Apskritai jutiklis - tai prietaisas, kuris vieną fizikinį dydį paverčia kitu, kurį galima apdoroti, perduoti arba konvertuoti. Pirmasis paprastai yra fizikinis dydis, kurio negalima tiesiogiai išmatuoti (temperatūra, greitis, poslinkis ir t. t.), o antrasis - elektrinis arba optinis signalas. Jutikliai, kurių pagrindinis elementas yra induktyvumo ritė, užima atskirą nišą matavimo prietaisų srityje.
Apie
Indukcinių jutiklių konstrukcija ir veikimo principas
Indukciniai jutikliai pagal savo veikimo principą yra aktyvūs, t. y. jiems reikalingas išorinis osciliatorius. Taip induktoriaus ritėje sukuriamas tam tikro dažnio ir amplitudės signalas.
Pro rites tekanti srovė sukuria magnetinį lauką. Jei į magnetinį lauką patenka laidus objektas, pasikeičia ritės parametrai. Belieka tik aptikti šį pokytį.
Paprasti bekontakčiai jutikliai reaguoja į metalinių objektų buvimą artimoje ritės srityje. Dėl to pasikeičia ritės varža, šis pokytis turi būti paverstas elektriniu signalu, sustiprintas ir (arba) aptiktas lyginimo grandine.
Kitas jutiklių tipas reaguoja į objekto, kuris yra ritės šerdis, išilginės padėties pokyčius. Keičiantis objekto padėčiai, objektas įeina į ritę arba išeina iš jos, todėl keičiasi ritės induktyvumas. Šį pokytį galima paversti elektriniu signalu ir išmatuoti. Kitas šio jutiklio variantas - kai objektas į ritę stumiamas iš išorės. Dėl to sumažėja induktyvumas dėl ekranavimo efekto.
Kitas indukcinio poslinkio jutiklio variantas - linijinis kintamasis diferencialinis transformatorius (LVDT). Tai sudėtinė ritė, sudaryta tokia tvarka:
- antrinė ritė 1;
- pirminė apvija;
- antrinė apvija 2.
Signalas iš generatoriaus perduodamas į pirminę apviją. Vidurinės ritės sukuriamas magnetinis laukas indukuoja EMP kiekvienoje antrinėje ritėje (transformatoriaus principas).transformatoriaus principas). Judėdama šerdis keičia tarpusavio ryšį tarp ričių, todėl keičiasi kiekvienos apvijos elektromagnetinė jėga. Šį pokytį gali nustatyti matavimo grandinė. Kadangi šerdies ilgis yra mažesnis už bendrą sudėtinės ritės ilgį, pagal EMP santykį antrinėse apvijose galima vienareikšmiškai nustatyti objekto padėtį.
Sukamasis daviklis pagrįstas tuo pačiu indukcinio ryšio tarp apvijų keitimo principu. Jį sudaro dvi bendraašės ritės. Signalas paduodamas į vieną iš apvijų, o antrosios apvijos EMP priklauso nuo abipusio sukimosi kampo.
Iš veikimo principo akivaizdu, kad indukciniai jutikliai, nepriklausomai nuo jų konstrukcijos, yra nekontaktiniai jutikliai. Jie veikia per atstumą ir nereikalauja tiesioginio kontakto su stebimu objektu.
Indukcinių jutiklių privalumai ir trūkumai
Indukcinių jutiklių privalumai yra šie
- Tvirta konstrukcija;
- nėra kontaktinių jungčių;
- didelė išėjimo galia, todėl sumažėja triukšmo įtaka ir supaprastėja valdymo grandinė;
- didelis jautrumas;
- Galimybė veikti su pramoninio dažnio kintamosios srovės maitinimo šaltiniu.
Pagrindiniai indukcinių jutiklių trūkumai yra jų dydis, svoris ir sudėtingumas. Norint suvynioti reikiamų parametrų rites, reikia specialios įrangos. Kitas trūkumas - reikia tiksliai išlaikyti pagrindinio osciliatoriaus signalo amplitudę. Keičiantis signalo amplitudei, keičiasi ir jautrumo diapazonas. Kadangi jutikliai veikia tik kintamąja srove, amplitudės išlaikymas tampa neabejotina technine problema. Negalima jutiklio tiesiogiai (arba per žeminantį transformatorių) prijungti prie buitinio ar pramoninio elektros tinklo, kurio įtampos amplitudės ar dažnio svyravimai gali siekti iki 10 % net ir įprasto veikimo metu, todėl matavimo tikslumas tampa nepriimtinas.
Matavimo tikslumui taip pat gali turėti įtakos:
- Išoriniai magnetiniai laukai (jutiklio ekranuoti neįmanoma dėl jo veikimo principo);
- šoninių elektromagnetinių laukų indukcija maitinimo ir matavimo kabeliuose.
- gamybos netikslumai;
- jutiklio charakteristikos klaidos;
- Įtrūkimai arba deformacijos zondo montavimo vietoje, kurie neturi įtakos bendram veikimui;
- Tikslumo priklausomybė nuo temperatūros (keičiasi apvijos laido parametrai, įskaitant jo varžą).
Tai, kad induktyvumo jutikliai negali reaguoti į dielektrinių objektų buvimą jų magnetiniame lauke, gali būti laikoma ir privalumu, ir trūkumu. Viena vertus, tai riboja taikymo sritį. Kita vertus, jie nejautrūs ant stebimų objektų esantiems nešvarumams, riebalams, smėliui ir pan.
Supratus indukcinių jutiklių trūkumus ir galimus apribojimus, galima racionaliai išnaudoti indukcinių jutiklių privalumus.
Indukcinių jutiklių taikymo sritys
Indukciniai artumo jungikliai dažnai naudojami kaip ribiniai jungikliai. Šie prietaisai naudojami įvairiose srityse:
- apsaugos sistemose - kaip jutikliai, fiksuojantys neteisėtą langų ir durų atidarymą;
- televaldymo sistemose kaip mazgų ir mechanizmų ribinės padėties jutikliai;
- kasdieniame gyvenime, durų, varčių uždarymo indikatorių grandinėse;
- skaičiuojant objektus (pvz., judančius konvejeriu);
- krumpliaračių sukimosi greičiui nustatyti (kiekvienas pro jutiklį praeinantis dantis generuoja impulsą);
- Kitais atvejais.
Kampiniai padėties davikliai gali būti naudojami velenų, krumpliaračių ir kitų besisukančių agregatų sukimosi kampams nustatyti, taip pat kaip absoliutūs davikliai. Juos taip pat galima naudoti staklėse ir robotuose kartu su linijiniais davikliais. Visur, kur reikia žinoti tikslią mašinos komponentų padėtį.
Indukcinių jutiklių praktinis pritaikymas
Praktikoje indukcinių jutiklių konstrukcijos gali būti įgyvendinamos įvairiais būdais. Paprasčiausia konstrukcija ir naudojimo būdas - dviejų laidų pavienis jutiklis, kuris stebi metalinių objektų buvimą jutiklio veikimo zonoje. Šie prietaisai dažnai gaminami W formos šerdies pagrindu, tačiau tai nėra esminis dalykas. Šią konstrukciją lengviau pagaminti.
Kai keičiasi ritės varža, keičiasi srovė grandinėje ir įtampos kritimas apkrovoje. Šiuos pokyčius galima aptikti. Problema yra ta, kad apkrovos varža tampa kritinė. Jei jis per didelis, srovės pokytis, kai pasirodo metalinis objektas, bus palyginti mažas. Tai sumažina sistemos jautrumą ir imunitetą. Jei ji maža, srovė grandinėje bus didelė ir reikės atsparesnio jutiklio.
Dėl šios priežasties yra konstrukcijų, kuriose jutiklio grandinė įmontuota jutiklio korpuse. Generatorius generuoja impulsus, kuriais maitinama induktoriaus ritė. Pasiekus tam tikrą lygį, suveikia trigeris, perjungiantis būseną iš 0 į 1 arba atvirkščiai. Buferinis stiprintuvas padidina signalo galią ir (arba) įtampą, įjungia (užgesina) šviesos diodą ir išveda diskretinį signalą išorinei grandinei.
Galima generuoti išėjimo signalą:
- naudojant elektromagnetinį arba kietojo kūno relė - nulinis arba vienodas įtampos lygis;
- "sausas kontaktas" elektromagnetinė relė;
- Atviras kolektorius tranzistorius (n-p-n arba p-n-p struktūros).
Šiuo atveju jutikliui prijungti reikia trijų laidų:
- maitinimo šaltinis;
- bendrasis laidas (0 voltų);
- signalinis laidas.
Tokie jutikliai taip pat gali būti maitinami nuolatine įtampa. Jų induktyvumo impulsus generuoja vidinis osciliatorius.
Diferencialiniai jutikliai naudojami padėčiai stebėti. Jei stebimas objektas yra simetriškai abiejų ričių atžvilgiu, srovė per abi rites yra vienoda. Jei kuri nors iš ričių nukreipta į lauką, atsiranda disbalansas, o bendra srovė nebėra lygi nuliui - tai galima nustatyti pagal indikatorių su rodykle skalės viduryje. Indikatoriumi galima nustatyti ir poslinkio dydį, ir jo kryptį. Valdymo grandinė gali būti naudojama vietoj ciferblato, kad gavus informaciją apie padėties pasikeitimą būtų perduodamas signalas, imamasi veiksmų objektui suderinti, atliekamos proceso korekcijos ir t. t.
Jutikliai, pagrįsti tiesiškai reguliuojamų diferencinių transformatorių principu, gaminami kaip išbaigtos konstrukcijos, kurias sudaro rėmas su pirminėmis ir antrinėmis apvijomis ir viduje judantis strypas (jis gali būti spyruoklinis). Generatoriaus signalo ir antrinių apvijų EMP laidai yra prijungti prie išorės. Valdomas objektas gali būti mechaniškai sujungtas su kotu. Jis taip pat gali būti pagamintas iš dielektrinės medžiagos - matavimui svarbi tik kotelio padėtis.
Nepaisant tam tikrų būdingų trūkumų, indukcinis jutiklis uždaro daugelį sričių, susijusių su bekontakčiu objektų aptikimu erdvėje. Nepaisant nuolatinio technologijų tobulėjimo, šio tipo prietaisai artimiausioje ateityje neišeis iš matavimo prietaisų rinkos, nes jų veikimas pagrįstas pagrindiniais fizikos dėsniais.
Susiję straipsniai:
