Sensor dalam pengertian umum adalah perangkat yang mengubah satu kuantitas fisik menjadi yang lain, nyaman untuk pemrosesan, transmisi, atau konversi berikutnya. Sebagai aturan, kuantitas pertama adalah fisik, tidak dapat diukur secara langsung (suhu, kecepatan, perpindahan, dll.), dan yang kedua adalah sinyal listrik atau optik. Ceruk di bidang alat ukur ditempati oleh sensor, yang elemen utamanya adalah induktor.
Isi
Cara kerja sensor induktansi dan cara kerjanya
Menurut prinsip operasi, sensor induktif aktif, yaitu, mereka membutuhkan generator eksternal untuk bekerja. Ini memberikan sinyal dengan frekuensi dan amplitudo tertentu ke induktor.
Arus yang melewati lilitan kumparan menciptakan medan magnet. Jika benda konduktif memasuki medan magnet, parameter koil berubah.Tetap hanya untuk memperbaiki perubahan ini.
Sensor non-kontak sederhana bereaksi terhadap penampilan benda logam di zona dekat belitan. Ini mengubah impedansi koil, perubahan ini harus diubah menjadi sinyal listrik, memperkuat dan (atau) memperbaiki bagian ambang batas menggunakan rangkaian perbandingan.
Sensor jenis lain merespons perubahan posisi longitudinal objek yang berfungsi sebagai inti kumparan. Ketika posisi objek berubah, ia bergerak masuk atau keluar dari kumparan, sehingga mengubah induktansinya. Perubahan ini dapat diubah menjadi sinyal listrik dan diukur. Versi lain dari sensor semacam itu adalah ketika sebuah objek mendekati kumparan dari luar. Hal ini menyebabkan induktansi menurun karena efek tanah.
Versi lain dari sensor perpindahan induktif adalah transformator diferensial yang dapat disesuaikan secara linear (LVDT). Ini adalah koil komposit, dibuat dalam urutan berikut:
- gulungan sekunder 1;
- gulungan primer;
- gulungan sekunder 2.
Sinyal dari generator diumpankan ke belitan primer. Medan magnet yang diciptakan oleh kumparan tengah menginduksi EMF di masing-masing sekunder (prinsip transformator). Inti, ketika bergerak, mengubah hubungan timbal balik antara kumparan, mengubah gaya gerak listrik di setiap belitan. Perubahan ini dapat diperbaiki oleh sirkuit pengukuran. Karena panjang inti kurang dari panjang total koil komposit, posisi objek dapat ditentukan dengan jelas oleh rasio EMF pada gulungan sekunder.
Pada prinsip yang sama - perubahan kopling induktif antara belitan - sensor belokan dibangun.Ini terdiri dari dua kumparan koaksial. Sinyal diterapkan ke salah satu belitan, EMF di belitan kedua tergantung pada sudut rotasi timbal balik.
Dari prinsip operasi, jelas bahwa sensor induktif, terlepas dari desainnya, adalah non-kontak. Mereka bekerja di kejauhan, dan tidak memerlukan kontak langsung dengan objek yang dikendalikan.
Keuntungan dan kerugian dari sensor induktif
Keuntungan dari sensor tipe induktif terutama meliputi:
- keandalan desain;
- kurangnya koneksi kontak;
- daya keluaran tinggi, yang mengurangi pengaruh kebisingan dan menyederhanakan sirkuit kontrol;
- sensitivitas tinggi;
- kemampuan untuk bekerja dari sumber tegangan bolak-balik frekuensi industri.
Kerugian utama dari sensor tipe induktif adalah ukuran, berat, dan kerumitan pembuatannya. Untuk kumparan berliku dengan parameter yang diberikan, diperlukan peralatan khusus. Juga, kebutuhan untuk secara akurat mempertahankan amplitudo sinyal dari osilator master dianggap sebagai minus. Ketika berubah, area sensitivitas juga berubah. Karena sensor hanya beroperasi pada arus bolak-balik, menjaga amplitudo menjadi masalah teknis tertentu. Secara langsung (atau melalui transformator step-down) tidak akan mungkin untuk menghubungkan sensor ke jaringan rumah tangga atau industri - di dalamnya, fluktuasi tegangan dalam amplitudo atau frekuensi bahkan dapat mencapai 10% dalam mode normal, yang membuat akurasi pengukuran tidak dapat diterima .
Juga, akurasi pengukuran dapat dipengaruhi oleh:
- medan magnet pihak ketiga (pelindung sensor tidak mungkin berdasarkan prinsip operasinya);
- pickup EMF pihak ketiga dalam pasokan dan kabel pengukur;
- kesalahan manufaktur;
- kesalahan karakteristik sensor;
- serangan balik atau deformasi di lokasi pemasangan sensor yang tidak memengaruhi kinerja keseluruhan;
- ketergantungan akurasi pada suhu (parameter kawat belitan berubah, termasuk resistansinya).
Ketidakmampuan sensor induktansi untuk merespon penampilan objek dielektrik dalam medan magnetnya dapat dikaitkan dengan kelebihan dan kekurangan. Di satu sisi, ini membatasi ruang lingkup aplikasi mereka. Di sisi lain, itu membuatnya tidak sensitif terhadap keberadaan kotoran, minyak, pasir, dll pada objek yang dipantau.
Pengetahuan tentang kekurangan dan kemungkinan keterbatasan dalam pengoperasian sensor induktif memungkinkan penggunaan keuntungannya secara rasional.
Lingkup sensor induktif
Sensor proximity induktif sering digunakan sebagai limit switch. Perangkat semacam itu telah tersebar luas:
- dalam sistem keamanan, sebagai sensor untuk membuka jendela dan pintu tanpa izin;
- dalam sistem telemekanik, sebagai sensor posisi akhir unit dan mekanisme;
- dalam kehidupan sehari-hari dalam skema untuk menunjukkan posisi tertutup pintu, daun jendela;
- untuk menghitung objek (misalnya, bergerak di sepanjang ban berjalan);
- untuk menentukan kecepatan rotasi roda gigi (setiap gigi, melewati sensor, menciptakan impuls);
- dalam situasi lain.
Encoder sudut dapat digunakan untuk menentukan sudut rotasi poros, roda gigi dan komponen berputar lainnya, serta encoder absolut. Juga, perangkat tersebut dapat digunakan dalam peralatan mesin dan perangkat robot bersama dengan sensor posisi linier. Di mana Anda perlu tahu persis posisi simpul mekanisme.
Contoh praktis penerapan sensor induktif
Dalam praktiknya, desain sensor induktif dapat diimplementasikan dengan cara yang berbeda. Eksekusi dan penyertaan paling sederhana adalah untuk sensor tunggal dua kabel, yang memantau keberadaan benda logam di zona sensitivitasnya. Perangkat semacam itu sering dibuat berdasarkan inti berbentuk E, tetapi ini bukan poin mendasar. Implementasi seperti itu lebih mudah dibuat.
Ketika resistansi kumparan berubah, arus dalam rangkaian dan penurunan tegangan pada beban berubah. Perubahan ini dapat dilakukan. Masalahnya adalah bahwa resistensi beban menjadi kritis. Jika terlalu besar, maka perubahan arus saat benda logam muncul akan relatif kecil. Ini mengurangi sensitivitas dan kekebalan kebisingan sistem. Jika kecil, maka arus dalam rangkaian akan besar, diperlukan sensor yang lebih tahan.
Oleh karena itu, ada desain di mana sirkuit pengukuran dibangun ke dalam rumah sensor. Generator menghasilkan pulsa yang memberi makan induktor. Ketika level tertentu tercapai, pemicu akan menyala, membalik dari keadaan 0 ke 1 atau sebaliknya. Penguat penyangga menguatkan sinyal dalam hal daya dan (atau) tegangan, menyalakan (memadamkan) LED dan mengeluarkan sinyal diskrit ke sirkuit eksternal.
Sinyal keluaran dapat dibentuk:
- oleh elektromagnetik atau relai keadaan padat – tingkat tegangan nol atau satu;
- "kontak kering" relai elektromagnetik;
- kolektor terbuka transistor (struktur n-p-n atau p-n-p).
Dalam hal ini, tiga kabel diperlukan untuk menghubungkan sensor:
- makanan;
- kabel biasa (0 volt);
- kabel sinyal.
Sensor tersebut juga dapat didukung oleh tegangan DC. Pulsa ke induktansi mereka dibentuk melalui generator internal.
Diferensial encoder digunakan untuk pemantauan posisi. Jika objek yang dikendalikan simetris terhadap kedua kumparan, arus yang melaluinya adalah sama. Ketika belitan apa pun digeser ke arah medan, ketidakseimbangan terjadi, arus total berhenti sama dengan nol, yang dapat direkam oleh indikator dengan panah di tengah skala. Indikator dapat digunakan untuk menentukan besaran pergeseran dan arahnya. Alih-alih perangkat penunjuk, Anda dapat menggunakan skema kontrol yang, setelah menerima informasi tentang perubahan posisi, akan mengeluarkan sinyal, mengambil tindakan untuk menyelaraskan objek, membuat penyesuaian pada proses teknologi, dll.
Sensor yang dibuat sesuai dengan prinsip transformator diferensial yang dapat disesuaikan secara linier diproduksi dalam bentuk struktur lengkap, yang merupakan bingkai dengan belitan primer dan sekunder dan batang yang bergerak di dalam (dapat dibebani pegas). Kabel dibawa keluar untuk mengirim sinyal dari generator dan menghapus EMF dari gulungan sekunder. Objek yang dikendalikan dapat dipasang secara mekanis ke batang. Itu juga dapat dibuat dari dielektrik - hanya posisi batang yang penting untuk pengukuran.
Terlepas dari kekurangan tertentu yang melekat, sensor induktif menutup banyak area yang terkait dengan deteksi objek non-kontak di ruang angkasa.Terlepas dari perkembangan teknologi yang konstan, perangkat jenis ini tidak akan meninggalkan pasar untuk perangkat pengukur di masa mendatang, karena operasinya didasarkan pada hukum fisika dasar.
Artikel serupa:
