유도형 센서

유도형 센서는 변화에 따라 작동 원리가 달라지는 파라메트릭 방식의 변환기입니다. 인덕턴스 L 또는 코어가 들어가는 센서의 자기 회로의 자기 저항 RM의 변화로 인해 코어와 권선의 상호 인덕턴스.

유도 센서는 변위를 측정하고 1μm에서 20mm 범위를 커버하기 위해 산업계에서 널리 사용됩니다. 유도 센서를 사용하여 압력, 힘, 가스 및 액체 유량 등을 측정하는 것도 가능합니다. 이 경우 측정값은 다양한 민감한 요소를 사용하여 변위 변화로 변환된 다음 이 값이 유도 측정 변환기에 공급됩니다.

압력 측정의 경우 민감한 요소는 탄성 멤브레인, 슬리브 등의 형태로 만들 수 있습니다. 또한 예 또는 아니오 원칙에 따라 비접촉 방식으로 다양한 금속 및 비금속 물체를 감지하는 데 사용되는 근접 센서로도 사용됩니다.

유도형 센서의 장점:

• 슬라이딩 접촉 없이 구조의 단순성과 강도;

• 전원 주파수 소스에 연결하는 기능;

• 상대적으로 높은 출력(최대 수십 와트);

• 상당한 감도.

유도형 센서의 단점:

• 작동 정확도는 주파수에 따른 공급 전압의 안정성에 달려 있습니다.

• 작동은 교류로만 가능합니다.

유도 변환기의 유형 및 설계 특징

구성 방식에 따라 유도 센서는 단일 및 차동으로 나눌 수 있습니다. 유도형 센서에는 하나의 측정 분기, 차동 1 - 2가 포함됩니다.

차동 유도형 센서에서 측정된 매개변수가 변경되면 두 개의 동일한 코일의 인덕턴스가 동시에 변경되고 변경은 동일한 값이지만 반대 부호로 발생합니다.

알려진 바와 같이, 코일의 인덕턴스:

여기서 W는 턴 수입니다. F - 관통하는 자속; 나 — 코일을 통과하는 전류.

전류는 다음 비율로 MDS와 관련됩니다.

우리가 얻는 곳:

여기서 Rm = HL / Ф는 유도 센서의 자기 저항입니다.

예를 들어 단일 유도 센서를 고려하십시오. 작동은 에어 갭 값이 변경됨에 따라 인덕턴스를 변경하는 에어 갭 초크의 속성을 기반으로 합니다.

유도 센서는 요크 1, 코일 2, 전기자 3으로 구성되며 스프링으로 고정됩니다. 교류 공급 전압은 부하 저항 Rn을 통해 코일 2에 공급됩니다. 부하 회로의 전류는 다음과 같이 정의됩니다.

여기서 rd는 초크의 활성 저항입니다. L은 센서의 인덕턴스입니다.

회로의 활성 저항이 일정하기 때문에 전류 I의 변화는 에어 갭 δ의 크기에 따라 달라지는 유도 성분 XL = IRn의 변화로 인해 발생할 수 있습니다.

각 값에 대해 δ는 저항 Rn에 전압 강하를 생성하는 특정 값 I에 해당합니다. Uout = IRn — 센서의 출력 신호입니다. 갭이 충분히 작고 표류 자속을 무시할 수 있고 철 자기 저항 Rmw를 에어 갭 자기 저항 Rmw에 비해 무시할 수 있다면 분석 의존성 Uout = f(δ)를 도출할 수 있습니다.

최종 표현은 다음과 같습니다.

실제 장치에서 회로의 능동 저항은 유도 저항보다 훨씬 적으며 표현은 다음과 같은 형식으로 줄어듭니다.

종속성 Uout = f(δ)는 선형입니다(첫 번째 근사에서). 실제 기능은 다음과 같습니다.

초기의 선형성 편차는 허용되는 가정 Rmzh << Rmv로 설명됩니다.

작은 d에서 철의 자기 저항은 공기의 자기 저항에 비례합니다.

큰 d에서의 편차는 큰 d에서 RL이 활성 저항의 값인 Rn + rd에 비례한다는 사실로 설명됩니다.

일반적으로 고려되는 유도 센서에는 여러 가지 중요한 단점이 있습니다.

• 이동 방향이 변경될 때 전류의 위상은 변경되지 않습니다.

• 양방향으로 변위를 측정해야 하는 경우 초기 에어 갭을 설정해야 하므로 불편한 전류 I0를 설정해야 합니다.

• 부하 전류는 공급 전압의 진폭과 주파수에 따라 달라집니다.

• 센서 작동 중에 자기 회로에 대한 인력이 전기자에 작용하여 균형이 맞지 않아 센서 작동에 오류가 발생합니다.

차동(가역) 유도 센서(DID)

차동 유도 센서는 비가역 센서 2개의 조합이며 공통 전기자와 2개의 코일이 있는 2개의 자기 회로로 구성된 시스템 형태로 만들어집니다. 차동 유도 센서에는 일반적으로 절연 변압기(5)가 사용되는 두 개의 별도 전원 공급 장치가 필요합니다.

자기 회로의 모양은 전기 강철(1000Hz 이상의 주파수의 경우 철-니켈-퍼몰라 합금이 사용됨)의 브리지에 의해 채용되는 W자형 자기 회로가 있는 차동 유도 센서일 수 있으며 밀도가 높은 원형 자기 회로가 있는 원통형입니다. . 센서 모양의 선택은 제어 장치와의 건설적인 조합에 따라 달라집니다. W자형 자기회로를 사용하는 것은 코일 조립이 간편하고 센서의 크기를 줄일 수 있기 때문이다.

차동 유도 센서에 전원을 공급하기 위해 2차 권선의 중간 지점에 대한 출력이 있는 변압기 5가 사용됩니다. 장치(4)는 그것과 두 코일의 공통 단부 사이에 포함되며 에어 갭은 0.2-0.5mm입니다.

전기자의 중간 위치에서 에어 갭이 동일하면 코일 3과 3'의 유도 저항이 동일하므로 코일의 전류 값은 I1 = I2와 같으며 결과 장치의 전류는 0입니다.

한 방향 또는 다른 방향으로 전기자의 약간의 편차로 제어 값 X의 영향으로 갭 및 인덕턴스 값이 변경되고 장치는 차동 전류 I1-I2를 등록합니다. 이는 전기자의 기능입니다. 중간 위치에서 변위. 전류의 차이는 일반적으로 입력에 정류기 회로 B가 있는 자기 전기 장치 4(마이크로 전류계)를 사용하여 기록됩니다.

유도 센서의 특성은 다음과 같습니다.

출력 전류의 극성은 코일 임피던스 변화의 부호에 관계없이 변하지 않습니다. 중간 위치에서 전기자의 편차 방향이 변경되면 센서 출력의 전류 위상이 역으로 변경됩니다 (180 °). 위상에 민감한 정류기를 사용할 때 전기자의 이동 방향 표시는 중간 위치에서 얻을 수 있습니다. 위상 주파수 필터가 있는 차동 유도 센서의 특성은 다음과 같습니다.

유도 센서 변환 오류

유도형 센서의 정보 용량은 주로 측정된 매개변수를 변환할 때의 오류에 의해 결정됩니다. 유도 센서의 전체 오류는 많은 수의 오류 구성 요소로 구성됩니다.

다음 유도 센서 오류를 구분할 수 있습니다.

1) 특성의 비선형성으로 인한 오차. 총 오차의 곱셈 구성 요소 유도형 센서 작동의 기초가 되는 측정값의 유도 변환 원리로 인해 필수적이며 대부분의 경우 센서의 측정 범위를 결정합니다. 센서 개발 시 필수 평가 대상입니다.

2) 온도 오류. 무작위 성분.센서 구성 요소의 많은 수의 온도 종속 매개 변수로 인해 구성 요소의 오류는 큰 값에 도달할 수 있으며 중요합니다. 센서 설계에서 평가됩니다.

3) 외부 전자기장의 영향으로 인한 오차. 총 오류의 임의 구성 요소입니다. 외부 필드에 의한 센서 권선의 EMF 유도와 외부 필드의 영향으로 자기 회로의 자기 특성 변화로 인해 발생합니다. 전력 전기 설비가 있는 산업 현장에서는 유도 T와 주파수가 주로 50Hz인 자기장이 감지됩니다.

유도 센서의 자기 코어는 0.1 ~ 1T의 유도에서 작동하기 때문에 차폐가 없는 경우에도 외부 필드의 점유율은 0.05 ~ 0.005%입니다. 화면 입력과 차동 센서의 사용은 이 비율을 약 2배 정도 줄입니다. 따라서 외부 필드의 영향으로 인한 오차는 감도가 낮고 충분한 차폐가 불가능한 센서를 설계할 때만 고려해야 합니다. 대부분의 경우 이 오류 구성 요소는 중요하지 않습니다.

4) 자기탄성 효과로 인한 오차. 센서 조립 중 자기 회로 변형의 불안정성(첨가 성분)과 센서 작동 중 변형 변화(임의 성분)로 인해 발생합니다. 자기 회로의 갭 존재를 고려한 계산에 따르면 자기 회로의 기계적 응력 불안정의 영향으로 인해 차수 센서의 출력 신호가 불안정해지고 대부분의 경우 이 구성 요소는 특별히 무시할 수 있습니다.

5) 코일의 스트레인 게이지 효과로 인한 오차.무작위 성분. 센서 코일을 감을 때 와이어에 기계적 장력이 생성됩니다. 센서 작동 중 이러한 기계적 응력의 변화는 직류에 대한 코일의 저항 변화로 이어져 센서의 출력 신호에 변화를 가져옵니다. 일반적으로 적절하게 설계된 센서의 경우 즉, 이 구성 요소를 특별히 고려해서는 안 됩니다.

6) 연결 케이블과의 편차. 온도 또는 변형의 영향으로 케이블의 전기 저항이 불안정하고 외부 필드의 영향으로 케이블에 EMF가 유도되어 발생합니다. 오류의 임의 구성 요소입니다. 케이블 자체 저항이 불안정한 경우 센서의 출력 신호 오류. 연결 케이블의 길이는 1-3m이며 드물게 그 이상입니다. 케이블이 단면 구리선으로 만들어지면 케이블의 저항이 0.9 옴 미만으로 저항이 불안정합니다. 센서 임피던스는 일반적으로 100옴보다 크므로 센서 출력의 오류는 다음과 같이 클 수 있습니다. 따라서 작동 저항이 낮은 센서의 경우 오류를 추정해야 합니다. 다른 경우에는 중요하지 않습니다.

7) 설계 오류.이는 다음과 같은 이유의 영향으로 발생합니다: 센서 부품의 변형에 대한 측정압의 영향(첨가제), 변형의 불안정성에 대한 측정압의 차이의 영향(승산), 측정 펄스 전송 중 측정 막대의 가이드(승산), 움직이는 부품의 간격 및 백래시로 인한 측정 펄스 전송의 불안정성(무작위) 설계 오류는 주로 설계 결함에 의해 결정됩니다. 센서의 기계적 요소이며 유도형 센서에만 국한되지 않습니다. 이러한 오류의 평가는 측정 장치의 기구학적 전달 오류를 평가하기 위한 공지된 방법에 따라 수행됩니다.

8) 기술적 오류. 센서 부품(첨가제)의 상대적 위치의 기술적 편차, 생산 중 부품 및 코일 매개변수의 분산(첨가제), 부품 연결 및 가이드의 기술적 격차 및 조임의 영향으로 인해 발생합니다. 임의).

센서 구조의 기계적 요소 제조 시 발생하는 기술적 오류도 유도형 센서에만 국한되지 않습니다. 기계적 측정 장치에 대한 일반적인 방법을 사용하여 평가됩니다. 자기 회로 및 센서 코일의 제조 오류는 센서 매개변수의 분산으로 이어지고 후자의 호환성을 보장하는 데 어려움이 발생합니다.

9) 센서 노화 오류.이 오류 구성 요소는 첫째로 센서 구조의 움직이는 요소의 마모로 인해 발생하고 둘째로 센서 자기 회로의 전자기 특성의 시간 경과에 따른 변화로 인해 발생합니다. 실수로 발생한 오류로 간주해야 합니다. 마모로 인한 오류를 평가할 때 각각의 특정 사례에서 센서 메커니즘의 운동학적 계산이 고려됩니다. 이 경우 센서 설계 단계에서 추가 마모 오류가 지정된 값을 초과하지 않는 정상적인 작동 조건에서 센서의 서비스 수명을 설정하는 것이 좋습니다.

재료의 전자기적 특성은 시간이 지남에 따라 변합니다.

대부분의 경우, 전자기 특성을 변경하는 현저한 프로세스는 자기 회로의 열처리 및 자기 소거 후 처음 200시간 이내에 종료됩니다. 미래에는 실질적으로 일정하게 유지되며 유도 센서의 전체 오류에서 중요한 역할을 하지 않습니다.

유도 센서 오류의 구성 요소에 대한 위의 고려 사항을 통해 센서의 전체 오류 형성에서 해당 구성 요소의 역할을 평가할 수 있습니다. 대부분의 경우 결정 요인은 특성의 비선형성에 따른 오차와 유도 변환기의 온도 오차입니다.