เซ็นเซอร์ในความหมายทั่วไปคืออุปกรณ์ที่แปลงปริมาณทางกายภาพหนึ่งไปเป็นอีกปริมาณหนึ่ง ซึ่งสะดวกสำหรับการประมวลผล การส่ง หรือการแปลงในภายหลัง ตามกฎแล้ว ปริมาณแรกเป็นปริมาณทางกายภาพ ไม่คล้อยตามการวัดโดยตรง (อุณหภูมิ ความเร็ว การกระจัด ฯลฯ) และปริมาณที่สองคือสัญญาณไฟฟ้าหรือแสง ช่องในด้านเครื่องมือวัดถูกครอบครองโดยเซ็นเซอร์ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักคือตัวเหนี่ยวนำ
เนื้อหา
เซ็นเซอร์ตัวเหนี่ยวนำทำงานอย่างไรและทำงานอย่างไร
ตามหลักการทำงาน เซ็นเซอร์อุปนัยทำงานอยู่ กล่าวคือ ต้องใช้เครื่องกำเนิดภายนอกในการทำงาน ให้สัญญาณที่มีความถี่และแอมพลิจูดที่กำหนดให้กับตัวเหนี่ยวนำ
กระแสที่ไหลผ่านการหมุนของขดลวดจะสร้างสนามแม่เหล็ก หากวัตถุนำไฟฟ้าเข้าสู่สนามแม่เหล็ก พารามิเตอร์ของขดลวดจะเปลี่ยนไปยังคงเป็นเพียงการแก้ไขการเปลี่ยนแปลงนี้
เซ็นเซอร์แบบไม่สัมผัสธรรมดาจะตอบสนองต่อการปรากฏตัวของวัตถุที่เป็นโลหะในบริเวณใกล้ของขดลวด สิ่งนี้จะเปลี่ยนอิมพีแดนซ์ของคอยล์การเปลี่ยนแปลงนี้จะต้องแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าขยายและ (หรือ) แก้ไขทางเดินของธรณีประตูโดยใช้วงจรเปรียบเทียบ
เซ็นเซอร์ประเภทอื่นตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งตามยาวของวัตถุที่ทำหน้าที่เป็นแกนกลางของขดลวด เมื่อตำแหน่งของวัตถุเปลี่ยนไป มันจะเคลื่อนที่เข้าหรือออกจากขดลวด ซึ่งจะทำให้ค่าความเหนี่ยวนำเปลี่ยนไป การเปลี่ยนแปลงนี้สามารถแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าและวัดค่าได้ อีกรุ่นหนึ่งของเซ็นเซอร์ดังกล่าวคือเมื่อวัตถุเข้าใกล้ขดลวดจากภายนอก สิ่งนี้ทำให้การเหนี่ยวนำลดลงเนื่องจากผลกระทบของพื้นดิน
อีกรุ่นหนึ่งของเซนเซอร์แบบเหนี่ยวนำแบบเหนี่ยวนำคือหม้อแปลงไฟฟ้าแบบปรับค่าเชิงเส้น (LVDT) เป็นขดลวดคอมโพสิตทำตามลำดับต่อไปนี้:
- ขดลวดทุติยภูมิ 1;
- ขดลวดปฐมภูมิ
- ขดลวดทุติยภูมิ 2
สัญญาณจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังขดลวดปฐมภูมิ สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยขดลวดตรงกลางทำให้เกิด EMF ในแต่ละขดลวดทุติยภูมิ (หลักการหม้อแปลง). แกนกลางเมื่อมันเคลื่อนที่จะเปลี่ยนการเชื่อมต่อซึ่งกันและกันระหว่างขดลวดเปลี่ยนแรงเคลื่อนไฟฟ้าในขดลวดแต่ละอัน การเปลี่ยนแปลงนี้สามารถแก้ไขได้โดยวงจรการวัด เนื่องจากความยาวของแกนกลางน้อยกว่าความยาวรวมของขดลวดคอมโพสิต ตำแหน่งของวัตถุจึงสามารถกำหนดได้อย่างชัดเจนโดยอัตราส่วน EMF ในขดลวดทุติยภูมิ
บนหลักการเดียวกัน - การเปลี่ยนแปลงในคัปปลิ้งอุปนัยระหว่างขดลวด - สร้างเซ็นเซอร์การเลี้ยวประกอบด้วยขดลวดโคแอกเซียลสองตัว สัญญาณถูกนำไปใช้กับหนึ่งในขดลวด EMF ในวินาทีขึ้นอยู่กับมุมของการหมุนร่วมกัน
จากหลักการทำงาน เห็นได้ชัดว่าเซ็นเซอร์อุปนัยไม่ว่าจะมีการออกแบบแบบใดจะไม่สัมผัส พวกมันทำงานจากระยะไกลและไม่ต้องการการสัมผัสโดยตรงกับวัตถุที่ควบคุม
ข้อดีและข้อเสียของเซ็นเซอร์อุปนัย
ข้อดีของเซ็นเซอร์ประเภทอุปนัย ได้แก่ :
- ความน่าเชื่อถือในการออกแบบ
- ขาดการติดต่อ
- กำลังขับสูงซึ่งช่วยลดอิทธิพลของเสียงรบกวนและทำให้วงจรควบคุมง่ายขึ้น
- ความไวสูง
- ความสามารถในการทำงานจากแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับของความถี่อุตสาหกรรม
ข้อเสียเปรียบหลักของเซ็นเซอร์ประเภทอุปนัยคือขนาด น้ำหนัก และความซับซ้อนในการผลิต สำหรับขดลวดที่มีพารามิเตอร์ที่กำหนด จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ นอกจากนี้ ความจำเป็นในการรักษาแอมพลิจูดของสัญญาณจากออสซิลเลเตอร์หลักถือเป็นลบ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงพื้นที่ของความไวก็เปลี่ยนไปเช่นกัน เนื่องจากเซ็นเซอร์ทำงานเฉพาะกับกระแสสลับ การรักษาแอมพลิจูดจึงกลายเป็นปัญหาทางเทคนิคบางประการ โดยตรง (หรือผ่านหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์) จะไม่สามารถเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับเครือข่ายในครัวเรือนหรืออุตสาหกรรม - ในนั้น ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในแอมพลิจูดหรือความถี่อาจสูงถึง 10% ในโหมดปกติ ซึ่งทำให้ไม่สามารถยอมรับความแม่นยำในการวัดได้ .
นอกจากนี้ ความแม่นยำในการวัดยังได้รับผลกระทบจาก:
- สนามแม่เหล็กของบุคคลที่สาม (การป้องกันเซ็นเซอร์เป็นไปไม่ได้ตามหลักการทำงานของมัน);
- ปิ๊กอัพ EMF ของบริษัทอื่นในสายจ่ายและสายวัด
- ข้อผิดพลาดในการผลิต
- ข้อผิดพลาดของลักษณะเซ็นเซอร์
- ฟันเฟืองหรือการเปลี่ยนรูปที่ไซต์การติดตั้งเซ็นเซอร์ซึ่งไม่ส่งผลต่อประสิทธิภาพโดยรวม
- การพึ่งพาความแม่นยำของอุณหภูมิ (พารามิเตอร์ของการเปลี่ยนแปลงของขดลวดรวมถึงความต้านทาน)
การไร้ความสามารถของเซ็นเซอร์ตัวเหนี่ยวนำในการตอบสนองต่อการปรากฏตัวของวัตถุอิเล็กทริกในสนามแม่เหล็กสามารถนำมาประกอบกับทั้งข้อดีและข้อเสีย ในอีกด้านหนึ่ง สิ่งนี้จำกัดขอบเขตของแอปพลิเคชัน ในทางกลับกัน ทำให้ไม่ไวต่อสิ่งสกปรก ไขมัน ทราย ฯลฯ บนวัตถุที่ตรวจสอบ
ความรู้เกี่ยวกับข้อบกพร่องและข้อจำกัดที่เป็นไปได้ในการทำงานของเซ็นเซอร์อุปนัยช่วยให้ใช้ประโยชน์จากข้อดีของตนอย่างมีเหตุผล
ขอบเขตของเซ็นเซอร์อุปนัย
เซ็นเซอร์ความใกล้ชิดแบบอุปนัยมักใช้เป็นลิมิตสวิตช์ อุปกรณ์ดังกล่าวแพร่หลาย:
- ในระบบรักษาความปลอดภัย เช่น เซ็นเซอร์สำหรับการเปิดหน้าต่างและประตูโดยไม่ได้รับอนุญาต
- ในระบบ telemechanics เป็นเซ็นเซอร์ตำแหน่งสุดท้ายของหน่วยและกลไก
- ในชีวิตประจำวันในรูปแบบการระบุตำแหน่งปิดของประตู, บานประตูหน้าต่าง;
- สำหรับการนับวัตถุ (เช่น เคลื่อนที่ไปตามสายพานลำเลียง)
- เพื่อกำหนดความเร็วของการหมุนของเกียร์ (ฟันแต่ละซี่ผ่านเซ็นเซอร์สร้างแรงกระตุ้น);
- ในสถานการณ์อื่นๆ
สามารถใช้ตัวเข้ารหัสมุมเพื่อกำหนดมุมการหมุนของเพลา เฟือง และส่วนประกอบที่หมุนได้อื่นๆ รวมถึงตัวเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์ นอกจากนี้ อุปกรณ์ดังกล่าวยังสามารถใช้ในเครื่องมือกลและอุปกรณ์หุ่นยนต์ร่วมกับเซ็นเซอร์ตำแหน่งเชิงเส้น โดยที่คุณจำเป็นต้องรู้ตำแหน่งของโหนดของกลไกอย่างแน่นอน
ตัวอย่างการใช้งานจริงของเซ็นเซอร์อุปนัย
ในทางปฏิบัติ การออกแบบเซ็นเซอร์อุปนัยสามารถทำได้หลายวิธี การดำเนินการและการรวมที่ง่ายที่สุดคือสำหรับเซ็นเซอร์เดี่ยวแบบสองสาย ซึ่งจะตรวจสอบการปรากฏตัวของวัตถุที่เป็นโลหะในโซนความไว อุปกรณ์ดังกล่าวมักสร้างขึ้นโดยใช้แกนรูปตัว E แต่นี่ไม่ใช่จุดพื้นฐาน การดำเนินการดังกล่าวทำได้ง่ายกว่าในการผลิต
เมื่อความต้านทานของขดลวดเปลี่ยนแปลง กระแสในวงจรและแรงดันตกคร่อมโหลดจะเปลี่ยนไป การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้สามารถกระทำได้ ปัญหาคือความต้านทานโหลดมีความสำคัญ หากมีขนาดใหญ่เกินไป การเปลี่ยนแปลงของกระแสเมื่อวัตถุโลหะปรากฏขึ้นจะค่อนข้างเล็ก ซึ่งจะช่วยลดความไวและภูมิคุ้มกันของระบบเสียง หากมีขนาดเล็กกระแสในวงจรจะมีขนาดใหญ่จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์ที่มีความต้านทานมากขึ้น
ดังนั้นจึงมีการออกแบบที่มีวงจรการวัดอยู่ภายในตัวเรือนเซนเซอร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสร้างพัลส์ที่ป้อนตัวเหนี่ยวนำ เมื่อถึงระดับหนึ่ง ทริกเกอร์จะเริ่มทำงาน โดยเปลี่ยนจากสถานะ 0 เป็น 1 หรือกลับกัน บัฟเฟอร์แอมพลิฟายเออร์ขยายสัญญาณในแง่ของกำลังและ (หรือ) แรงดันไฟ (ดับ) LED และส่งสัญญาณแยกไปยังวงจรภายนอก
สัญญาณขาออกสามารถเกิดขึ้นได้:
- โดยแม่เหล็กไฟฟ้าหรือ โซลิดสเตตรีเลย์ – ระดับแรงดันศูนย์หรือหนึ่งระดับ
- "สัมผัสแห้ง" รีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้า;
- open collector ทรานซิสเตอร์ (โครงสร้าง n-p-n หรือ p-n-p)
ในกรณีนี้ การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ต้องใช้สายไฟสามเส้น:
- อาหาร;
- สายสามัญ (0 โวลต์);
- สายสัญญาณ.
เซ็นเซอร์ดังกล่าวสามารถขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงได้ พัลส์ไปสู่ความเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นโดยใช้เครื่องกำเนิดภายใน
ตัวเข้ารหัสดิฟเฟอเรนเชียลใช้สำหรับการตรวจสอบตำแหน่ง หากวัตถุควบคุมมีความสมมาตรเมื่อเทียบกับขดลวดทั้งสอง กระแสที่ไหลผ่านขดลวดทั้งสองจะเท่ากัน เมื่อมีการเลื่อนขดลวดไปทางสนาม จะเกิดความไม่สมดุลขึ้น กระแสรวมจะหยุดเท่ากับศูนย์ ซึ่งสามารถบันทึกได้โดยตัวบ่งชี้ที่มีลูกศรอยู่ตรงกลางของมาตราส่วน ตัวบ่งชี้สามารถใช้กำหนดทั้งขนาดของกะและทิศทางได้ แทนที่จะใช้อุปกรณ์ตัวชี้ คุณสามารถใช้รูปแบบการควบคุมที่เมื่อได้รับข้อมูลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงตำแหน่ง จะออกสัญญาณ ใช้มาตรการเพื่อจัดตำแหน่งวัตถุ ทำการปรับเปลี่ยนกระบวนการทางเทคโนโลยี ฯลฯ
เซนเซอร์ที่ผลิตขึ้นตามหลักการของหม้อแปลงดิฟเฟอเรนเชียลที่ปรับได้เชิงเส้นนั้นผลิตขึ้นในรูปแบบของโครงสร้างที่สมบูรณ์ ซึ่งเป็นเฟรมที่มีขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิและมีแกนเคลื่อนที่อยู่ภายใน (สามารถบรรจุสปริงได้) สายไฟถูกดึงออกมาเพื่อส่งสัญญาณจากเครื่องกำเนิดและถอด EMF ออกจากขดลวดทุติยภูมิ วัตถุที่ควบคุมสามารถติดเข้ากับแกนได้ทางกลไก นอกจากนี้ยังสามารถทำเป็นไดอิเล็กทริกได้ - เฉพาะตำแหน่งของก้านเท่านั้นที่มีความสำคัญในการวัด
แม้จะมีข้อบกพร่องบางประการ แต่เซ็นเซอร์อุปนัยจะปิดหลายพื้นที่ที่เกี่ยวข้องกับการตรวจจับวัตถุในอวกาศแบบไม่สัมผัสแม้จะมีการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง แต่อุปกรณ์ประเภทนี้จะไม่ออกจากตลาดสำหรับอุปกรณ์การวัดในอนาคตอันใกล้ เนื่องจากการทำงานของอุปกรณ์นั้นอยู่บนพื้นฐานของกฎพื้นฐานของฟิสิกส์
บทความที่คล้ายกัน:
