Induktiivsed andurid

Induktiivne andur on parameetrilist tüüpi muundur, mille tööpõhimõte põhineb muutumisel induktiivsus L või mähise vastastikune induktiivsus südamikuga, mis on tingitud selle anduri magnetahela magnettakistuse RM muutumisest, millesse südamik siseneb.

Induktiivandureid kasutatakse tööstuses laialdaselt nihkete mõõtmiseks ja need hõlmavad vahemikku 1 μm kuni 20 mm. Samuti on võimalik kasutada induktiivset andurit rõhkude, jõudude, gaasi ja vedeliku voolukiiruste jms mõõtmiseks. Sel juhul teisendatakse mõõdetud väärtus erinevate tundlike elementide abil nihke muutuseks ja seejärel suunatakse see väärtus induktiivsesse mõõtemuundurisse.

Rõhu mõõtmise korral saab tundlikke elemente valmistada elastsete membraanide, hülsi jne kujul. Neid kasutatakse ka lähedusanduritena, mida kasutatakse erinevate metallist ja mittemetallist objektide tuvastamiseks kontaktivabalt jah või ei põhimõttel.

Induktiivsete andurite eelised:

• konstruktsiooni lihtsus ja tugevus, ilma libisevate kontaktideta;

• võime ühendada toitesagedusallikatega;

• suhteliselt suur väljundvõimsus (kuni kümneid vatti);

• märkimisväärne tundlikkus.

Induktiivsete andurite puudused:

• töö täpsus sõltub toitepinge stabiilsusest sageduse järgi;

• töötamine on võimalik ainult vahelduvvooluga.

Induktiivmuundurite tüübid ja nende konstruktsioonilised omadused

Konstruktsiooniskeemi järgi saab induktiivseid andureid jagada ühe- ja diferentsiaalanduriks. Induktiivne andur sisaldab ühte mõõteharu, diferentsiaalandur - kahte.

Diferentsiaalinduktiivanduris muutub mõõdetud parameetri muutumisel kahe identse pooli induktiivsus samaaegselt ja muutus toimub sama väärtuse võrra, kuid vastupidise märgiga.

Nagu teada, pooli induktiivsus:

kus W on pöörete arv; F — sellesse tungiv magnetvoog; I — mähist läbiv vool.

Praegune on seotud MDS-iga suhtega:

Kust me saame:

kus Rm = HL / Ф on induktiivse anduri magnettakistus.

Mõelge näiteks ühele induktiivsele andurile. Selle töö põhineb õhuvahega õhuklapi omadusel muuta oma induktiivsust õhuvahe väärtuse muutumisel.

Induktiivne andur koosneb vedrudest kinni hoitud ikest 1, mähist 2, armatuurist 3. Vahelduvvoolu toitepinge antakse poolile 2 läbi koormustakistuse Rn. Koormusahela vool on määratletud järgmiselt:

kus rd on õhuklapi aktiivne takistus; L on anduri induktiivsus.

Kuna ahela aktiivtakistus on konstantne, siis voolu I muutus saab toimuda ainult induktiivkomponendi XL = IRn muutumise tõttu, mis sõltub õhupilu δ suurusest.

Igale väärtusele δ vastab teatud väärtus I, mis tekitab takistusele Rn pingelanguse: Uout = IRn — on anduri väljundsignaal. Saate tuletada analüütilise sõltuvuse Uout = f (δ), kui vahe on piisavalt väike ja hajuvaid vooge saab tähelepanuta jätta ning raua magnetotakistust Rmw saab tähelepanuta jätta, võrreldes õhupilu magnetotakistusega Rmw.

Siin on viimane väljend:

Reaalsetes seadmetes on vooluahela aktiivne takistus palju väiksem kui induktiivtakistus, siis taandub avaldis järgmisele kujule:

Sõltuvus Uout = f (δ) on lineaarne (esimeses lähenduses). Tegelik funktsioon on järgmine:

Alguse lineaarsusest kõrvalekaldumist seletatakse aktsepteeritud eeldusega Rmzh << Rmv.

Väikese d korral on raua magnetresistentsus proportsionaalne õhu magnetotakistusega.

Suure d kõrvalekalle on seletatav asjaoluga, et suurel d RL muutub proportsionaalseks aktiivse takistuse väärtusega — Rn + rd.

Üldiselt on vaadeldaval induktiivsel anduril mitmeid olulisi puudusi:

• voolu faas ei muutu liikumissuuna muutmisel;

• kui on vaja mõõta nihet mõlemas suunas, on vaja seada esialgne õhupilu ja seega ka vool I0, mis on ebamugav;

• koormusvool sõltub toitepinge amplituudist ja sagedusest;

• anduri töötamise ajal mõjub armatuurile magnetahela külgetõmbejõud, mida ei tasakaalusta miski ja toob seetõttu anduri töösse vea.

Diferentsiaalsed (pööratavad) induktiivsed andurid (DID)

Diferentsiaalsed induktiivsed andurid on kahe pöördumatu anduri kombinatsioon ja need on valmistatud süsteemi kujul, mis koosneb kahest ühise armatuuriga magnetahelast ja kahest mähist. Diferentsiaalinduktiivsed andurid vajavad kahte eraldi toiteallikat, mille jaoks kasutatakse tavaliselt isolatsioonitrafot 5.

Magnetahela kuju võib olla W-kujulise magnetahelaga diferentsiaal-induktiivsed andurid, mis on värvatud elektriterasest sildadega (üle 1000 Hz sagedustel kasutatakse raua-nikli-permooli sulameid) ja silindrilised tiheda ringikujulise magnetahelaga. . Anduri kuju valik sõltub selle konstruktiivsest kombinatsioonist juhitava seadmega. W-kujulise magnetahela kasutamine on tingitud mähise kokkupanemise ja anduri mõõtmete vähendamise mugavusest.

Diferentsiaal-induktiivse anduri toiteks kasutatakse trafot 5, mille väljund on sekundaarmähise keskpunkti jaoks. Selle ja kahe pooli ühise otsa vahele jääb seade 4. Õhuvahe on 0,2-0,5 mm.

Armatuuri keskmises asendis, kui õhuvahed on samad, on mähiste 3 ja 3' induktiivtakistus samad, seetõttu on mähiste voolude väärtused võrdsed I1 = I2 ja tulemuseks vool seadmes on 0.

Armatuuri väikese kõrvalekaldega ühes või teises suunas, juhitava väärtuse X mõjul muutuvad pilude ja induktiivsuste väärtused, seade registreerib diferentsiaalvoolu I1-I2, see on armatuuri funktsioon. nihkumine keskmisest asendist. Voolude erinevus registreeritakse tavaliselt magnetoelektrilise seadme 4 (mikroampermeetri) abil, mille sisendis on alaldi ahel B.

Induktiivse anduri omadused on järgmised:

Väljundvoolu polaarsus jääb muutumatuks sõltumata mähiste impedantsi muutumise märgist. Kui armatuuri kõrvalekalde suund keskmisest asendist muutub, muutub voolu faas anduri väljundis tagurpidi (180 ° võrra). Faasitundlike alaltide kasutamisel saab armatuuri liikumissuuna näidu keskmisest asendist. Faasisagedusfiltriga diferentsiaalinduktiivanduri omadused on järgmised:

Induktiivse anduri teisendamise viga

Induktiivse anduri infomahtu määrab suuresti selle viga mõõdetud parameetri teisendamisel. Induktiivse anduri koguviga koosneb suurest hulgast veakomponentidest.

Eristada saab järgmisi induktiivse anduri vigu:

1) Viga tunnuse mittelineaarsusest. Koguvea multiplikatiivne komponent Tulenevalt mõõdetud väärtuse induktiivse teisendamise põhimõttest, mis on induktiivandurite töö aluseks, on see hädavajalik ja määrab enamikul juhtudel anduri mõõtepiirkonna. Kohustuslik hinnata anduri arendamise käigus.

2) Temperatuuriviga. Juhuslik koostisosa.Anduri komponentide suure hulga temperatuurist sõltuvate parameetrite tõttu võib komponendi viga ulatuda suurte väärtusteni ja on märkimisväärne. Hinnatakse anduri disainis.

3) Viga väliste elektromagnetväljade mõju tõttu. Koguvea juhuslik komponent. See tekib EMF-i induktsiooni tõttu anduri mähises väliste väljade poolt ja magnetahela magnetiliste omaduste muutumise tõttu väliste väljade mõjul. Tööstusruumides, kus on elektripaigaldised, tuvastatakse magnetvälju induktsiooni T ja sagedusega peamiselt 50 Hz.

Kuna induktiivsete andurite magnetsüdamikud töötavad induktsioonidel 0,1–1 T, on välisväljade osakaal ka varjestuse puudumisel 0,05–0,005%. Ekraani sisend ja diferentsiaalanduri kasutamine vähendavad seda osakaalu umbes kahe suurusjärgu võrra. Seega tuleks väliste väljade mõjust tulenevat viga arvesse võtta ainult madala tundlikkusega andurite projekteerimisel, kui puudub piisav varjestus. Enamasti pole see veakomponent oluline.

4) Viga magnetoelastsest efektist. See tekib magnetahela deformatsioonide ebastabiilsuse tõttu anduri kokkupanekul (lisakomponent) ja deformatsioonide muutumise tõttu anduri töö ajal (suvaline komponent). Arvutused, mis võtavad arvesse lünkade olemasolu magnetahelas, näitavad, et magnetahela mehaaniliste pingete ebastabiilsuse mõju põhjustab järjestusanduri väljundsignaali ebastabiilsust ja enamikul juhtudel võib selle komponendi konkreetselt tähelepanuta jätta.

5) Viga pooli deformatsioonimõõturi mõju tõttu.Juhuslik koostisosa. Anduri mähise kerimisel tekib juhtmesse mehaaniline pinge. Nende mehaaniliste pingete muutumine anduri töö ajal toob kaasa muutuse mähise takistuses alalisvoolule ja seega ka anduri väljundsignaali muutumise. Tavaliselt õigesti konstrueeritud andurite puhul, see tähendab, et seda komponenti ei tohiks konkreetselt arvesse võtta.

6) Kõrvalekaldumine ühenduskaablist. See tekib kaabli elektritakistuse ebastabiilsuse tõttu temperatuuri või deformatsioonide mõjul ja kaablis väliste väljade mõjul tekkiva elektromagnetväljade induktsiooni tõttu. Kas vea juhuslik komponent. Kaabli enda takistuse ebastabiilsuse korral anduri väljundsignaali viga. Ühenduskaablite pikkus on 1-3 m ja harva ka rohkem. Kui kaabel on valmistatud ristlõikega vasktraadist, on kaabli takistus alla 0,9 oomi, takistuse ebastabiilsus. Kuna anduri impedants on tavaliselt suurem kui 100 oomi, võib viga anduri väljundis olla nii suur kui Seetõttu tuleb madala töötakistusega andurite puhul viga hinnata. Muudel juhtudel pole see oluline.

7) Projekteerimisvead.Need tekivad järgmistel põhjustel: mõõtejõu mõju anduri osade deformatsioonidele (additiivne), mõõtejõu erinevuse mõju deformatsioonide ebastabiilsusele (multiplikatiivne), mõõtejõu mõju deformatsioonide ebastabiilsusele. mõõtepulsi juhikud mõõteimpulsi edastamisel (kordistav), mõõteimpulsi ülekande ebastabiilsus, mis on tingitud liikuvate osade vahedest ja lõtkidest (juhuslik).Projekteerimisvead tingivad eeskätt seadme konstruktsiooni vead. anduri mehaanilised elemendid ja ei ole spetsiifilised induktiivsetele anduritele. Nende vigade hindamine toimub vastavalt teadaolevatele meetoditele mõõteseadmete kinemaatiliste ülekannete vigade hindamiseks.

8) Tehnoloogilised vead. Need tekivad tehnoloogiliste kõrvalekallete tõttu andurite osade (lisand) suhtelises asendis, osade ja mähiste parameetrite hajumisest tootmise ajal (lisand), tehnoloogiliste tühimike ja tiheduse mõjust osade ühendustes ja juhikutes ( meelevaldne).

Tehnoloogilised vead anduri konstruktsiooni mehaaniliste elementide valmistamisel ei ole samuti induktiivsensori omased; neid hinnatakse tavaliste mehaaniliste mõõteseadmete meetodite abil. Vead magnetahela ja anduripoolide valmistamisel põhjustavad andurite parameetrite hajumist ja raskusi viimaste vahetatavuse tagamisel.

9) Anduri vananemise viga.See veakomponent on põhjustatud esiteks anduri konstruktsiooni liikuvate elementide kulumisest ja teiseks anduri magnetahela elektromagnetiliste omaduste muutumisest ajas. Viga tuleks lugeda juhuslikuks. Kulumisest tingitud vea hindamisel võetakse arvesse anduri mehhanismi kinemaatilist arvutust igal konkreetsel juhul. Anduri projekteerimisetapis on sel juhul soovitatav määrata anduri kasutusiga tavapärastes töötingimustes, mille jooksul täiendav kulumisviga ei ületa määratud väärtust.

Materjalide elektromagnetilised omadused muutuvad ajas.

Enamasti lõpevad elektromagnetiliste omaduste väljendunud muutmise protsessid esimese 200 tunni jooksul pärast magnetahela kuumtöötlemist ja demagnetiseerimist. Edaspidi jäävad need praktiliselt konstantseks ega mängi induktiivse anduri üldises veas olulist rolli.

Ülaltoodud induktiivse anduri vea komponentide käsitlemine võimaldab hinnata nende rolli anduri koguvea kujunemisel. Enamasti on määravaks teguriks karakteristiku mittelineaarsusest tulenev viga ja induktiivmuunduri temperatuuriviga.