सामान्य अर्थाने सेन्सर हे असे उपकरण आहे जे एका भौतिक प्रमाणाला प्रक्रिया, प्रसारण किंवा त्यानंतरच्या रूपांतरणासाठी योग्य दुसर्‍यामध्ये रूपांतरित करते. नियमानुसार, पहिले भौतिक प्रमाण आहे जे थेट मोजले जाऊ शकत नाही (तापमान, वेग, विस्थापन इ.) आणि दुसरे म्हणजे इलेक्ट्रिकल किंवा ऑप्टिकल सिग्नल. सेन्सर्स, ज्याचा मूळ घटक एक कॉइल आहे, मोजमाप यंत्रांच्या क्षेत्रात त्यांचे स्वतःचे स्थान व्यापतात.
सामग्री
प्रेरक सेन्सर कसे डिझाइन केले जातात आणि ते कसे कार्य करतात
प्रेरक सेन्सर त्यांच्या ऑपरेटिंग तत्त्वानुसार सक्रिय सेन्सर आहेत, म्हणजे त्यांना बाह्य ऑसिलेटर आवश्यक आहे. हे इंडक्टर कॉइलला पूर्वनिर्धारित वारंवारता आणि मोठेपणाचे सिग्नल पुरवते.
कॉइलमधून वाहणारा विद्युतप्रवाह चुंबकीय क्षेत्र तयार करतो. जर प्रवाहकीय वस्तू चुंबकीय क्षेत्रात प्रवेश करते, तर कॉइलचे मापदंड बदलतात. हा बदल ओळखणे एवढेच बाकी आहे.
साधे गैर-संपर्क सेन्सर कॉइलच्या जवळच्या झोनमध्ये धातूच्या वस्तूंच्या देखाव्यावर प्रतिक्रिया देतात. यामुळे कॉइलचा प्रतिबाधा बदलतो, हा बदल इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करणे आवश्यक आहे, तुलनात्मक सर्किटच्या मदतीने थ्रेशोल्डचा रस्ता वाढवणे आणि (किंवा) निश्चित करणे आवश्यक आहे.
दुसर्‍या प्रकारचे सेन्सर ऑब्जेक्टच्या रेखांशाच्या स्थितीतील बदलांना प्रतिसाद देतात, जे कॉइल कोर म्हणून काम करतात. ऑब्जेक्टची स्थिती बदलली की, ती कॉइलमध्ये किंवा बाहेर सरकते, त्यामुळे त्याचे इंडक्टन्स बदलते. हा बदल इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करून मोजता येतो. या सेन्सरची दुसरी आवृत्ती म्हणजे जेव्हा वस्तू बाहेरून कॉइलवर ढकलली जाते. यामुळे स्क्रीन इफेक्टमुळे इंडक्टन्स कमी होते.
प्रेरक विस्थापन सेन्सरचा आणखी एक प्रकार म्हणजे लिनियर व्हेरिएबल डिफरेंशियल ट्रान्सफॉर्मर (LVDT). हे खालील क्रमाने बनवलेले कंपाऊंड कॉइल आहे:
- दुय्यम वळण 1;
- प्राथमिक वळण;
- दुय्यम वळण 2.
जनरेटरचा सिग्नल प्राथमिक वळणावर लागू केला जातो. मधल्या कॉइलने निर्माण केलेले चुंबकीय क्षेत्र प्रत्येक दुय्यम मध्ये एक EMF प्रेरित करते (ट्रान्सफॉर्मर तत्त्व). कोर, जसजसा तो हलतो, कॉइलमधील परस्पर जोड बदलतो, प्रत्येक विंडिंगमध्ये इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स बदलतो. हा बदल मापन सर्किटद्वारे शोधला जाऊ शकतो. कोरची लांबी कंपाऊंड कॉइलच्या एकूण लांबीपेक्षा कमी असल्याने, दुय्यम विंडिंग्समधील EMF चे गुणोत्तर ऑब्जेक्टची स्थिती स्पष्टपणे निर्धारित करू शकते.
समान तत्त्व - विंडिंग्जमधील प्रेरक कपलिंग बदलणे - रोटेशन सेन्सर तयार करण्यासाठी वापरला जातो. यात दोन कोएक्सियल कॉइल असतात. सिग्नल एका विंडिंगवर लागू केला जातो, दुसऱ्या विंडिंगमधील ईएमएफ रोटेशनच्या परस्पर कोनावर अवलंबून असतो.
ऑपरेशनच्या तत्त्वावरून हे स्पष्ट आहे की प्रेरक सेन्सर, त्यांच्या डिझाइनची पर्वा न करता, संपर्क नसलेले सेन्सर आहेत. ते अंतरावर कार्य करतात आणि निरीक्षण करण्यासाठी ऑब्जेक्टशी थेट संपर्क आवश्यक नसते.
प्रेरक सेन्सर्सचे फायदे आणि तोटे
प्रेरक सेन्सरच्या फायद्यांमध्ये प्रामुख्याने हे समाविष्ट आहे:
- डिझाइनची विश्वसनीयता;
- संपर्क कनेक्शनची अनुपस्थिती;
- उच्च आउटपुट पॉवर, जे आवाजाचा प्रभाव कमी करते आणि नियंत्रण सर्किट सुलभ करते;
- उच्च संवेदनशीलता;
- औद्योगिक वारंवारतेच्या एसी व्होल्टेज स्त्रोतांकडून ऑपरेशनची शक्यता.
प्रेरक सेन्सर्सचा मुख्य तोटा म्हणजे त्यांचा आकार, वजन आणि उत्पादनाची जटिलता. निर्दिष्ट पॅरामीटर्ससह कॉइलच्या वळणासाठी विशेष उपकरणे आवश्यक आहेत. आणखी एक गैरसोय म्हणजे मास्टर ऑसिलेटरमधून सिग्नलचे मोठेपणा अचूकपणे राखण्याची गरज आहे. जेव्हा ते बदलते तेव्हा संवेदनशीलता श्रेणी देखील बदलते. सेन्सर्स केवळ पर्यायी विद्युत् प्रवाहासह कार्य करत असल्याने, मोठेपणा राखणे ही एक निश्चित तांत्रिक समस्या बनते. घरगुती किंवा औद्योगिक नेटवर्कमध्ये थेट (किंवा स्टेप-डाउन ट्रान्सफॉर्मरद्वारे) सेन्सर कनेक्ट करणे शक्य नाही - त्यात मोठेपणा किंवा वारंवारतेतील व्होल्टेज चढ-उतार अगदी सामान्य मोडमध्ये 10% पर्यंत पोहोचू शकतात, ज्यामुळे मापन अचूकता अस्वीकार्य बनते.
तसेच मापन अचूकतेवर परिणाम होऊ शकतो:
- बाह्य चुंबकीय क्षेत्र (सेन्सरचे संरक्षण त्याच्या ऑपरेशनच्या तत्त्वावर आधारित शक्य नाही);
- पुरवठा आणि मापन केबल्समध्ये बाह्य ईएमएफ इंडक्शन;
- उत्पादन त्रुटी;
- सेन्सर वैशिष्ट्याची अयोग्यता;
- सेन्सरच्या माउंटिंग स्थानामध्ये बॅकलॅश किंवा विकृती, जे सामान्य कार्यक्षमतेवर परिणाम करत नाहीत;
- तपमानावर अचूकता अवलंबित्व (विंडिंग वायर पॅरामीटर्स बदलतात, त्याच्या प्रतिकारासह).
इंडक्टन्स सेन्सर्सच्या चुंबकीय क्षेत्रामध्ये डायलेक्ट्रिक ऑब्जेक्ट्स दिसण्यास प्रतिसाद देण्यास असमर्थता फायदे आणि तोटा दोन्ही म्हणून वर्गीकृत केली जाऊ शकते. एकीकडे, हे त्यांच्या अर्जाची व्याप्ती मर्यादित करते. दुसरीकडे, ते निरीक्षण केलेल्या वस्तूंवर घाण, वंगण, वाळू इत्यादींच्या उपस्थितीबद्दल असंवेदनशील बनवते.
प्रेरक सेन्सर्सचे तोटे आणि संभाव्य मर्यादांचे ज्ञान त्यांच्या फायद्यांचा तर्कसंगत वापर करण्यास अनुमती देते.
प्रेरक सेन्सर्ससाठी अर्जाची फील्ड
प्रेरक प्रॉक्सिमिटी सेन्सर अनेकदा मर्यादा स्विच म्हणून वापरले जातात. ही उपकरणे सामान्य झाली आहेत:
- सुरक्षा प्रणालींमध्ये, खिडक्या आणि दरवाजे अनधिकृतपणे उघडण्याचे सेन्सर म्हणून;
- टेलिमेकॅनिक्स सिस्टममध्ये, युनिट्स आणि मेकॅनिझमच्या शेवटच्या स्थितीचे सेन्सर म्हणून;
- दैनंदिन जीवनात दरवाजे, सॅशेसच्या बंद स्थितीचे संकेत असलेल्या योजनांमध्ये;
- वस्तू मोजण्यासाठी (उदा. कन्व्हेयर बेल्टवर फिरणे);
- गीअर्सच्या फिरण्याच्या गतीचे निर्धारण करण्यासाठी (सेन्सरमधून जाणारा प्रत्येक दात एक नाडी निर्माण करतो);
- इतर परिस्थितींमध्ये.
कोनीय पोझिशन एन्कोडरचा वापर शाफ्ट, गीअर्स आणि इतर फिरणाऱ्या युनिट्सच्या रोटेशनचे कोन निर्धारित करण्यासाठी आणि परिपूर्ण एन्कोडर म्हणून देखील केला जाऊ शकतो. ते लिनियर एन्कोडरसह मशीन टूल्स आणि रोबोटिक्स ऍप्लिकेशन्समध्ये देखील वापरले जाऊ शकतात. कुठेही मशीनच्या घटकांची स्थिती तंतोतंत माहित असणे आवश्यक आहे.
प्रेरक सेन्सर्ससाठी व्यावहारिक अंमलबजावणी उदाहरणे
सराव मध्ये, प्रेरक सेन्सर डिझाइन विविध प्रकारे लागू केले जाऊ शकतात. सर्वात सोपी रचना आणि समावेश दोन-वायर सिंगल सेन्सर आहे, जो त्याच्या संवेदन क्षेत्रात धातूच्या वस्तूंच्या उपस्थितीवर लक्ष ठेवतो. अशी उपकरणे बहुतेकदा डब्ल्यू-आकाराच्या कोरच्या आधारे बनविली जातात, परंतु हा एक सिद्धांत नसलेला मुद्दा आहे. अशी रचना तयार करणे सोपे आहे.
जेव्हा तुम्ही कॉइलचा प्रतिकार बदलता, तेव्हा सर्किटमधील विद्युतप्रवाह आणि लोडमधील व्होल्टेज ड्रॉप बदलतो. हे बदल ओळखले जाऊ शकतात. समस्या अशी आहे की लोड प्रतिरोध गंभीर बनतो. जर ते खूप मोठे असेल, तर जेव्हा धातूची वस्तू दिसते तेव्हा विद्युत् प्रवाहात होणारा बदल तुलनेने लहान असेल. यामुळे प्रणालीची संवेदनशीलता आणि प्रतिकारशक्ती कमी होते. जर ते लहान असेल तर, सर्किटमधील वर्तमान जास्त असेल आणि अधिक लवचिक सेन्सर आवश्यक असेल.
म्हणून, सेन्सर हाऊसिंगमध्ये तयार केलेल्या मापन सर्किटरीसह डिझाइन आहेत. जनरेटर डाळी निर्माण करतो जे इंडक्टर कॉइलला खाद्य देतात. जेव्हा एखादी विशिष्ट पातळी गाठली जाते, तेव्हा ट्रिगर कार्यान्वित होतो, 0 ते 1 किंवा त्याउलट फ्लिप होतो.बफर अॅम्प्लीफायर पॉवर आणि/किंवा व्होल्टेजद्वारे सिग्नल वाढवतो, LED प्रकाशित करतो (विझवतो) आणि बाह्य सर्किटला एक स्वतंत्र सिग्नल आउटपुट करतो.
आउटपुट सिग्नल व्युत्पन्न केले जाऊ शकते:
- इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक किंवा सॉलिड स्टेट रिले - शून्य किंवा युनिट व्होल्टेज पातळी;
- "कोरडा संपर्क" इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रिले;
- खुले कलेक्टर ट्रान्झिस्टर (n-p-n किंवा p-n-p रचना).
या प्रकरणात, सेन्सर कनेक्ट करण्यासाठी आपल्याला तीन तारांची आवश्यकता असेल:
- शक्ती;
- सामान्य वायर (0 व्होल्ट);
- सिग्नल वायर.
असे सेन्सर डीसी व्होल्टेजद्वारे देखील चालवले जाऊ शकतात. त्यांच्या इंडक्टन्स डाळी एका अंतर्गत ऑसिलेटरद्वारे तयार केल्या जातात.
स्थिती निरीक्षणासाठी विभेदक सेन्सर वापरले जातात. जर निरीक्षण करावयाची वस्तू दोन्ही कॉइल्सच्या संदर्भात सममितीय असेल, तर त्यांच्याद्वारे प्रवाह समान असेल. जर एकतर कॉइल फील्डकडे वळवले तर, असंतुलन उद्भवते, एकूण प्रवाह शून्याच्या बरोबरीने थांबतो, जो स्केलच्या मध्यभागी असलेल्या बाणाने निर्देशकाद्वारे शोधला जाऊ शकतो. विस्थापनाचे प्रमाण आणि त्याची दिशा दोन्ही निर्धारित करण्यासाठी निर्देशकाचा वापर केला जाऊ शकतो. बाण यंत्राऐवजी, नियंत्रण सर्किट वापरणे शक्य आहे, जे स्थिती बदलाविषयी माहिती प्राप्त करताना, एक सिग्नल देईल, ऑब्जेक्ट संरेखित करण्यासाठी उपाय करेल, तांत्रिक प्रक्रियेत समायोजन करेल इ.
रेखीय-नियमित विभेदक ट्रान्सफॉर्मरच्या तत्त्वानुसार बनवलेले सेन्सर संपूर्ण डिझाइन म्हणून तयार केले जातात, प्राथमिक आणि दुय्यम विंडिंग्ज आणि आत फिरणारी रॉड (हे स्प्रिंग-लोड असू शकते) असलेल्या फ्रेमवर्कचे प्रतिनिधित्व करतात. दुय्यम विंडिंग्जमधून जनरेटर सिग्नल आणि ईएमएफ काढण्यासाठी वायर आहेत. नियंत्रित करावयाची वस्तू स्टेमशी यांत्रिकपणे जोडली जाऊ शकते. हे डायलेक्ट्रिकपासून देखील बनविले जाऊ शकते - मोजमापासाठी केवळ रॉडची स्थिती महत्वाची आहे.
काही अंतर्निहित तोटे असूनही, प्रेरक सेन्सर अवकाशातील वस्तूंच्या संपर्क नसलेल्या शोधाशी संबंधित अनेक क्षेत्रे बंद करतो. तंत्रज्ञानाचा सतत विकास असूनही, या प्रकारची उपकरणे नजीकच्या भविष्यात मोजमाप उपकरणांची बाजारपेठ सोडणार नाहीत, कारण त्याची क्रिया भौतिकशास्त्राच्या मूलभूत नियमांवर आधारित आहे.
संबंधित लेख:
