일반적인 의미에서 센서는 하나의 물리량을 처리, 전송 또는 후속 변환에 적합한 다른 물리량으로 변환하는 장치입니다. 일반적으로 첫 번째는 직접 측정할 수 없는 물리량(온도, 속도, 변위 등)이고 두 번째는 전기적 또는 광학적 신호입니다. 코일을 기본 요소로 하는 센서는 계측기 분야에서 고유한 틈새를 차지합니다.
유도형 센서의 설계 및 작동 방식
유도형 센서는 작동 원리에 따라 능동형 센서입니다. 즉, 외부 발진기가 필요합니다. 인덕터 코일에 미리 결정된 주파수와 진폭의 신호를 공급합니다.
코일을 통해 흐르는 전류는 자기장을 생성합니다. 전도성 물체가 자기장에 들어가면 코일 매개변수가 변경됩니다. 남은 것은 이 변화를 감지하는 것뿐입니다.
간단한 비접촉 센서는 코일의 가까운 영역에 있는 금속 물체의 모양에 반응합니다. 이것은 코일의 임피던스를 변경하고, 이 변경은 전기 신호로 변환되어야 하며, 비교 회로의 도움으로 임계값의 통과를 증폭 및(또는) 고정해야 합니다.
다른 유형의 센서는 코일 코어 역할을 하는 물체의 세로 위치 변화에 반응합니다. 물체의 위치가 변경되면 코일 내부 또는 외부로 미끄러져 인덕턴스가 변경됩니다. 이 변화는 전기 신호로 변환되어 측정될 수 있습니다. 이 센서의 또 다른 버전은 물체가 외부에서 코일 위로 밀릴 때입니다. 이것은 스크린 효과로 인해 인덕턴스를 감소시킵니다.
유도 변위 센서의 또 다른 변형은 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)입니다. 다음과 같은 순서로 만들어진 복합코일입니다.
- 2차 권선 1;
- 1차 권선;
- 2차 권선 2.
발전기의 신호는 1차 권선에 적용됩니다. 중간 코일에 의해 생성된 자기장은 각각의 2차 코일에서 EMF를 유도합니다(변압기 원리). 코어는 움직일 때 코일 사이의 상호 결합을 변경하여 각 권선의 기전력을 변경합니다. 이 변화는 측정 회로에 의해 감지될 수 있습니다. 코어의 길이가 복합 코일의 전체 길이보다 작기 때문에 2차 권선의 EMF 비율은 물체의 위치를 명확하게 결정할 수 있습니다.
동일한 원리(권선 사이의 유도 결합 변경)가 회전 센서를 구축하는 데 사용됩니다. 두 개의 동축 코일로 구성됩니다. 신호는 권선 중 하나에 적용되고 두 번째 권선의 EMF는 상호 회전 각도에 따라 다릅니다.
유도 센서는 설계에 관계없이 비접촉 센서라는 것은 작동 원리에서 분명합니다. 그들은 멀리서 작동하며 모니터링할 물체와 직접 접촉할 필요가 없습니다.
유도형 센서의 장점과 단점
유도형 센서의 장점은 주로 다음과 같습니다.
- 디자인의 신뢰성;
- 접촉 연결 부재;
- 노이즈의 영향을 줄이고 제어 회로를 단순화하는 높은 출력 전력;
- 고감도;
- 산업용 주파수의 AC 전압 소스에서 작동 가능성.
유도형 센서의 주요 단점은 크기, 무게 및 제조 복잡성입니다. 지정된 매개변수를 사용하여 코일을 권선하려면 특수 장비가 필요합니다. 또 다른 단점은 마스터 발진기의 신호 진폭을 정확하게 유지해야 한다는 것입니다. 변경되면 감도 범위도 변경됩니다. 센서는 교류에서만 작동하기 때문에 진폭을 유지하는 것은 확실한 기술적 문제가 됩니다. 가정용 또는 산업용 네트워크에서 직접(또는 강압 변압기를 통해) 센서를 연결할 수 없습니다. 일반 모드에서도 진폭 또는 주파수의 전압 변동이 10%에 도달할 수 있으므로 측정 정확도를 허용할 수 없습니다.
또한 측정 정확도는 다음에 의해 영향을 받을 수 있습니다.
- 외부 자기장(센서의 작동 원리에 따라 차폐는 불가능함);
- 공급 및 측정 케이블의 외부 EMF 유도;
- 제조 오류;
- 센서 특성의 부정확성;
- 일반 성능에 영향을 미치지 않는 센서 장착 위치의 백래시 또는 변형
- 온도에 대한 정확도 의존성(저항을 포함한 권선 매개변수 변경).
인덕턴스 센서가 자기장에서 유전체 물체의 출현에 반응하지 못하는 것은 장점과 단점으로 분류될 수 있습니다. 한편으로 이것은 적용 범위를 제한합니다. 반면에 모니터링 대상에 먼지, 기름때, 모래 등이 있는지에 대해 둔감해집니다.
유도형 센서의 단점과 가능한 한계에 대한 지식은 장점을 합리적으로 사용할 수 있도록 합니다.
유도형 센서의 응용 분야
유도형 근접 센서는 종종 리미트 스위치로 사용됩니다. 이러한 장치가 일반화되었습니다.
- 보안 시스템에서 창문과 문을 무단으로 여는 센서로 사용합니다.
- 원격 기계 시스템에서 장치 및 메커니즘의 끝 위치 센서로;
- 일상 생활에서 문, 새시의 닫힌 위치 표시 계획;
- 개체 수를 세는 경우(예: 컨베이어 벨트에서 이동)
- 기어의 회전 속도를 결정하기 위해(센서를 통과하는 각 톱니가 펄스를 생성함);
- 다른 상황에서.
각도 위치 인코더는 샤프트, 기어 및 기타 회전 장치의 회전 각도를 결정하는 데 사용할 수 있으며 앱솔루트 인코더로도 사용할 수 있습니다. 또한 선형 인코더와 함께 공작 기계 및 로봇 애플리케이션에도 사용할 수 있습니다. 기계 구성 요소의 위치를 정확하게 알아야 하는 모든 곳.
유도형 센서의 실제 구현 예
실제로 유도 센서 설계는 다양한 방식으로 구현될 수 있습니다. 가장 단순한 디자인과 통합은 감지 영역에서 금속 물체의 존재를 모니터링하는 2선식 단일 센서입니다. 이러한 장치는 종종 W 자형 코어를 기반으로 만들어 지지만 이것은 원칙적이지 않은 점입니다. 이러한 디자인은 제조하기가 더 쉽습니다.
코일의 저항을 변경하면 회로의 전류와 부하 양단의 전압 강하가 변경됩니다. 이러한 변화를 감지할 수 있습니다. 문제는 부하 저항이 중요해진다는 것입니다. 너무 크면 금속 물체가 나타날 때 전류의 변화가 상대적으로 작습니다. 이것은 시스템의 감도와 내성을 감소시킵니다. 작으면 회로의 전류가 높아지고 보다 탄력적인 센서가 필요합니다.
따라서 센서 하우징에 측정 회로가 내장된 설계가 있습니다. 발생기는 인덕터 코일에 공급하는 펄스를 생성합니다. 특정 수준에 도달하면 트리거가 작동되어 0에서 1로 또는 그 반대로 전환됩니다.버퍼 증폭기는 전력 및/또는 전압으로 신호를 증폭하고 LED를 조명(소등)하고 개별 신호를 외부 회로에 출력합니다.
출력 신호는 다음과 같이 생성될 수 있습니다.
- 전자기 또는 솔리드 스테이트 릴레이 - 0 또는 단위 전압 레벨;
- "건조한 접촉" 전자기 릴레이;
- 오픈 컬렉터 트랜지스터 (n-p-n 또는 p-n-p 구조).
이 경우 센서를 연결하려면 세 개의 전선이 필요합니다.
- 힘;
- 공통 와이어(0볼트);
- 신호선.
이러한 센서는 DC 전압으로 전원을 공급받을 수도 있습니다. 이들의 인덕턴스 펄스는 내부 발진기에 의해 생성됩니다.
차동 센서는 위치 모니터링에 사용됩니다. 모니터링 대상이 두 코일에 대해 대칭인 경우 코일을 통과하는 전류는 동일합니다. 코일 중 하나가 필드 쪽으로 이동하면 불균형이 발생하고 총 전류가 0이 되지 않게 되며 이는 눈금 중간에 화살표가 있는 표시기로 감지할 수 있습니다. 표시기는 변위량과 방향을 모두 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 화살표 장치 대신 위치 변경에 대한 정보를 수신하면 신호를 보내고 물체를 정렬하기 위한 조치를 취하고 기술 프로세스를 조정하는 등의 제어 회로를 사용할 수 있습니다.
선형 조정 차동 변압기의 원리에 따라 만들어진 센서는 1차 및 2차 권선과 내부에서 움직이는 로드(스프링 장착 가능)가 있는 프레임워크를 나타내는 완전한 디자인으로 생산됩니다. 2차 권선에서 발생기 신호 및 EMF 추출을 위한 와이어가 있습니다. 제어 대상은 스템에 기계적으로 연결될 수 있습니다. 유전체로 만들 수도 있습니다. 측정에는 막대의 위치만 중요합니다.
특정 고유한 단점에도 불구하고 유도형 센서는 공간에서 물체의 비접촉 감지와 관련된 많은 영역을 닫습니다. 지속적인 기술 발전에도 불구하고 이러한 유형의 장치는 가까운 장래에 측정 장치 시장을 떠나지 않을 것입니다. 그 동작은 기본 물리학 법칙을 기반으로 하기 때문입니다.
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