чаще всего для индикации срабатывания, но в отдельных случаях также указывающий на наличие питания датчика и статус конфигурирования;

— компаунд, которым заливается всё внутреннее пространство датчика для защиты электронных компонентов от попадания влаги и мелких частиц;

— кабель, клеммная коробка, либо разъём для подключения датчика.

Принцип действия

индуктивного датчика основывается на изменении индуктивности катушки и сердечника – потому датчик и называется индуктивным. Он сводится к нескольких основным этапам:

— на датчик подаётся питание

— генератор вырабатывает магнитное поле в области катушки

— при попадании в область действия датчика металлического, магнитного или ферромагнитного объекта в нём наводятся вихревые токи, изменяющие амплитуду колебаний генератора

— изменение амплитуды обеспечивает выходной аналоговый сигнал

— триггер Шмитта преобразует аналоговый сигнал в логический дискретный

— усилитель повышает уровень сигнала до необходимого значения

Как и любое другое электронное устройство, индуктивный датчик обладает рядом основных и второстепенных параметров. Первые являются основными при подборе датчика для решения конкретной задачи, в то время как вторые позволяют установить пригодность датчика для использования в специфических условиях.

Сферы использования

Возможная область применения индукционных датчиков настолько велика, что позволяет использовать их не только в быту и автомобилестроении, но и в промышленности с робототехникой, а также медицине.

Медицинские аппараты

Индуктивные датчики широко используются при производстве медицинского оборудования, поскольку магнитные свойства устройства позволяют регистрировать легочную вентиляцию, параметры вибрации, а также снимать баллистокардиограммы.

Бытовая техника

В бытовом плане датчики могут выступать в качестве приспособления контроля водоснабжения, уровня освещения и положения двери (закрыта или открыта), поэтому используются при производстве, к примеру, стиральных машин и другой бытовой техники. Кроме того, устройства применяются в процессе создания элементов «умного дома».

Автомобильная промышленность

Используется индукционный датчик и в автостроении, выступая в роли контроллера, определяющего положение коленчатого вала. При приближении металлического объекта, в данном случае, зуба шестерни, к устройству, генерируемое встроенным постоянным магнитом магнитное поле увеличивается, что приводит к наведению в катушке переменного напряжения.

Внимание! Некоторые производители для повышения эффективности стараются изменить конструкцию индукционного датчика, к примеру, используя внешние магниты для его активации

Робототехническое оборудование

В случае с робототехникой, индуктивным датчикам нашли применение в производстве беспилотных аппаратов и промышленных роботов для повышения их чувствительности к препятствиям и способности распознавать объекты, а также устройствах, для которых важна самобалансировка.

Промышленная техника регулирования и измерения

Широко используются в работе систем транспортеров, упаковочных аппаратов и сборочных линий, а еще в составе всех видов станкового оборудования и запорной арматуры. Также индуктивные датчики помогают контролировать мелкие и крупные элементы промышленной техники (зубцы шестеренок, стальные флажки, штампы), объекты производства (металлические изделия, листы металла, крышки) и т.п. Кроме того, при их подключении к импульсным счетчикам можно в результате получить элементарное, но крайне эффективное считывающее устройство.

Параметры индуктивного датчика

Один из параметров уже описывался выше – это диапазон срабатывания. Хотя, как утверждают специалисты, он не является важным, но именно по нему и делают выбор. Все дело в том, что в паспорте изделия указываются номинальные параметры напряжения при работе прибора в температурном режиме +20С. Постоянное напряжение составляет 24 вольт, переменное – 230 вольт. Как вы понимаете, в таких условиях индукционный датчик обычно не работает, а если и работает, то редко. При этом в качестве объекта, который будет изменять индуктивность катушки прибора, должна выступать стальная пластина, ее ширина должна быть равна трем диапазонам срабатывания и толщиною 1 мм.

Как ответить на вопрос: что это такое — триггер?

Маркировка

На практике же за основу выбора берут два показателя диапазона срабатывания:

  • Эффективный.
  • Полезный.

Показания первого отличаются от номинального параметра в пределах ±10%. При этом температурный диапазон расширяется от +18С до +28С. Второй определяется, как ±10% от первого при температурном режиме от 25 до 70С. И если при первом параметре используется номинальное напряжение в сети, то при втором присутствует разброс от 85% до 110% от номинала.

Есть еще один параметр, который связан с зоной срабатывания. Это гарантированный предел. Его нижняя часть равна «0», а верхняя 81% от номинального диапазона.

Необходимо учитывать и такие параметры, как гистерезис и повторяемость. Что такое гистерезис в этом случае? По сути, это расстояние между дальними позициями срабатывания датчика. Оптимальное его значение – это 20% от эффективного диапазона срабатывания.

Не последнее значение имеет и материал, из которого изготавливается объект слежения (перемещения). Оптимальный вариант – сталь 37, ее коэффициент редукции равен «1». Все остальные металлы имеют меньший коэффициент. К примеру, нержавейка – 0,85, медь – 0,3. Как понять, на что влияет коэффициент редукции? Для примера возьмем медную пластину. То есть, получается так, что диапазон срабатывания будет равно 0,3, умноженному на полезный диапазон срабатывания. Достаточно низкий показатель.

Перечислим и другие не столь важные параметры6

Постоянное напряжение имеет диапазоны: 10-30, 10-60, 5-60 вольт. Переменное 98-253 вольт.

Индуктивный датчик: бесконтактный, порядок проверки и технические параметры Схемы включения индуктивных датчиков приближения – самэлектрик.ру Принцип работы индуктивного датчика (положения, частоты вращения, перемещения и приближения) Индуктивный датчик: бесконтактный, порядок проверки и технические параметры Принцип работы и виды индуктивных датчиков, способы подключения Индуктивный датчик – устройство, принцип работы, параметры и классификация Так что же это за «хитрость» — индуктивный датчик приближения? Индуктивный датчик – устройство, принцип работы, параметры и классификация

Индуктивные прямоугольные датчики серии RN

  • Ток нагрузки (номинальный) – 200 мА. Сегодня производители иногда производят датчики с токовой нагрузкой 500 мА. Это так называемое специсполнение.
  • Частота отклика. Суть этого параметра заключается в том, что он показывает максимальное значение возможности переключаться. Измеряется данный параметр в герцах. Так для основных промышленных датчиков этот показатель равен 1000 Гц.

Общее описание и назначение

Индуктивным датчиком принято называть устройство, способное преобразовывать механические перемещений контролируемых объектов в электрический сигнал. Представляет собой одну или несколько катушек индуктивности, объединенных с магнитопроводом и подвижным якорем, который регистрирует измерения линейного или углового размера и, перемещаясь, влияет на показатель индуктивности, изменяя ее в одну или другую сторону. Благодаря такой особенности, бесконтактные датчики активно используются в качестве элементов контроля положения металлических объектов.

По схеме построения индукционные датчики принято разделять только на 2 отдельных вида: одинарные и дифференцированные.

Одинарные

Устройства только с одним магнитопроводом. Такая схема обычно применяется при разработке бесконтактных выключателей.

Дифференциальные

Отличаются наличием сразу 2-ух магнитопроводов, каждый из которых специально сделанных в виде «ш». Это позволяет взаимокомпенсировать воздействие, оказываемое на сердечник, повышая таким образом точность производимых измерений. По сути, схема представляет из себя систему из 2-ух датчиков, соединенных общим якорем.

Индукционные датчики следующего поколения

Благодаря новым разработкам в этой области, были созданы усовершенствованные модели индукционных датчиков следующего поколения. Принцип работы остался прежним, однако подверглась тщательной переработке конструкция устройства. В результате датчики теперь оснащаются тонкими платами, распечатанными на 3D-принтерах, и современной цифровой электроникой. Кроме того, их производят на гибких подложках, что избавляет от необходимости использования традиционных кабелей и разъемов. Так что пользоваться устройствами можно даже в тяжелых погодных условиях.

К преимуществам новых разработок можно отнести следующее:

  • снижение стоимости и веса, более компактные размеры;
  • возможность выбора практически любых форм-факторов;
  • повышение точности реагирования на металлические объекты;
  • возможность проведения замеров, связанных со сложной геометрией, в двух или трех измерениях;
  • упрощение конструкции;
  • возможность устанавливать несколько индукционных датчиков близко друг к другу из-за высокой электромагнитной совместимости.

Мониторинг паропроводов

LOCA (утечка охладителя) описавает аварию с утечкой охлаждающей жидкости в реакторе, причина которой может заключаться в нарушении трубопроводной системы. В худшем случае, можно предположить, что оба конца трубы отрезаны и утечка происходит через двойное сечение трубопровода. Соответственно рассичтывается аварийная охлаждающая система и размер резервной емкости реактора. Дублирующие системы должны быть доступны, поврежденные трубопроводы должны быть перекрыты аварийными клапанами за короткий промежуток времени. Причины аварии могут быть разными, например, землетрясение, крушение самолета или цунами.

Другое возможное явление — это гидроудар, который может произойти в горячих паропроводах при конденсации части насыщенного пара и накопления в трубе из-за недостаточного дренирования, так что неожиданно на определенных участках трубы все поперечное сечение оказывается заполнено водой. Водяной столб ускоряется давлением пара, и происходит удар, похожий на работу поршня цилиндра. Последующие изгибы трубопровода представляют препятствие водяному столбу и его массовой инерции. Давление в сети трубопроводов быстро возрастает и в несколько раз превышает максимальное давление пара и может исчерпать запас проектный прочности трубопровода, приводя к деформации или разрыву трубы.

Мониторинг трубопроводов электростанций

В обоих авариях, LOCA (утечка охладителя) и гидроудар, важно постоянно контролировать важные для безопасности станции элементы, такие как трубопроводы охлаждения и паропроводы перегретого пара, а также, если необходимо, немедленно их перекрывать при помощи аварийных клапанов. Функции берут на себя дублирующие системы

Эффективное предохранительное устройство состоит из установленных датчиков перемещений трубопроводов, построенных по принципу полного индуктивного моста (LVDT). Индуктивный датчик перемещений передает данные о положении трубопровода в виде сигнала на пульт управления. Кроме того, низкочастотные вибрации трубопроводов могут служить сигналом о возможной аварии. Положение трубопроводов в нескольких различных точках отображается на пульте управления станции. Если результат измерений выходит за предварительно заданные пороговые значения с учетом возможных расчетных перемещений и амплитуды вибраций, подается сигнал тревоги и выполняется установленная аварийная процедура.

Установка индуктивного датчика линейных перемещений для мониторинга паропроводов (измерение положения трубы)

Используются диапазоны измерений индуктивных датчиков линейных перемещений от 100 до 300 мм. Сами датчики должны выдерживать экстремальные условия эксплуатации без ущерба, например, максимальную температуру 180°C, паро-воздушную смесь 100% (относительная влажность) и конденсат 0,5 кг/м³ при температуре 125°C. Датчики eddylab, предназначенные для этой задачи, состоят из цилиндрического корпуса и подвижного штока. Корпус крепится к неподвижной конструкции при помощи струбцин, шток соединяется с трубопроводом. Если паропровод движется вместе со штоком относительно корпуса датчика, выходной сигнал изменяется. Результаты мониторинга в виде непрерывного сигнала положения передаются в систему управления станции.

Внутри датчик состоит из системы катушек (первичная и вторичная) в герметичном корпусе с кольцевыми уплотнениями Viton. Электроника IMCA питает первичную катушку LVDT сигналом на несущей частоте 3 кГц и анализирует дифференциальное напряжение на вторичной катушке по амплитуде и фазе. Преимуществом данной системы является возможность использования длинного кабеля между датчиком и электроникой, так что электроника может находиться в безопасном месте на удалении 100 м и более, в то время как датчик может подвергаться экстремальным условиям на месте установки без проблем.

3.5. Индуктивные датчики

Принцип действия индуктивных датчиков основан на изменении индуктивности L или взаимоиндуктивности обмотки с сердечником вследствие изменения магнитного сопротивления Rm магнитной цепи датчика, в которую входит сердечник.

Индуктивные датчики относятся к классу параметрических. Измеряемое перемещение на входе датчика вызывает изменение параметров магнитной и электрической цепей, что, в свою очередь, вызывает изменение выходной величины — электрического тока I или напряжения U.

С помощью индуктивных датчиков можно контролировать механические перемещения, силы, температуру, свойства магнитных материалов, определять наличие дефектов, контролировать диаметр стальной проволоки, толщину немагнитных покрытий на стали и др.

Индуктивные датчики отличает ряд достоинств: простота и прочность конструкции, надежность в работе, отсутствие скользящих контактов, большая величина мощности на выходе (до нескольких десятков ватт), высокая чувствительность (до 100 В/мм).

Рисунок 3.7 Схема (а) и характеристика (б) индуктивного преобразователя:

1- сердечник; 2- обмотка; 3- якорь.

К достоинствам рассмотренных индуктивных трансформаторных датчиков следует отнести:

достаточно высокую выходную мощность, позволяющую во многих случаях обойтись без усилительных устройств;

высокие чувствительность и разрешающую способность;

сравнительную простоту конструкции; высокую надежность;

малые массу и размеры при расчете на напряжение повышенной частоты;

Недостатками рассмотренных измерительных преобразователей являются:

трудность регулировки и компенсации начального напряжения на их выходе;

необходимость экранирования для уменьшения уровня помех, что обусловливает увеличение размеров и массы;

возможность работы только на переменном токе;

ограниченность диапазона линейной статической характеристики.

3.6. Емкостные датчики

Принцип действия емкостных измерительных преобразователей основан на изменении емкости конденсатора под воздействием входной преобразуемой величины. Емкость конденсатора:

где ε — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика;

ε0 — диэлектрическая проницаемость вакуума;

S — площадь пластины;

δ — толщина диэлектрика или расстояние между пластинами.

Емкостные преобразователи используют для измерения угловых и линейных перемещений, линейных размеров, уровня, усилий, влажности, концентрации и др. Конструктивно они могут быть выполнены с плоскопараллельными, цилиндрическими, штыревыми электродами, с диэлектриком между пластинами и без него.

Емкостный плоскопараллельный измерительный преобразователь с изменяемой площадью перекрытияS (cм. рис. 3.8, а) описывается уравнением преобразования:

где а — ширина пластин конденсатора;

X — длина перекрытия электродов.

Рисунок 3.8 Схемы емкостных датчиков с различными измеряемыми параметрами.

Рисунок 3.9 Емкостной датчик для измерения угловых велечин

Емкостные преобразователи перемещения с переменной площадью перекрытия (рис. 3.9) используют и для измерения угловых величин. В этом случае емкость измерительного преобразователя:

где r2, r1 — соответственно наружный и внутренний радиусы пластин;

φ, φ0 — соответственно текущий (измеряемый) и начальный углы перекрытия пластин.

Емкостный плоскопараллельный преобразователь перемещения с изменяющимся воздушным зазором(см. рис. 3.8, б) имеет нелинейную характеристику. Изменение его емкости описывается уравнением:

где δ0 — начальный зазор;

X — перемещение пластины.

В связи с нелинейностью статической характеристики такие датчики применяют для измерения относительно малых перемещений, обычно не более 0,1δ0.

Преобразователи с изменяемой диэлектрической проницаемостью среды ε между электродами (см. рис. 3.8, в) широко используют для измерения уровня жидких и сыпучих веществ, анализа состава и концентрации веществ в химической, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности, для счета изделий, охранной сигнализации и т.п. Они имеют линейную статическую характеристику.

Емкость измерительных преобразователей в зависимости от конструктивных особенностей колеблется от десятых долей до нескольких тысяч пикофарад, что приводит к необходимости использовать для питания датчиков напряжение повышенной частоты — от 1•10 3 до 10 8 Гц. Это один из существенных недостатков подобных преобразователей.

К достоинствам емкостных измерительных преобразователей можно отнести простоту конструкции, малые размеры и массу, высокую чувствительность, большую разрешающую способность при малом уровне входного сигнала, отсутствие подвижных токосъемных контактов, высокое быстродействие, возможность получения необходимого закона преобразования за счет выбора соответствующих конструктивных параметров, отсутствие влияния выходной цепи на измерительную.

Недостатки емкостных измерительных преобразователей состоят в относительно низком уровне выходной мощности сигналов, нестабильности характеристик при изменении параметров окружающей среды, влиянии паразитных емкостей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *