प्रेरक सेन्सर्स

एक प्रेरक सेन्सर एक पॅरामेट्रिक प्रकारचा ट्रान्सड्यूसर आहे ज्याचे ऑपरेटिंग तत्त्व बदलावर आधारित आहे अधिष्ठापन एल किंवा कोरसह विंडिंगचे म्युच्युअल इंडक्टन्स, ज्यामध्ये कोर प्रवेश करतो त्या सेन्सरच्या चुंबकीय सर्किटच्या चुंबकीय प्रतिकार RM मध्ये बदल झाल्यामुळे.

विस्थापन मोजण्यासाठी आणि 1 μm ते 20 मिमी पर्यंतची श्रेणी कव्हर करण्यासाठी उद्योगात प्रेरक सेन्सर्सचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. दबाव, शक्ती, वायू आणि द्रव प्रवाह दर इत्यादी मोजण्यासाठी प्रेरक सेन्सर वापरणे देखील शक्य आहे. या प्रकरणात, मोजलेले मूल्य विविध संवेदनशील घटकांचा वापर करून विस्थापन बदलामध्ये रूपांतरित केले जाते आणि नंतर हे मूल्य प्रेरक मापन ट्रान्सड्यूसरला दिले जाते.

दाब मोजण्याच्या बाबतीत, संवेदनशील घटक लवचिक पडदा, स्लीव्ह इत्यादी स्वरूपात बनवता येतात. ते प्रॉक्सिमिटी सेन्सर म्हणून देखील वापरले जातात, जे होय किंवा नाही तत्त्वावर संपर्क नसलेल्या पद्धतीने विविध धातू आणि धातू नसलेल्या वस्तू शोधण्यासाठी वापरले जातात.

प्रेरक सेन्सर्सचे फायदे:

• स्लाइडिंग संपर्कांशिवाय बांधकामाची साधेपणा आणि सामर्थ्य;

• उर्जा वारंवारता स्त्रोतांशी कनेक्ट करण्याची क्षमता;

• तुलनेने उच्च आउटपुट पॉवर (दहापट वॅट्स पर्यंत);

• लक्षणीय संवेदनशीलता.

प्रेरक सेन्सरचे तोटे:

• ऑपरेशनची अचूकता वारंवारतेनुसार पुरवठा व्होल्टेजच्या स्थिरतेवर अवलंबून असते;

• ऑपरेशन केवळ पर्यायी प्रवाहाने शक्य आहे.

प्रेरक कन्व्हर्टरचे प्रकार आणि त्यांची डिझाइन वैशिष्ट्ये

बांधकाम योजनेनुसार, प्रेरक सेन्सर सिंगल आणि डिफरेंशियलमध्ये विभागले जाऊ शकतात. प्रेरक सेन्सरमध्ये एक मापन शाखा, एक भिन्नता एक - दोन असते.

विभेदक प्रेरक सेन्सरमध्ये, जेव्हा मोजलेले पॅरामीटर बदलते, तेव्हा दोन समान कॉइलचे इंडक्टन्स एकाच वेळी बदलतात आणि बदल समान मूल्याने परंतु विरुद्ध चिन्हासह होतो.

हे ज्ञात आहे म्हणून, कॉइलचे अधिष्ठापन:

जेथे W ही वळणांची संख्या आहे; F — चुंबकीय प्रवाह त्यात भेदक; I — कॉइलमधून जाणारा विद्युतप्रवाह.

वर्तमान गुणोत्तराने MDS शी संबंधित आहे:

आम्हाला कुठे मिळेल:

जेथे Rm = HL/Ф हा प्रेरक सेन्सरचा चुंबकीय प्रतिकार आहे.

उदाहरणार्थ, एकाच प्रेरक सेन्सरचा विचार करा. त्याचे ऑपरेशन एअर-गॅप चोकच्या मालमत्तेवर आधारित आहे जेणेकरुन एअर-गॅप व्हॅल्यू बदलत असताना त्याचे इंडक्टन्स बदलेल.

प्रेरक सेन्सरमध्ये योक 1, कॉइल 2, आर्मेचर 3 - स्प्रिंग्सने धरलेला असतो. लोड रेझिस्टन्स Rn द्वारे कॉइल 2 ला पर्यायी वर्तमान पुरवठा व्होल्टेज पुरवला जातो. लोड सर्किटमधील वर्तमान खालीलप्रमाणे परिभाषित केले आहे:

जेथे rd हा चोकचा सक्रिय प्रतिकार असतो; एल हे सेन्सरचे इंडक्टन्स आहे.

कारण सर्किटचा सक्रिय प्रतिकार स्थिर असतो, तर प्रवाह I मध्ये बदल केवळ प्रेरक घटक XL = IRn मधील बदलामुळे होऊ शकतो, जे हवेतील अंतर δ च्या आकारावर अवलंबून असते.

प्रत्येक मूल्याशी δ हे विशिष्ट मूल्य I शी संबंधित आहे, जे रेझिस्टन्स Rn वर व्होल्टेज ड्रॉप तयार करते: Uout = IRn — हा सेन्सरचा आउटपुट सिग्नल आहे. तुम्ही विश्लेषणात्मक अवलंबित्व Uout = f (δ) मिळवू शकता जर अंतर पुरेसे लहान असेल आणि स्ट्रे फ्लक्सेसकडे दुर्लक्ष केले जाऊ शकते आणि एअर गॅप मॅग्नेटोरेसिस्टन्स Rmw च्या तुलनेत लोह मॅग्नेटोरेसिस्टन्स Rmw कडे दुर्लक्ष केले जाऊ शकते.

येथे अंतिम अभिव्यक्ती आहे:

वास्तविक उपकरणांमध्ये, सर्किटचा सक्रिय प्रतिकार प्रेरकपेक्षा खूपच कमी असतो, नंतर अभिव्यक्ती फॉर्ममध्ये कमी होते:

अवलंबन Uout = f (δ) रेषीय आहे (पहिल्या अंदाजात). वास्तविक वैशिष्ट्य खालीलप्रमाणे आहे:

सुरवातीला रेखीयतेपासूनचे विचलन Rmzh << Rmv या स्वीकृत गृहीतकाने स्पष्ट केले आहे.

लहान d वर, लोहाची चुंबकीय प्रतिरोधकता हवेच्या चुंबकीय प्रतिरोधकतेशी सुसंगत असते.

मोठ्या d मधील विचलन हे या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केले जाते की मोठ्या प्रमाणात d RL सक्रिय प्रतिकाराच्या मूल्याशी सुसंगत होते — Rn + rd.

सर्वसाधारणपणे, विचारात घेतलेल्या प्रेरक सेन्सरचे अनेक महत्त्वपूर्ण तोटे आहेत:

• जेव्हा हालचालीची दिशा बदलली जाते तेव्हा प्रवाहाचा टप्पा बदलत नाही;

• जर दोन्ही दिशेने विस्थापन मोजणे आवश्यक असेल तर, प्रारंभिक वायु अंतर सेट करणे आवश्यक आहे आणि म्हणून वर्तमान I0, जे गैरसोयीचे आहे;

• लोड करंट पुरवठा व्होल्टेजच्या मोठेपणा आणि वारंवारता यावर अवलंबून असते;

• सेन्सरच्या ऑपरेशन दरम्यान, चुंबकीय सर्किटकडे आकर्षणाची शक्ती आर्मेचरवर कार्य करते, जी कशानेही संतुलित नसते आणि त्यामुळे सेन्सरच्या ऑपरेशनमध्ये त्रुटी येते.

विभेदक (परत करण्यायोग्य) प्रेरक सेन्सर्स (डीआयडी)

विभेदक प्रेरक सेन्सर हे दोन अपरिवर्तनीय सेन्सर्सचे संयोजन आहेत आणि ते सामान्य आर्मेचर आणि दोन कॉइल्ससह दोन चुंबकीय सर्किट्स असलेल्या प्रणालीच्या स्वरूपात बनवले जातात. विभेदक प्रेरक सेन्सर्सना दोन स्वतंत्र वीज पुरवठ्याची आवश्यकता असते, ज्यासाठी आयसोलेशन ट्रान्सफॉर्मर 5 सहसा वापरला जातो.

चुंबकीय सर्किटचा आकार डब्ल्यू-आकाराच्या चुंबकीय सर्किटसह विभेदक-प्रेरणात्मक सेन्सर असू शकतो, इलेक्ट्रिकल स्टीलच्या पुलांद्वारे भर्ती केला जातो (1000Hz वरील फ्रिक्वेन्सीसाठी, लोह-निकेल-पर्मोला मिश्र धातु वापरल्या जातात) आणि दाट गोलाकार चुंबकीय सर्किटसह दंडगोलाकार असू शकतात. . सेन्सरच्या आकाराची निवड नियंत्रित उपकरणासह त्याच्या रचनात्मक संयोजनावर अवलंबून असते. डब्ल्यू-आकाराच्या चुंबकीय सर्किटचा वापर कॉइल एकत्र करणे आणि सेन्सरचा आकार कमी करण्याच्या सोयीमुळे होतो.

विभेदक-प्रेरणात्मक सेन्सरला उर्जा देण्यासाठी, दुय्यम विंडिंगच्या मध्य बिंदूसाठी आउटपुटसह ट्रान्सफॉर्मर 5 वापरला जातो. उपकरण 4 हे त्याच्या आणि दोन कॉइल्सच्या सामान्य टोकाच्या दरम्यान समाविष्ट केले आहे. हवेतील अंतर 0.2-0.5 मिमी आहे.

आर्मेचरच्या मधल्या स्थितीत, जेव्हा हवेतील अंतर समान असते, तेव्हा कॉइल 3 आणि 3' चे प्रेरक प्रतिरोध समान असतात, म्हणून कॉइलमधील प्रवाहांची मूल्ये I1 = I2 आणि परिणामी डिव्हाइसमध्ये वर्तमान 0 आहे.

एका दिशेने किंवा दुसर्या दिशेने आर्मेचरच्या थोड्या विचलनासह, नियंत्रित मूल्य X च्या प्रभावाखाली, अंतर आणि इंडक्टन्सची मूल्ये बदलतात, डिव्हाइस विभेदक वर्तमान I1-I2 नोंदणी करते, हे आर्मेचरचे कार्य आहे. मध्यम स्थितीतून विस्थापन. प्रवाहांमधील फरक सामान्यतः इनपुटवर रेक्टिफायर सर्किट बी सह मॅग्नेटोइलेक्ट्रिक उपकरण 4 (मायक्रोअॅममीटर) वापरून रेकॉर्ड केला जातो.

प्रेरक सेन्सरची वैशिष्ट्ये अशी आहेत:

कॉइल्सच्या प्रतिबाधामधील बदलाच्या चिन्हाकडे दुर्लक्ष करून आउटपुट करंटची ध्रुवीयता अपरिवर्तित राहते. जेव्हा मध्यम स्थितीपासून आर्मेचरच्या विचलनाची दिशा बदलते, तेव्हा सेन्सरच्या आउटपुटवरील करंटचा टप्पा उलट (180 ° ने) बदलतो. फेज-सेन्सिटिव्ह रेक्टिफायर्स वापरताना, आर्मेचरच्या प्रवासाच्या दिशेचे संकेत मधल्या स्थितीवरून मिळू शकतात. फेज-फ्रिक्वेंसी फिल्टरसह विभेदक प्रेरक सेन्सरची वैशिष्ट्ये खालीलप्रमाणे आहेत:

प्रेरक सेन्सर रूपांतरण त्रुटी

प्रेरक सेन्सरची माहिती क्षमता मोठ्या प्रमाणात मोजलेले पॅरामीटर रूपांतरित करताना त्याच्या त्रुटीद्वारे निर्धारित केली जाते. प्रेरक सेन्सरच्या एकूण त्रुटीमध्ये मोठ्या संख्येने त्रुटी घटक असतात.

खालील प्रेरक सेन्सर त्रुटी ओळखल्या जाऊ शकतात:

1) वैशिष्ट्याच्या गैर-रेखीयतेमुळे त्रुटी. एकूण त्रुटीचा गुणाकार घटक. मापन केलेल्या मूल्याच्या प्रेरक रूपांतरणाच्या तत्त्वामुळे, जे प्रेरक सेन्सर्सच्या ऑपरेशनचा आधार आहे, ते आवश्यक आहे आणि बहुतेक प्रकरणांमध्ये सेन्सरची मोजमाप श्रेणी निर्धारित करते. सेन्सरच्या विकासादरम्यान मूल्यमापन अनिवार्य विषय.

2) तापमान त्रुटी. यादृच्छिक घटक.सेन्सर घटकांच्या तापमान-अवलंबित पॅरामीटर्सच्या मोठ्या संख्येमुळे, घटकाची त्रुटी मोठ्या मूल्यांपर्यंत पोहोचू शकते आणि लक्षणीय आहे. सेन्सर डिझाइनमध्ये मूल्यमापन करणे.

3) बाह्य इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डच्या प्रभावामुळे त्रुटी. एकूण त्रुटीचा यादृच्छिक घटक. हे बाह्य क्षेत्रांद्वारे सेन्सर विंडिंगमध्ये ईएमएफच्या इंडक्शनमुळे आणि बाह्य क्षेत्रांच्या प्रभावाखाली चुंबकीय सर्किटच्या चुंबकीय वैशिष्ट्यांमध्ये बदल झाल्यामुळे उद्भवते. पॉवर इलेक्ट्रिकल इंस्टॉलेशन्स असलेल्या औद्योगिक परिसरात, इंडक्शन टी आणि फ्रिक्वेंसीसह चुंबकीय क्षेत्र प्रामुख्याने 50 हर्ट्झ शोधले जातात.

प्रेरक सेन्सर्सचे चुंबकीय कोर 0.1 - 1 T च्या इंडक्शनवर कार्य करत असल्याने, बाह्य क्षेत्राचा वाटा 0.05-0.005% असेल जरी संरक्षण नसतानाही. स्क्रीन इनपुट आणि डिफरेंशियल सेन्सरचा वापर हे प्रमाण सुमारे दोन ऑर्डरने कमी करते. अशा प्रकारे, कमी संवेदनशीलतेसह आणि पुरेशी संरक्षणाची अशक्यता असलेले सेन्सर डिझाइन करताना बाह्य क्षेत्रांच्या प्रभावामुळे होणारी त्रुटी लक्षात घेतली पाहिजे. बर्याच बाबतीत, हा त्रुटी घटक महत्त्वपूर्ण नाही.

4) मॅग्नेटोइलास्टिक प्रभावामुळे त्रुटी. हे सेन्सर असेंब्ली (अॅडिटिव्ह घटक) दरम्यान चुंबकीय सर्किटच्या विकृतीच्या अस्थिरतेमुळे आणि सेन्सर ऑपरेशन (अनियंत्रित घटक) दरम्यान विकृतींमध्ये बदल झाल्यामुळे उद्भवते. चुंबकीय सर्किटमधील अंतरांची उपस्थिती लक्षात घेऊन केलेली गणना दर्शविते की चुंबकीय सर्किटमधील यांत्रिक तणावाच्या अस्थिरतेच्या प्रभावामुळे ऑर्डर सेन्सरच्या आउटपुट सिग्नलची अस्थिरता होते आणि बहुतेक प्रकरणांमध्ये या घटकाकडे विशेषत: दुर्लक्ष केले जाऊ शकते.

5) कॉइलच्या स्ट्रेन गेज प्रभावामुळे त्रुटी.यादृच्छिक घटक. सेन्सर कॉइल वाइंड करताना, वायरमध्ये एक यांत्रिक तणाव निर्माण होतो. सेन्सर ऑपरेशन दरम्यान या यांत्रिक ताणांमध्ये बदल झाल्यामुळे कॉइलच्या डायरेक्ट करंटच्या प्रतिकारामध्ये बदल होतो आणि त्यामुळे सेन्सरच्या आउटपुट सिग्नलमध्ये बदल होतो. सहसा योग्यरित्या डिझाइन केलेल्या सेन्सरसाठी, म्हणजे, या घटकाचा विशेष विचार केला जाऊ नये.

6) कनेक्टिंग केबलमधून विचलन. हे तापमान किंवा विकृतीच्या प्रभावाखाली केबलच्या विद्युतीय प्रतिकाराच्या अस्थिरतेमुळे आणि बाह्य फील्डच्या प्रभावाखाली केबलमध्ये ईएमएफच्या प्रवेशामुळे उद्भवते. त्रुटीचा यादृच्छिक घटक आहे. केबलच्या स्वतःच्या प्रतिकाराच्या अस्थिरतेच्या बाबतीत, सेन्सरच्या आउटपुट सिग्नलची त्रुटी. कनेक्टिंग केबल्सची लांबी 1-3 मीटर आणि क्वचितच अधिक आहे. जेव्हा केबल क्रॉस-सेक्शनल कॉपर वायरपासून बनते, तेव्हा केबलचा प्रतिकार 0.9 ओहम पेक्षा कमी असतो, प्रतिकार अस्थिरता. सेन्सर प्रतिबाधा सामान्यत: 100 ohms पेक्षा जास्त असल्याने, सेन्सर आउटपुटमधील त्रुटी तितकी मोठी असू शकते म्हणून, कमी ऑपरेटिंग प्रतिकार असलेल्या सेन्सरसाठी, त्रुटीचा अंदाज लावणे आवश्यक आहे. इतर बाबतीत, ते लक्षणीय नाही.

7) डिझाइन त्रुटी.ते खालील कारणांच्या प्रभावाखाली उद्भवतात: सेन्सर भागांच्या विकृतीवर मोजमाप शक्तीचा प्रभाव (अ‍ॅडिटिव्ह), विकृतीच्या अस्थिरतेवर मापन शक्तीमधील फरकाचा प्रभाव (गुणाकार), विकृतीचा प्रभाव. मापन पल्स (गुणाकार) च्या प्रसारणादरम्यान मापन रॉडचे मार्गदर्शक, अंतर आणि हलत्या भागांच्या प्रतिक्रियेमुळे (यादृच्छिक) मापन नाडीच्या हस्तांतरणाची अस्थिरता. डिझाइन त्रुटी प्रामुख्याने डिझाइनमधील दोषांद्वारे निर्धारित केल्या जातात. सेन्सरचे यांत्रिक घटक आणि प्रेरक सेन्सर्ससाठी विशिष्ट नाहीत. या त्रुटींचे मूल्यांकन मोजमाप यंत्रांच्या किनेमॅटिक ट्रान्समिशनच्या त्रुटींचे मूल्यांकन करण्यासाठी ज्ञात पद्धतींनुसार केले जाते.

8) तांत्रिक त्रुटी. ते सेन्सर भागांच्या सापेक्ष स्थितीतील तांत्रिक विचलनाच्या परिणामी उद्भवतात (अॅडिटिव्ह), उत्पादनादरम्यान भाग आणि कॉइलच्या पॅरामीटर्सचा प्रसार (अॅडिटिव्ह), तांत्रिक अंतरांचा प्रभाव आणि भागांच्या कनेक्शनमध्ये आणि मार्गदर्शकांमध्ये घट्टपणा ( अनियंत्रित).

सेन्सर संरचनेच्या यांत्रिक घटकांच्या निर्मितीमध्ये तांत्रिक त्रुटी देखील प्रेरक सेन्सरसाठी विशिष्ट नाहीत; यांत्रिक मापन यंत्रांसाठी नेहमीच्या पद्धती वापरून त्यांचे मूल्यांकन केले जाते. मॅग्नेटिक सर्किट आणि सेन्सर कॉइल्सच्या निर्मितीमधील त्रुटींमुळे सेन्सर्सच्या पॅरामीटर्सचा प्रसार होतो आणि नंतरच्या अदलाबदलीची खात्री करण्यात अडचणी उद्भवतात.

9) सेन्सर वृद्धत्व त्रुटी.हा त्रुटी घटक, प्रथम, सेन्सरच्या संरचनेच्या हलत्या घटकांच्या परिधानामुळे आणि दुसरे म्हणजे, सेन्सरच्या चुंबकीय सर्किटच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वैशिष्ट्यांमधील बदलामुळे होतो. चूक अपघाती मानली पाहिजे. परिधान झाल्यामुळे त्रुटीचे मूल्यांकन करताना, प्रत्येक विशिष्ट प्रकरणात सेन्सर यंत्रणेची किनेमॅटिक गणना विचारात घेतली जाते. सेन्सर डिझाइन स्टेजवर, या प्रकरणात, सेन्सरचे सेवा जीवन सामान्य ऑपरेटिंग परिस्थितीत सेट करण्याची शिफारस केली जाते, ज्या दरम्यान अतिरिक्त पोशाख त्रुटी निर्दिष्ट मूल्यापेक्षा जास्त होणार नाही.

सामग्रीचे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक गुणधर्म कालांतराने बदलतात.

बहुतेक प्रकरणांमध्ये, चुंबकीय सर्किटचे उष्णता उपचार आणि डिमॅग्नेटायझेशन नंतर पहिल्या 200 तासांच्या आत इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वैशिष्ट्ये बदलण्याची स्पष्ट प्रक्रिया समाप्त होते. भविष्यात, ते व्यावहारिकदृष्ट्या स्थिर राहतील आणि प्रेरक सेन्सरच्या एकूण त्रुटीमध्ये महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावत नाहीत.

प्रेरक सेन्सरच्या त्रुटीच्या घटकांचा वरील विचार केल्याने सेन्सरच्या एकूण त्रुटीच्या निर्मितीमध्ये त्यांच्या भूमिकेचे मूल्यांकन करणे शक्य होते. बहुतेक प्रकरणांमध्ये, निर्धारीत घटक म्हणजे वैशिष्ट्यांच्या गैर-रेखीयतेतील त्रुटी आणि प्रेरक कनवर्टरच्या तापमान त्रुटी.