مجسات حثي

المستشعر الاستقرائي هو محول طاقة من النوع البارامترى يعتمد مبدأ تشغيله على التغيير الحث L أو الحث المتبادل للملف مع اللب ، بسبب تغيير المقاومة المغناطيسية RM للدائرة المغناطيسية للمستشعر الذي يدخل فيه القلب.

تستخدم المستشعرات الحثية على نطاق واسع في الصناعة لقياس حالات النزوح وتغطية النطاق من 1 ميكرومتر إلى 20 ملم. من الممكن أيضًا استخدام مستشعر حثي لقياس الضغوط والقوى ومعدلات تدفق الغاز والسائل ، إلخ. في هذه الحالة ، يتم تحويل القيمة المقاسة باستخدام عناصر حساسة مختلفة إلى تغيير إزاحة ومن ثم يتم تغذية هذه القيمة إلى محول طاقة قياس استقرائي.

في حالة قياس الضغط ، يمكن صنع العناصر الحساسة على شكل أغشية مرنة ، جلبة ، إلخ. كما تُستخدم أيضًا كمستشعرات تقارب ، والتي تُستخدم للكشف عن مختلف الأجسام المعدنية وغير المعدنية بطريقة عدم التلامس بناءً على مبدأ "نعم" أو "لا".

مزايا أجهزة الاستشعار الحثي:

• بساطة وقوة البناء ، دون انزلاق الاتصالات ؛

• القدرة على الاتصال بمصادر تردد الطاقة ؛

• طاقة خرج عالية نسبيًا (تصل إلى عشرات الواط) ؛

• حساسية كبيرة.

عيوب أجهزة الاستشعار الاستقرائي:

• تعتمد دقة التشغيل على استقرار جهد الإمداد بالتردد ؛

• العملية ممكنة فقط مع التيار المتردد.

أنواع المحولات الاستقرائية وخصائص تصميمها

وفقًا لمخطط البناء ، يمكن تقسيم المستشعرات الاستقرائية إلى مفردة وتفاضلية. يحتوي المستشعر الحثي على فرع قياس واحد ، تفاضل - اثنان.

في المستشعر الحثي التفاضلي ، عندما تتغير المعلمة المقاسة ، يتغير تحريض ملفين متطابقين في وقت واحد ويحدث التغيير بنفس القيمة ولكن مع الإشارة المعاكسة.

كما هو معروف، محاثة الملف:

أين W هو عدد المنعطفات ؛ F - التدفق المغناطيسي الذي يخترقه ؛ أنا - التيار الذي يمر عبر الملف.

التيار مرتبط بـ MDS من حيث النسبة:

من أين نحصل:

حيث Rm = HL / هي المقاومة المغناطيسية لجهاز الاستشعار الحثي.

ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، جهاز استشعار حثي واحد. يعتمد تشغيله على خاصية خنق الفجوة الهوائية لتغيير محرضه مع تغير قيمة فجوة الهواء.

يتكون المستشعر الاستقرائي من نير 1 ، وملف 2 ، ودوران 3 - ممسك بزنبركات. يتم توفير جهد إمداد تيار متناوب للملف 2 من خلال مقاومة الحمل Rn. يُعرَّف التيار في دائرة الحمل على النحو التالي:

حيث rd هي المقاومة النشطة للخنق ؛ L هو محاثة المستشعر.

نظرًا لأن المقاومة النشطة للدائرة ثابتة ، فإن التغيير في التيار لا يمكن أن يحدث إلا بسبب تغيير في المكون الاستقرائي XL = IRn ، والذي يعتمد على حجم فجوة الهواء δ.

لكل قيمة δ تتوافق مع قيمة معينة I ، مما يؤدي إلى انخفاض الجهد على المقاومة Rn: Uout = IRn - هي إشارة خرج المستشعر. يمكنك اشتقاق الاعتماد التحليلي Uout = f (δ) بشرط أن تكون الفجوة صغيرة بما يكفي ويمكن إهمال التدفقات الشاردة ، ويمكن إهمال المقاومة المغناطيسية للحديد Rmw مقارنة بفجوة الهواء المقاومة المغناطيسية Rmw.

هذا هو التعبير النهائي:

في الأجهزة الحقيقية ، تكون المقاومة النشطة للدائرة أقل بكثير من المقاومة الاستقرائية ، ثم يتم تقليل التعبير إلى الشكل:

الاعتماد Uout = f (δ) خطي (في التقريب الأول). الميزة الفعلية هي كما يلي:

ويفسر الانحراف عن الخطية في البداية الافتراض المقبول Rmzh << Rmv.

في d الصغيرة ، تتناسب المقاومة المغناطيسية للحديد مع المقاومة المغناطيسية للهواء.

يفسر الانحراف الكبير d بحقيقة أن d بشكل كبير يصبح RL متناسبًا مع قيمة المقاومة النشطة - Rn + rd.

بشكل عام ، يحتوي المستشعر الحثي المدروس على عدد من العيوب المهمة:

• لا تتغير مرحلة التيار عندما يتغير اتجاه الحركة ؛

• إذا كان من الضروري قياس الإزاحة في كلا الاتجاهين ، فمن الضروري ضبط فجوة الهواء الأولية وبالتالي I0 الحالي ، وهو أمر غير مريح ؛

• يعتمد تيار الحمل على سعة وتواتر جهد الإمداد ؛

• أثناء تشغيل المستشعر ، تعمل قوة الجذب للدائرة المغناطيسية على المحرك ، والذي لا يوازنه أي شيء ، وبالتالي يتسبب في حدوث خطأ في تشغيل المستشعر.

أجهزة الاستشعار الحثية التفاضلية (القابلة للعكس) (DID)

المستشعرات الحثية التفاضلية عبارة عن مزيج من مستشعرين لا رجعة فيهما ويتم تصنيعهما في شكل نظام يتكون من دائرتين مغناطيسيتين مع عضو إنتاج مشترك وملفان. تتطلب المستشعرات الحثية التفاضلية اثنين من مصادر الطاقة المنفصلة ، وعادة ما يتم استخدام محول العزل 5.

يمكن أن يكون شكل الدائرة المغناطيسية عبارة عن أجهزة استشعار تفاضلية مع دائرة مغناطيسية على شكل W ، يتم تجنيدها بواسطة جسور من الفولاذ الكهربائي (للترددات فوق 1000 هرتز ، يتم استخدام سبائك الحديد والنيكل والبيرمولا) ، وأسطواني مع دائرة مغناطيسية دائرية كثيفة . يعتمد اختيار شكل المستشعر على توليفة بناءة مع الجهاز المتحكم فيه. يرجع استخدام الدائرة المغناطيسية على شكل W إلى سهولة تجميع الملف وتقليل حجم المستشعر.

لتشغيل المستشعر التفاضلي الحثي ، يتم استخدام محول 5 بمخرج للنقطة الوسطى للملف الثانوي. يتم تضمين الجهاز 4 بينه وبين الطرف المشترك للملفين ، وتبلغ فجوة الهواء 0.2-0.5 مم.

في الموضع الأوسط من المحرك ، عندما تكون فجوات الهواء هي نفسها ، فإن المقاومة الاستقرائية للملفات 3 و 3 'هي نفسها ، وبالتالي فإن قيم التيارات في الملفات تساوي I1 = I2 والنتيجة التيار في الجهاز هو 0.

مع انحراف طفيف للحديد في اتجاه أو آخر ، تحت تأثير القيمة الخاضعة للرقابة X ، تتغير قيم الفجوات والمحثات ، يسجل الجهاز التيار التفاضلي I1-I2 ، هذه وظيفة من حديد التسليح الإزاحة من الموضع الأوسط. عادة ما يتم تسجيل الفرق في التيارات باستخدام جهاز مغناطيسي كهربائي 4 (مقياس ميكرومتر) مع دارة مقوم B عند الإدخال.

خصائص المستشعر الحثي هي:

تظل قطبية تيار الخرج دون تغيير بغض النظر عن علامة التغيير في مقاومة الملفات. عندما يتغير اتجاه انحراف المحرك عن الموضع الأوسط ، فإن مرحلة التيار عند خرج المستشعر تتغير في الاتجاه المعاكس (بمقدار 180 درجة). عند استخدام مقومات حساسة للطور ، يمكن الحصول على إشارة إلى اتجاه حركة المحرك من الموضع الأوسط. خصائص المستشعر الحثي التفاضلي مع مرشح تردد الطور هي كما يلي:

خطأ في تحويل المستشعر الاستقرائي

يتم تحديد سعة المعلومات لجهاز الاستشعار الاستقرائي إلى حد كبير من خلال خطأه عند تحويل المعلمة المقاسة. يتكون الخطأ الكلي لجهاز الاستشعار الاستقرائي من عدد كبير من مكونات الخطأ.

يمكن تمييز أخطاء الاستشعار الاستقرائي التالية:

1) خطأ بسبب عدم خطية الخاصية. المكون المضاعف للخطأ الكلي: نظرًا لمبدأ التحويل الاستقرائي للقيمة المقاسة ، وهو أساس تشغيل أجهزة الاستشعار الحثي ، فإنه ضروري وفي معظم الحالات يحدد نطاق قياس المستشعر. يخضع للتقييم إلزامي أثناء تطوير أجهزة الاستشعار.

2) خطأ في درجة الحرارة. مكون عشوائي.نظرًا للعدد الكبير من المعلمات المعتمدة على درجة الحرارة لمكونات المستشعر ، يمكن أن يصل خطأ المكون إلى قيم كبيرة ويكون مهمًا. يتم تقييمها في تصميم المستشعر.

3) خطأ بسبب تأثير المجالات الكهرومغناطيسية الخارجية. المكون العشوائي للخطأ الكلي. يحدث بسبب تحريض EMF في لف المستشعر بواسطة المجالات الخارجية وبسبب تغير في الخصائص المغناطيسية للدائرة المغناطيسية تحت تأثير المجالات الخارجية. في المباني الصناعية ذات التركيبات الكهربائية ، يتم اكتشاف المجالات المغناطيسية مع الحث T والتردد بشكل أساسي 50 هرتز.

نظرًا لأن النوى المغناطيسية لأجهزة الاستشعار الحثية تعمل عند تحريض من 0.1 - 1 T ، فإن حصة المجالات الخارجية ستكون 0.05-0.005٪ حتى في حالة عدم وجود حماية. يقلل إدخال الشاشة واستخدام المستشعر التفاضلي هذه النسبة بحوالي أمرين من حيث الحجم. وبالتالي ، فإن الخطأ الناتج عن تأثير المجالات الخارجية يجب ألا يؤخذ في الاعتبار إلا عند تصميم أجهزة استشعار ذات حساسية منخفضة ومع استحالة وجود تدريع كافٍ. في معظم الحالات ، لا يكون مكون الخطأ هذا مهمًا.

4) خطأ بسبب تأثير مغناطيسي مطاطي. ينشأ بسبب عدم استقرار تشوهات الدائرة المغناطيسية أثناء تجميع المستشعر (مكون مضاف) وبسبب التغيرات في التشوهات أثناء تشغيل المستشعر (مكون عشوائي). تظهر الحسابات التي تأخذ في الاعتبار وجود فجوات في الدائرة المغناطيسية أن تأثير عدم استقرار الضغوط الميكانيكية في الدائرة المغناطيسية يتسبب في عدم استقرار إشارة خرج مستشعر الترتيب ، وفي معظم الحالات يمكن إهمال هذا المكون على وجه التحديد.

5) خطأ بسبب تأثير مقياس الضغط للملف.مكون عشوائي. عند لف ملف المستشعر ، يتم إنشاء توتر ميكانيكي في السلك. يؤدي التغيير في هذه الضغوط الميكانيكية أثناء تشغيل المستشعر إلى تغيير في مقاومة الملف للتيار المباشر وبالتالي تغيير في إشارة خرج المستشعر. عادة بالنسبة لأجهزة الاستشعار المصممة بشكل صحيح ، أي ، لا ينبغي النظر في هذا المكون على وجه التحديد.

6) الانحراف عن كابل التوصيل. يحدث بسبب عدم استقرار المقاومة الكهربائية للكابل تحت تأثير درجة الحرارة أو التشوهات وبسبب تحريض EMF في الكابل تحت تأثير المجالات الخارجية. هو المكون العشوائي للخطأ. في حالة عدم استقرار المقاومة الخاصة للكابل ، يحدث خطأ في إشارة خرج المستشعر. يبلغ طول كابلات التوصيل 1-3 متر ونادرًا ما يزيد. عندما يكون الكابل مصنوعًا من سلك نحاسي مستعرض ، تكون مقاومة الكابل أقل من 0.9 أوم ، مقاومة عدم الاستقرار. نظرًا لأن مقاومة المستشعر عادة ما تكون أكبر من 100 أوم ، فإن الخطأ في خرج المستشعر يمكن أن يكون كبيرًا لذلك ، بالنسبة لأجهزة الاستشعار ذات مقاومة التشغيل المنخفضة ، يجب تقدير الخطأ. في حالات أخرى ، فإنه ليس كبيرا.

7) أخطاء التصميم.تنشأ تحت تأثير الأسباب التالية: تأثير قوة القياس على تشوهات أجزاء المستشعر (مضافة) ، وتأثير الاختلاف في قوة القياس على عدم استقرار التشوهات (المضاعفة) ، وتأثير أدلة قضيب القياس أثناء نقل نبضة القياس (المضاعفة) ، عدم استقرار نقل نبضة القياس بسبب الفجوات ورد الفعل العكسي للأجزاء المتحركة (عشوائي). يتم تحديد أخطاء التصميم بشكل أساسي من خلال عيوب في تصميم العناصر الميكانيكية للمستشعر وليست خاصة بالمستشعرات الحثية. يتم تقييم هذه الأخطاء وفقًا للطرق المعروفة لتقييم أخطاء الإرسال الحركي لأجهزة القياس.

8) الأخطاء التكنولوجية. تنشأ نتيجة الانحرافات التكنولوجية في الموضع النسبي لأجزاء المستشعر (مضافة) ، وتشتت معلمات الأجزاء والملفات أثناء الإنتاج (مضافة) ، وتأثير الفجوات التكنولوجية والضيق في توصيلات الأجزاء وفي الأدلة ( اِعتِباطِيّ).

الأخطاء التكنولوجية في تصنيع العناصر الميكانيكية لهيكل المستشعر ليست خاصة بالمستشعر الحثي ؛ يتم تقييمها باستخدام الطرق المعتادة لأجهزة القياس الميكانيكية. تؤدي الأخطاء في تصنيع الدائرة المغناطيسية وملفات المستشعر إلى تشتت معلمات المستشعرات والصعوبات الناشئة في ضمان قابلية التبادل للأخير.

9) خطأ تقادم جهاز الاستشعار.ينتج مكون الخطأ هذا ، أولاً ، عن تآكل العناصر المتحركة لهيكل المستشعر ، وثانيًا ، عن طريق التغيير بمرور الوقت في الخصائص الكهرومغناطيسية للدائرة المغناطيسية للمستشعر. يجب اعتبار الخطأ عرضيًا. عند تقييم الخطأ بسبب التآكل ، يتم أخذ الحساب الحركي لآلية المستشعر في الاعتبار في كل حالة محددة. في مرحلة تصميم المستشعر ، في هذه الحالة ، يوصى بضبط عمر خدمة المستشعر في ظل ظروف التشغيل العادية ، والتي لن يتجاوز فيها خطأ التآكل الإضافي القيمة المحددة.

تتغير الخصائص الكهرومغناطيسية للمواد بمرور الوقت.

في معظم الحالات ، تنتهي العمليات الواضحة لتغيير الخصائص الكهرومغناطيسية خلال الـ 200 ساعة الأولى بعد المعالجة الحرارية وإزالة مغناطيسية الدائرة المغناطيسية. في المستقبل ، تظل ثابتة عمليًا ولا تلعب دورًا مهمًا في الخطأ الكلي لجهاز الاستشعار الاستقرائي.

إن الاعتبار أعلاه لمكونات خطأ المستشعر الاستقرائي يجعل من الممكن تقييم دورها في تكوين الخطأ الكلي لجهاز الاستشعار. في معظم الحالات ، يكون العامل المحدد هو الخطأ من عدم الخطية للخاصية وخطأ درجة الحرارة للمحول الاستقرائي.