Индукционные
датчики
предназначены для преобразования
скорости линейных и угловых перемещений
в ЭДС. Они относятся к датчикам
генераторного типа. Принцип действия
индукционных датчиков основан на законе
электромагнитной индукции. Выходным
сигналом индукционных датчиков является
ЭДС, которая пропорциональна скорости
изменения магнитного потока, пронизывающего
витки катушки. Это изменение происходит
за счет перемещения катушки в постоянном
магнитном поле или за счет вращения
ферромагнитного индуктора относительно
неподвижной катушки.
Основным отличием
индукционных датчиков от индуктивных
является то, что в них используется
постоянное магнитное поле, а не переменное
(питание индуктивных датчиков
осуществляется от сети переменного
тока). Постоянное магнитное поле в
индукционных датчиках создается двумя
способами: постоянными магнитами или
катушкой, обтекаемой постоянным током.
На
рис. 19, а
показана
схема датчика с обмоткой w2,
размещенной в воздушном зазоре, в котором
постоянный магнитный поток Ф
создается катушкой w1,
включенной на постоянное напряжение
U=.
При перемещении катушки в магнитном
поле в ней индуцируется ЭДС, пропорциональная
скорости перемещения:
,
гдеk—
коэффициент пропорциональности,
зависящий от числа витков
Рис. 19. Схемы
индукционных датчиков
На
рис. 19, б
показан
датчик, в котором постоянный магнитный
поток создается с помощью постоянного
магнита с полюсными наконечниками. ЭДС,
индуцируемая во вращающейся катушке,
пропорциональна скорости вращения
Ω:
В обоих этих
датчиках катушки подвижны, поэтому для
отвода от них выходного сигнала (ЭДС)
необходимы гибкие токоподводы или
контактные кольца со щетками.
Индукционный
датчик может быть выполнен и другой
конструкции: с неподвижной катушкой и
вращающимся постоянным магнитом (рис.
19, в).
Надежность
при этом повышается за счет отсутствия
скользящего контакта.
Возможен
и другой способ повышения надежности
датчика по схеме рис. 19, б:
и
катушка, и постоянный магнит неподвижны,
а в зазоре между ними вращается
ферромагнитное кольцо с вырезами (рис.
19, г) или иной элемент, имеющий существенно
разную магнитную проводимость по взаимно
перпендикулярным осям. При вращении
изменяется поток, пронизывающий плоскость
катушки.
В
датчиках (рис. 19, б,
в, г) в
качестве выходного сигнала можно
использовать частоту ЭДС. Принцип их
действия по существу такой же, как у
синхронных генераторов. Для измерения
частоты вращения используются и
специальные электрические машины малой
мощности — тахогенераторы.
Тахогенератор
постоянного тока (рис. 20, а)имеет
обмотку возбуждения, создающую при
питании постоянным током магнитный
поток Ф.
При вращении якоря в нем создается ЭДС,
пропорциональная частоте вращения п:
,
где k—
постоянная, определяемая конструкцией.
Напомним,
что частота вращения п
обычно
выражается в 1/мин (количество оборотов
в минуту) и связана со скоростью вращения
Ω выражением
С помощью коллектора
и щеток выходной сигнал подается на
нагрузку в виде выпрямленного напряжения.
Тахогенератор
переменного тока (рис. 20, б)
имеет
на статоре две обмотки, сдвинутые одна
относительно другой на 90 эл. град. Одна
обмотка включается в сеть переменного
тока. При вращении ротора, выполненного
в виде тонкостенного электропроводящего
цилиндра, в другой обмотке наводится
переменная ЭДС, которая пропорциональна
частоте вращения п.
Для
повышения температурной стабильности
в качестве материала полого ротора
используется константан.
Тахогенераторы
обладают высокой чувствительностью и
мощностью выходного сигнала. Общим
недостатком всех генераторных датчиков
является зависимость выходного сигнала
от сопротивления нагрузки.
Соседние файлы в папке Тса заочники
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:
Недостатками
рассмотренных измерительных
преобразователей являются:
Емкостные датчики
ринцип
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;
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.
мкостный
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.
мкостный
плоскопараллельный преобразователь
перемещения с изменяющимся воздушным
зазором(см.
рис. 3.8, б) имеет
нелинейную характеристику. Изменение
его емкости описывается уравнением:
где δ0
— начальный зазор;
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•103
до 108
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.
Индуктивные датчики (они же индукционные преобразователи) в основном используются для измерения положения и скорости. Данные приборы применяются почти в каждой отросли промышленности. будь то задачи по автоматизации контроля наличия металлических крышек на бутылках на линиях розлива в пищевой промышленности. Либо измерение числа оборотов турбины турбоагрегата на электростанции.
Они используют бесконтактный принцип, который продлевает срок их службы и делает их очень надежными.
Особенно распространено применение индуктивных датчиков для автоматизации производства в суровых условиях таких как повышенная запыленность, повышенная влажность, работа с горячими поверхностями, вращающимся оборудованием и т. д.
Индуктивные датчики славятся своей надежностью в суровых условиях. Следовательно, их часто выбирают, когда необходимо обеспечить безопасное производство работ на технологическом оборудовании или обеспечить высокую надежность работы. Такие требования широко распространены в энергетике, машиностроении, оборонной, металлургии, и др.
Наиболее часто индукционные датчики используются в производственных процессах, где требуется:
Примеры применения индукционных индуктивных датчиков
Оснащение технологического оборудования — контроль положения металлического элемента в грязной рабочей среде
Оснащение привода станка — контроль значений оборотов
Контроль положения по металлическому флажку
Контроль подхода детали(металлообрабатывающее оборудование)
Оснащение аттракциона — контроль прихода вагона
Внедрение в автоматизированный процесс кольцевых индуктивных датчиков (бесконтактных выключателей) для обеспечивания контроля за маленькими металлическими объектами (винтами), поступающим по ПВХ трубкам к автоматическому сборщику
Так как индукционные датчики с а.в. (аналоговым) сигналом имеют достаточную точность для проведения измерений расстояний до металлических объектов с диапазоном измерений ±20 до ±5000 мкм (в зависимости от модели) они получили широкое распространение в металлообрабатывающих производствах. Основная причина их точности в том, что они не зависят от нелинейной природы постоянного магнита. Вместо этого они просто ищут нарушение самогенерируемого магнитного поля.Разберем несколько примеров использования индукционных датчиков с аналоговым выходным сигналом для контроля размеров изготавливаемых металлических деталей в металлообрабатывающих производствах.
Принцип действия индуктивных датчиков
Индуктивный датчик — это первичный преобразователь в основе работы которого лежит принцип бесконтактного измерения, предназначен для контроля положения металлических объектов.
Принцип действия индуктивного датчика основан на электромагнитной связи между катушкой датчика (катушкой индуктивности) и обнаруживаемым металлическим объектом.Расположенная на ферритовом сердечнике катушка индуктивности формирует в зоне активной поверхности датчика высокочастотное электромагнитное поле. Когда металлический объект входит в электромагнитное поле, индуцируемое катушкой датчика, часть электромагнитной энергии передается в металлический объект, как показано ниже. Эта переданная энергия вызывает циркулирующий электрический ток, называемый вихревым током.
Вихревой ток, протекающий в металлическом объекте, индуцирует обратное электромагнитное поле на катушке датчика, что приводит к уменьшению эффективной индуктивности катушки датчика.Уменьшение индуктивности катушки датчика вызывает смещение резонансной частоты измерительного контура. Этот сдвиг резонансной частоты изменяет амплитуду сигнала на катушке датчика. Данная амплитуда оценивается последующей схемой обработки, формирующей соответствующий выходной сигнал датчика.
Также будет верным утверждение что индуктивный датчик положения обнаруживает изменение магнитного поля, и это магнитное поле нарушается металлическим объектом, но магнитный материал не требуется. Все, что проводит ток, позволяя течь индуцированному вихревому току, будет вызывать это возмущение. Магнитные материалы, такие как железо, являются проводящими, поэтому их также можно использовать. Однако «целевой» металлический объект будет иметь лучшее расстояние обнаружения и меньший ток питания, если он сделан из хорошего проводника, такого как медь, алюминий или сталь.
Типы индуктивных датчиков
Индуктивные датчики делятся по следующим типам:— Конструктивное исполнение
Основные варианты – цилиндрический и прямоугольный.Корпус изготавливается из металлических сплавов или из пластика.
Цилиндрический индуктивный датчик
Прямоугольный индуктивный датчик
В основном используются датчики диаметром– 8, 12, 18 и 30 мм., остальные размеры применяются гараздо реже.
— Тип выходного сигналаПо выходному сигналу индуктивные датчики делятся на 2 типа – аналоговый и дискретный.
Аналоговый — выходной сигнал изменяется в зависимости от изменения расстояния до объекта.Дискретный — выходной сигнал изменяется по принципу реле есть контакт / нет контакта. Датчики магнитной индукции с таким типом выходного сигнала также называются-бесконтактные выключатели.
— Тип подключения:
2-x проводное соединение
3-4-x проводное соединение.
В зависимости от выходного элемента у датчиков может быть 3 вида выходов:
— Виды датчиков по состоянию выхода (контакт формы)
Одним из главных параметров датчика является электрическое состояние выхода в момент, когда датчик находится в состоянии покоя (не выполняет какое-либо действие).
Если выход в состоянии покоя включен(замкнут), то это нормально замкнутый контакт (Н.З.). Если выход в состоянии покоя включен(замкнут), то это нормально открытый контакт (Н.О.). В импортных датчиках – NC и NO.
Исходя из контакт формы и полярности индуктивные датчики могут быть 4х типов:
Также стоит отметить, что контакты датчиков могут быть с задержкой на включение, выключение.
Схема выхода управления и работа нагрузки
Преимущества индуктивных датчиков
Поскольку индуктивный датчик является твердотельным устройством, в нем нет движущихся частей, подшипников или вала, требующих уплотнения, которые впоследствии могут изнашиваться или выходить из строя. Это означает, что индуктивное устройство может быть установлено в самых сложных условиях, где могут встречаться вода, грязь, жир, песок, песок и вибрация, которые могут вызвать преждевременный выход из строя механических компонентов.
Восприимчивость к магнитным помехам от намагниченных металлических конструкций и электроники не присуща индуктивному датчику, что опять же повышает его пригодность для сложных условий и надежную работу. Индуктивный датчик снова дает преимущества там, где встречаются более высокие температуры. Индуктивные датчики не имеют дрейфа показаний при изменении температуры. В условиях очень высоких температур электроника обработки сигналов не должна располагаться в непосредственной близости от чувствительных катушек. Для магнитных датчиков требуется относительно тонкая электроника на основе кремния, которая должна располагаться в точке измерения.
Последним основным преимуществом индуктивных датчиков является более простая установка. Индуктивному датчику требуется только металлический объект, поэтому активатор может быть существующей частью измеряемой сборки или встроен в сборку при изготовлении. В качестве альтернативы это может быть отдельный компонент, профилированный для обеспечения определенного вывода или для более легкой интеграции в сборку.
Дата публикации: 16.03.2021г.
Датчик индуктивного типа является параметрическим преобразователем, работа которого построена на изменениях показателей индуктивности за счет магнитного сопротивления. Индуктивный датчик широко используется в промышленной сфере с целью проведения измерений перемещения в спектре от 1 микрометра до 20 миллиметров.
Кроме того, бесконтактный датчик применяется при измерении давления, силы, уровня расхода газов и жидкостей и в других областях. В таких случаях показатель, который требуется измерить благодаря разнообразным чувствительным элементам преобразуется в изменение перемещения, после чего полученная величина направляется в индуктивный измеряющий преобразователь.
Особенности датчиков индуктивного типа
Широкое применение индуктивных датчиков обусловлено их преимуществами, а именно:
Однако существуют и недостатки в работе данных приборов. Эффективная работа имеет прямую зависимость от стабильности частоты питания. Помимо этого, датчики работают только с использованием переменного тока.
Конструкция индуктивного датчика предусматривает наличие таких компонентов: ярмо, обмотка якорь, удерживающие пружины. Информативные качества устройства зависят от погрешности, с которой датчик проводит измерение. Суммарную погрешность описываемого прибора составляют различные типы погрешностей.
Виды и применение индуктивных датчиков
В зависимости от схемы построения датчик индуктивный бесконтактный бывает одинарным или дифференциальным. Они отличаются количеством измерительных ветвей, в дифференциальном устройстве их две. Такой прибор оснащен парой одинаковых катушек, в которых одновременно изменяется индуктивность на одинаковую величину, но одна из величин имеет обратный знак.
Индуктивные датчики используются в автоматизации промышленного оборудования, как выключатели или ограничители. Благодаря применению данных устройств, обеспечивается эффективное обнаружение объектов, а эта функция крайне важна в работе автоматизированного производства. Индуктивный датчик срабатывает только в случае приближения изделия и не чувствителен к разнообразным помехам, поэтому часто используется на предприятиях с тяжелыми производственными условиями.
Виды и принцип работы
Индуктивные датчики предназначены для бесконтактного обнаружения и подсчета различных объектов, находящихся в зоне их чувствительности.
Назначение
Индуктивный датчик позволяет обнаруживать присутствие объекта без необходимости прикасаться к нему. В отличие от других датчиков, такие приборы могут обнаружить только металлы и нечувствительны к другим материалам, что повышает их защищенность от помех. Даже если в зону чувствительности датчика попадет посторонний предмет, ложное срабатывание будет исключено.
По устройству датчики подразделяют на:
По типу подключения: датчики могут иметь от двух до пяти выходов.
Принцип действия индуктивных датчиков основан на изменении параметров магнитного поля катушки индуктивности, в зону которой попадает металлический объект. Схема колебаний внутри прибора генерирует электромагнитное поле. Так как на ней возникают индуцированные токи, колебания уменьшается, что мгновенно считывает датчик.
Как выбрать индуктивный датчик?
Чтобы правильно выбрать индуктивный датчик, требуется определить необходимую скорость измеряемого процесса, надежность, допустимую стоимость. Также необходимо знать, каково будет расстояние между объектом и датчиком, а также форму объекта.
Сферы применения
Индуктивные датчики известны своей надежностью и безопасностью при работе в сложных условиях. Это делает их лучшим выбором для военной, аэрокосмической, железнодорожной и тяжелой промышленности. Также индуктивные датчики находят применение в станках, машинах для текстильной промышленности, автомобильной промышленности, на сборочных линиях и т.д. Они используются для обнаружения металлических деталей в трудных условиях и при необходимости контроля быстро движущихся деталей.
В наличии более 4 000 наименований товара. Мы оперативно поставим оригинальную продукцию или подберем точный аналог.
Отправить запрос
