一般的な意味でのセンサーは、ある物理量を処理、送信、またはその後の変換に適した別の物理量に変換するデバイスです。原則として、1 つ目は直接測定できない物理量 (温度、速度、変位など) であり、2 つ目は電気信号または光信号です。コイルを基本要素とするセンサは、計測機器の分野で独自のニッチを占めています。
誘導センサーの設計方法と動作方法
誘導センサーは、その動作原理によるアクティブセンサーです。つまり、外部発振器が必要です。インダクタコイルに所定の周波数と振幅の信号を供給します。
コイルに電流が流れると、磁場が発生します。導電性物体が磁場に入ると、コイル パラメータが変化します。あとは、この変化を検出するだけです。
シンプルな非接触センサーは、コイルの近くのゾーンにある金属物体の出現に反応します。これによりコイルのインピーダンスが変化し、この変化を電気信号に変換し、増幅し、比較回路を使用してしきい値の通過を固定する必要があります。
別のタイプのセンサーは、コイル コアとして機能する対象物の縦方向の位置の変化に応答します。物体の位置が変化すると、コイルの内側または外側に滑り込み、それによってインダクタンスが変化します。この変化を電気信号に変換して測定することができます。このセンサーの別のバージョンは、対象物が外側からコイルに押し付けられる場合です。これにより、スクリーン効果によりインダクタンスが減少します。
誘導変位センサーの別のバリエーションは、線形可変差動変圧器 (LVDT) です。以下の順番で作られた複合コイルです。
- 二次巻線 1;
- 一次巻線;
- 二次巻線 2.
発電機からの信号は一次巻線に印加されます。中央のコイルによって生成された磁場は、各二次コイルに EMF を誘導します (変圧器の原理）。コアが移動すると、コイル間の相互結合が変化し、各巻線の起電力が変化します。この変化は、測定回路によって検出できます。コアの長さは複合コイルの全長よりも短いため、二次巻線の EMF の比率によって物体の位置を明確に決定できます。
同じ原理 - 巻線間の誘導結合を変更する - を使用して、回転センサーを構築します。 2 つの同軸コイルで構成されています。信号は巻線の1つに適用され、2番目の巻線のEMFは相互の回転角度に依存します。
誘導センサーは、その設計に関係なく、非接触センサーであることは動作原理から明らかです。それらは離れた場所で動作し、監視対象と直接接触する必要はありません。
誘導センサーの長所と短所
誘導センサーの主な利点は次のとおりです。
- 設計の信頼性;
- 接触接続の欠如;
- ノイズの影響を低減し、制御回路を簡素化する高出力電力。
- 高感度;
- 産業用周波数の AC 電圧源からの操作の可能性。
誘導センサーの主な欠点は、サイズ、重量、および製造の複雑さです。指定されたパラメータでコイルを巻くには、特別な装置が必要です。もう 1 つの欠点は、マスター オシレータからの信号振幅を正確に維持する必要があることです。変化すると、感度範囲も変化します。センサは交流のみで動作するため、振幅を維持することは明確な技術的問題になります。家庭用または産業用ネットワークに直接（または降圧トランスを介して）センサーを接続することはできません。その場合、振幅または周波数の電圧変動は通常モードでも10％に達する可能性があり、測定精度が許容できなくなります。
また、測定精度は次の影響を受ける可能性があります。
- 外部磁場（センサーの動作原理に基づいてセンサーをシールドすることはできません）;
- 電源ケーブルと測定ケーブルの外部 EMF 誘導。
- 製造エラー;
- センサー特性の不正確さ;
- 一般的な性能には影響しない、センサーの取り付け位置のガタや変形。
- 精度は温度に依存します（抵抗を含む巻線パラメータが変化します）。
インダクタンス センサーが磁場内の誘電体の出現に応答できないことは、長所と短所の両方に分類できます。一方では、これによりアプリケーションの範囲が制限されます。一方、監視対象の汚れ、グリース、砂などの存在に反応しなくなります。
誘導センサーの欠点と考えられる制限についての知識は、それらの利点を合理的に使用することを可能にします。
誘導センサーの応用分野
誘導型近接センサーは、リミット スイッチとしてよく使用されます。これらのデバイスは一般的になっています。
- セキュリティシステムでは、窓やドアの不正な開放のセンサーとして。
- テレメカニクス システムでは、ユニットおよびメカニズムの最終位置のセンサーとして。
- ドア、サッシの閉じた位置を示すスキームにおける日常生活;
- オブジェクトをカウントするため (例: ベルトコンベア上を移動);
- ギアの回転速度を決定するため（センサーを通過する各歯がパルスを生成します）。
- 他の状況では。
角度位置エンコーダは、シャフト、ギア、およびその他の回転ユニットの回転角度を決定するために使用できます。また、アブソリュート エンコーダとしても使用できます。また、工作機械やロボット工学のアプリケーションで、リニア エンコーダとともに使用することもできます。機械部品の位置を正確に知る必要がある場所ならどこでも。
誘導センサーの実用的な実装例
実際には、誘導センサーの設計はさまざまな方法で実装できます。最も単純な設計と組み込みは、検出領域内の金属物体の存在を監視する 2 線式の単一センサーです。このようなデバイスは、多くの場合、W 型のコアに基づいて作成されますが、これは原則に反する点です。このような設計は製造が容易です。
コイルの抵抗を変更すると、回路内の電流と負荷の電圧降下が変化します。これらの変化を検出できます。問題は、負荷抵抗が重要になることです。大きすぎると、金属物が現れたときの電流の変化が比較的小さくなります。これにより、システムの感度と耐性が低下します。小さい場合、回路内の電流が高くなり、より弾力性のあるセンサーが必要になります。
そのため、センサー ハウジングに測定回路を組み込んだ設計があります。発生器は、インダクタ コイルに供給するパルスを生成します。特定のレベルに達すると、トリガーが作動し、0 から 1 に、またはその逆に反転します。バッファアンプは信号を電力や電圧で増幅し、LED を点灯 (消灯) し、ディスクリート信号を外部回路に出力します。
出力信号は次のように生成できます。
- 電磁または ソリッドステートリレー - ゼロまたは単位電圧レベル;
- "ドライコンタクト" 電磁リレー;
- オープンコレクター トランジスタ (n-p-n または p-n-p 構造)。
この場合、センサーを接続するために 3 本のワイヤが必要になります。
- パワー;
- 共通線 (0 ボルト);
- 信号線。
このようなセンサーは、DC 電圧で給電することもできます。それらのインダクタンス パルスは、内部発振器によって生成されます。
位置監視には差動センサーが使用されます。監視対象が両方のコイルに対して対称である場合、それらを流れる電流は同じです。いずれかのコイルがフィールドに向かって移動すると、アンバランスが発生し、合計電流がゼロに等しくなくなります。これは、目盛りの中央にある矢印でインジケータによって検出できます。インジケータは、変位量とその方向の両方を決定するために使用できます。矢印デバイスの代わりに、制御回路を使用することができます。制御回路は、位置の変化に関する情報を受け取ると、信号を出し、オブジェクトを整列させるための措置を講じ、技術プロセスを調整するなどします。
線形調整差動変圧器の原理に従って作られたセンサーは、完全な設計として製造され、一次巻線と二次巻線を備えたフレームワークと、内部で動くロッド (バネ仕掛けにすることができます) を表しています。ジェネレーター信号用のワイヤーと、二次巻線からの EMF 抽出用のワイヤーがあります。制御対象は、ステムに機械的に接続できます。誘電体で作ることもできます - ロッドの位置だけが測定に重要です。
特定の固有の欠点にもかかわらず、誘導センサーは、空間内の物体の非接触検出に関連する多くの領域を閉じます。技術の絶え間ない発展にもかかわらず、このタイプのデバイスは、その動作が物理学の基本法則に基づいているため、近い将来に測定デバイスの市場を離れることはありません。
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