4. SENZORY S INDUKČNOST NOSTÍ. μ dμ. L ds S. L l L N. dl + Typické použití a rozdělení senzorů

Transkript

1 4. SENZORY S INDUKČNOST NOSTÍ Přednášející: Prof. Ing. Miroslav Husák, CSc. husak@fel.cvut.cz, tel.: Cvičící: Ing. Pavel Kulha Ing. Adam Bouřa 1 2 Princip činnosti L = f ( S, l, N, μ) Typické použití a rozdělení senzorů dl = L ds S + L l dl + L N dn + L μ dμ Ls Rs C Rd Rk Ck L = f ( S, l, N, μ) L Pracovní kmitočet 1 1 R d, Rs, ωls ωl,, R ωc ωc k k 3 4

2 (Induktanční) Princip činnosti 5 6 senzory - realizace senzory - realizace snímače s pouzdry z plastů (vazební - flush device) snímače s pouzdry z kovu (nevazební - Non-flush device) senzor s upevňovacím závitem senzor bez závitu - hladké 7 8

3 a) Malá vzduchová mezera rozsah 3 μm - 5 μm Cívka s feritovým jádrem (vyšší kmitočet) 9 10 senzory - realizace a) Malá vzduchová mezera realizovaný snímač Senzor přiblížení má několik za sebe řazených elektrických bloků Oscilátor (Oscilator) Vyhodnocovací obvody (Evaluation Circuit) Koncový stupeň (Output Circuit) 11 12

4 a) Malá vzduchová mezera rozsah 3 μm - 5 μm Základní a nejběžnější principy detekce přiblížení kovového předmětu Příklady použití indukčnostních senzorů přiblížení v praktických aplikacích tloušťka vychýlení vyosení mezery tloušťka vychýlení b) Posunutí jádra (změna S) rozsah 3 μm mm b) Posunutí jádra rozsah 3 μm mm 15 16

5 Úprava pro měření velkých posunutí rozsah Úprava pro měření velkých posunutí rozsah c) Potlačenémg. pole vířivé proudy rozsah 3 μm - 5 mm c) Potlačené mg. pole vířivé proudy rozsah 3 μm - 5 mm Deska musí být elektricky vodivá (Cu) vznik vířivých proudů 19 20

6 c) Potlačenémg. pole vířivé proudy rozsah 3 μm - 5 mm d) Vzájemná indukčnost rozsah 3 μm - 3 mm Příklad: zářezový senzor (induktivní závora) B) Změna vlastností jádra (magnetoelastické - změna μ) Princip: Vzájemná indukčnost L1 a L2 nastavena bez jádra tak, aby OSC kmital Zasunutím jádra se změní vzájemná indukční vazba OSC přestane kmitat, změna amplitudy na výstupu 23 24

7 B) Změna vlastností jádra (magnetoelastické - změna μ) C) Indukční (magnetoinduktivní) L = f μ ) μ r = f(změna fyzikálních veličin) ( r C) Indukční (magnetoinduktivní) C) Indukční a) elektromagnetický princip b) elektrodynamický princip 27 28

8 D) Magnetostrikční D) Magnetostrikční Inverzní jev k Wiedemanovu jevu E) Magnetoanizotropní (změna směru mg. pole) E) Magnetoanizotropní (změna směru mg. pole) 31 32

9 Elektronické vyhodnocovací obvody Transformátorový senzor polohy LVDT - změna indukční vazby (transformátor s proměnnou vazbou) LVDT Linear Variable Differential Transformer výstup - střídavé napětí výstup - stejnosměrné napětí výstup - stejnosměrné zesílené napětí výstup synchronní detektor (stejnosměrné napětí) spínaný usměrňovač (synchronní detektor) Transformátorový senzor polohy Transformátorový senzor polohy LVDT konstrukce (LVDT Linear Variable Differential Transformer ) LVDT konstrukce (LVDT Linear Variable Differential Transformer ) 35 36

10 Elektronické vyhodnocovací obvody Elektronické vyhodnocovací obvody koncový stupeň 3 drátového senzoru připojení 2,3,4 drátových senzorů oscilátor sériové řazení 2 a 3 drátových senzorů paralelní řazení 2 a 3 drátových senzorů Příklad: Magnetoinduktivní senzor Typické aplikace především potrubní čisticí elementy nebo kontrola dveří a vrat. Magnetoinduktivní senzory jsou aktivovány externími magnetickými poli, dosahují vysokých spínacích vzdáleností až 90 mm. Příklad: Zářezové senzory Pouzdro zářezových senzorů má U-tvar, aktivní plocha je mezi vidlicemi Aktivace zářezových senzorů probíhá zasunutím objektů do senzoru Jsou schopny spolehlivě snímat objekty, jejichž vzdálenost od aktivní plochy postranní přiblížení není přesně určena 39 40

11 Příklad: se selektivním chováním Příklad: s integrovaným hlídačem otáček Selektivní senzory rozlišují feritové kovy od neferitových Aplikace jsou např. rozlišování součástek a nástrojů nebo obrobků z různých materiálů jakož i jednoduché kódovací úlohy Senzor a vyhodnocovací zařízení jsou v jednom pouzdře Nastavitelným vyhodnocovacím zařízením může být kontrolováno podkročení nebo překročení rozsahu otáček od ot/min Pomocí periodického zatlumování senzorů na hřídeli umístěnou kovovou clonkou nebo přímým snímáním zubů na ozubeném kole Příklad: s analogovým výstupem Příklad: pro vysoké tlaky Jednoduché regulační aplikace Analogový výstup - dodávají proudový, napěťový a frekvenční signál proporcionální měřené vzdálenosti Použití v hydraulických systémech Speciální těsnění v přední části senzoru a dodatečné vnější utěsnění např. pomocí O-kroužku 43 44

12 Příklad: Senzory odolné vůči magnetickému poli Příklad: pro potravinářský průmysl Senzory odolné vůči magnetickému poli, indukční senzory s feritovým jádrem Speciální pouzdro (např. teflonovaný závit nebo svařovacímu poli odolný duroplastový kryt) pro použití ve svařovnách V mlékárnách, pivovarech, pekárnách, mrazírnách nebo při balení a plnění potravin Umožňují optimalizaci procesů a snížení nákladů Příklad: Senzory odolné vůči tlaku a mořské vodě Příklad: pro extrémní okolní podmínky Speciální pouzdra odolné vůči tlaku a mořské vodě Senzory lze trvale používat až v hloubce 500 m Dalšími oblastmi využití jsou jezy, zdymadla a pobřežní aplikace. Aplikace v potravinářském průmyslu a strojírenství Senzory naprosto nepropustné a odolné vůči čisticím prostředkům, chladicím a mazacím kapalinám, řezným a brusným olejům Spolehlivé utěsnění, robustní pouzdra, nerezová pouzdra

13 Příklad: pro extrémní mechanické zatížení Speciální čelní kryt chrání senzor před extrémním mechanickým zatížením Umožňuje použití senzoru v prostředích s tvrdými údery nebo krátkodobými vysokými teplotami (svařování, špony při obrábění). Otázky Senzory s indukčností 1. Princip činnosti 2. náhradní lineární zapojení měřicího systému s kapacitními senzory 3. odvození pracovního kmitočtu Indukčnostní (Induktanční) - pasivní senzory 1. Princip činnosti a vyhodnocování informace 2. Princip měření se změnou vzduchové mezery mezi jádrem a pracovní částí 3. Princip měření s posunutím jádra 4. Princip měření s potlačeným mag. Polem vířivé proudy 5. Princip měření se vzájemnou indukčností (zářezový senzor) 6. Elektronické obvody pro vyhodnocování signálu Změna vlastností jádra (magnetoelastické -změna μ) 1. Princip činnosti 2. Magnetoelastické senzory 3. Elektronické obvody pro vyhodnocování signálu Indukční (magnetoinduktivní) - aktivní senzory 1. Elektromagnetický princip, základní rovnice 2. vyhodnocování signálu u elektromagnetického principu 3. Elektrodynamický princip, základní rovnice 4. vyhodnocování signálu u elektromagnetického principu Magnetostrikční 1. Princip magnetrikce, Wiedemanůvjev 2. Princip měření 3. Elektronické obvody pro vyhodnocování signálu Magnetoanizotropní (změna směru mg. pole) 1. Princip změny směru magnetického pole 2. Vyhodnocování signálu Transformátorový senzor polohy (LVDT Linear Variable Differential Transformer) 1. Princip činnosti a vlastnosti 2. základní zapojení vyhodnocovacích obvodů 49 50