Ο αισθητήρας θέσης είναι ένας τύπος συσκευής που χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση και τη μέτρηση μιας αλλαγής στη θέση ενός αντικειμένου σε μια συσκευή/μηχανή ή σε συγκεκριμένη γειτνίαση και αλλαγές σε σήματα που είναι κατάλληλα για μετάδοση, επεξεργασία ή έλεγχο. Υπάρχουν διάφοροι τύποι αισθητήρων θέσης διαθέσιμοι όπου ο μετατροπέας μετατόπισης είναι ένα συγκεκριμένο είδος αισθητήρα θέσης. Γενικά, οι κανονικοί αισθητήρες αντιλαμβάνονται την ύπαρξη του αντικειμένου, ενώ οι αισθητήρες μετατόπισης απλώς ανιχνεύουν τη μετατόπιση μόλις οποιοδήποτε αντικείμενο μετακινηθεί από τη μια θέση στην άλλη. Έτσι, η ποσότητα ανίχνευσης μετατόπισης σας επιτρέπει απλώς να προσδιορίσετε το πάχος και το ύψος του αντικειμένου. Αυτό το άρθρο εξετάζει μια επισκόπηση του α μετατροπέας μετατόπισης – εργασία με εφαρμογές.
Τι είναι ο μετατροπέας μετατόπισης;
Ο μετατροπέας μετατόπισης είναι μια ηλεκτρομηχανική συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της κίνησης ενός αντικειμένου σε ηλεκτροστατικά, ηλεκτρομαγνητικά ή μαγνητοηλεκτρικά σήματα τα οποία διαβάζονται και ερμηνεύονται σε δεδομένα. Υπάρχει ένα ευρύ φάσμα μετατροπέων μετατόπισης όπως γραμμικοί και περιστροφικοί. Αυτοί οι μετατροπείς είναι επίσης χρήσιμοι στη μέτρηση της φυσικής απόστασης μεταξύ του αισθητήρα και ενός στόχου. Οι περισσότεροι μετατροπείς μετατόπισης μετρούν στατικές και δυναμικές μετατοπίσεις, επομένως χρησιμοποιούνται συχνά για τη μέτρηση της δόνησης ενός αντικειμένου. Οι μετρούμενες μετατοπίσεις κυμαίνονται από μικρο ίντσες έως μερικά πόδια.
Η αρχή λειτουργίας του μορφοτροπέα μετατόπισης βασίζεται στην εξαιρετικά αξιόπιστη αρχή της επαγωγικής μέτρησης. Αυτοί οι μορφοτροπείς είναι ανθεκτικοί, πολύ εύκολοι στη χρήση και μπορούν να επιτύχουν υψηλή ακρίβεια. Οι μετατροπείς μετατόπισης παρέχουν αξιόπιστα αποτελέσματα μετρήσεων σε διαφορετικούς τομείς παραγωγής, έρευνας και ανάπτυξης.
Διάγραμμα κυκλώματος μετατροπέα μετατόπισης
Ο μετατροπέας μετατόπισης που χρησιμοποιείται στο παρακάτω κύκλωμα είναι ένας επαγωγικός μορφοτροπέας. Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της μετατόπισης με έναν επαγωγικό μορφοτροπέα.
Στο παραπάνω κύκλωμα, ο μετασχηματιστής περιλαμβάνει ένα πρωτεύον τύλιγμα & δύο δευτερεύουσες περιελίξεις. Τα τελικά σημεία των δύο δευτερευουσών περιελίξεων συνδέονται μεταξύ τους, επομένως, μπορούμε να δηλώσουμε ότι αυτές οι δύο περιελίξεις συνδέονται απλώς σε αντίθεση σειράς.
Η τάση «VP» εφαρμόζεται στην κύρια περιέλιξη του μετασχηματιστή, αφήστε την τάση που αναπτύσσεται σε κάθε δευτερεύον τύλιγμα να είναι 𝑉𝑆1 & 𝑉𝑆2. Έτσι, η τάση εξόδου «V0» λαμβάνεται στα πρώτα σημεία των δευτερευόντων περιελίξεων. Άρα η τάση εξόδου μπορεί να γραφτεί ως V0 = VS1 – VS2. Ο μετασχηματιστής που χρησιμοποιείται στο παραπάνω κύκλωμα είναι ο διαφορικός μετασχηματιστής επειδή παράγει μια τάση o/p, η οποία είναι η ανομοιότητα μεταξύ VS1 και VS2.
Εάν ο πυρήνας είναι τοποθετημένος στο κεντρικό σημείο, τότε οι επαγόμενες τάσεις σε δύο περιελίξεις S1 & S2 είναι ισοδύναμες. Άρα, η τάση εξόδου V0=0. Σε αυτή την κατάσταση, λέμε ότι δεν υπάρχει μετατόπιση.
Εάν ο πυρήνας έχει μετατοπιστεί πάνω από την κεντρική θέση, τότε το emf που δημιουργείται μέσα στο πηνίο S1 είναι περισσότερο, δηλαδή V1>V2.
Με τον ίδιο τρόπο, εάν ο πυρήνας μετατοπιστεί κάτω από την κεντρική θέση, τότε το emf που δημιουργείται μέσα στο πηνίο S2 είναι περισσότερο, δηλαδή V2>V1.
Άρα σε αυτές τις δύο περιπτώσεις, έχουμε δύο μετατοπίσεις προς τα πάνω και προς τα κάτω. Σε αυτές τις δύο περιπτώσεις, το μέγεθος της τάσης εξόδου «V0» θα είναι ανάλογο με τη θέση του πυρήνα σε σχέση με το κέντρο.
Έτσι, αν θέλουμε να μετρήσουμε τη μετατόπιση του σώματος τότε πρέπει να συνδέσουμε το σώμα με τον κεντρικό πυρήνα. Επομένως, μόλις το σώμα μετατοπιστεί σε ευθεία γραμμή, τότε αλλάζει το μεσαίο σημείο του πυρήνα, επομένως, η τάση o/p όπως το «V0» ποικίλλει επίσης ανάλογα. Σε αυτή την κατάσταση, μπορούμε να πάρουμε τη μετατόπιση μετρώντας απλώς την τάση o/p. Έτσι, η φάση και το μέγεθος της τάσης εξόδου δηλώνουν τη μετατόπιση και την κατεύθυνση του σώματος αντίστοιχα.
Βαθμονόμηση μετατροπέα μετατόπισης
Γενικά, η βαθμονόμηση του μορφοτροπέα είναι μια βασική απαίτηση για τη διατήρηση της ακρίβειας, της επαναληψιμότητας και της αξιοπιστίας των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται από ένα σύστημα μέτρησης. Αυτοί οι μετατροπείς είναι κοινοί σε ακαδημαϊκές και βιομηχανικές εφαρμογές. Έτσι, η βαθμονόμησή τους είναι συνήθως μια χρονοβόρα διαδικασία, ωστόσο, με τη χρήση συσκευής βαθμονόμησης, είναι πολύ εύκολο να στρίψετε ένα πόμολο και να πατήσετε ένα κουμπί.
Το σύστημα βαθμονόμησης του μορφοτροπέα μετατόπισης είναι μια ολοκληρωμένη λύση για τη βαθμονόμηση αυτών των μορφοτροπέων με μετατοπίσεις έως και 50,8 mm με ανάλυση 13 microns. Χρησιμοποιείται με οποιοδήποτε σύστημα, αν και συνοδεύεται από προσαρμοσμένο λογισμικό που επιτρέπει τη γρήγορη και εύκολη βαθμονόμηση αφού χρησιμοποιηθεί με συστήματα NI.
Τύποι μετατροπέα μετατόπισης
Υπάρχουν διάφοροι τύποι διαθέσιμων μετατροπέων μετατόπισης που είναι επίσης γνωστοί ως αισθητήρες μετατόπισης όπως ποτενσιόμετρο, μετρητής τάσης, χωρητικός και LVDT. Έτσι, κάθε τύπος συζητείται παρακάτω.
Αντιστασιακός μετατροπέας
Ένας μορφοτροπέας με αντίσταση ονομάζεται επίσης μετατροπέας μεταβλητής αντίστασης επειδή λειτουργεί με βάση την αρχή της μεταγωγής μεταβλητής αντίστασης. Αυτός ο μορφοτροπέας είναι ένας από τους πιο συχνά χρησιμοποιούμενους μετατροπείς μετατόπισης, που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση διαφορετικών φυσικών μεγεθών όπως πίεση, μετατόπιση, δύναμη, θερμοκρασία και δονήσεις και τα μετατρέπει σε ηλεκτρικό σήμα.
Χωρητικός μετατροπέας
Ένας χωρητικός μετατροπέας είναι ένας παθητικός μετατροπέας που λειτουργεί χρησιμοποιώντας εξωτερική ισχύ. Αυτός ο μορφοτροπέας χρησιμοποιείται κυρίως για τη μέτρηση της πίεσης, της μετατόπισης, της κίνησης, της δύναμης, της ταχύτητας και άλλων παραμέτρων. Αυτός ο μορφοτροπέας λειτουργεί με την αρχή της μεταβλητής χωρητικότητας, επομένως η χωρητικότητα αυτού του μορφοτροπέα αλλάζει λόγω πολλών λόγων όπως η διηλεκτρική σταθερά, η επικάλυψη πλακών και η αλλαγή εντός της απόστασης μεταξύ των πλακών. Αυτός είναι ένας παθητικός τύπος όπου δημιουργούνται ίσα και αντίθετα φορτία στις πλάκες λόγω της εφαρμοζόμενης τάσης στην πλάκα του πυκνωτή που διαχωρίζεται μέσω του διηλεκτρικού υλικού.
Γραμμικός μεταβλητός διαφορικός μετασχηματιστής
Ο LVDT ή ο γραμμικός μεταβλητός διαφορικός μετασχηματιστής είναι ένα είδος μετατροπέα μετατόπισης. Αυτός ο μορφοτροπέας περιλαμβάνει τρία πηνία σε συμμετρική απόσταση όπου το κύριο πηνίο είναι το κεντρικό πηνίο και τα υπόλοιπα δύο πηνία είναι δευτερεύοντα πηνία. Αυτά συνδέονται κυρίως σε σειρά και τοποθετούνται εξίσου σε σχέση με το κύριο πηνίο. Ανατρέξτε σε αυτόν τον σύνδεσμο για να μάθετε περισσότερα σχετικά με - LVDT .
Επαγωγικός μετατροπέας
Ένας επαγωγικός μετατροπέας είναι ένα είδος μορφοτροπέα μετατόπισης που λειτουργεί με βάση την αρχή της μεταγωγής ή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Για τη μέτρηση των απαραίτητων φυσικών μεγεθών όπως η δύναμη, η μετατόπιση, η ταχύτητα, η πίεση, η επιτάχυνση, η ροπή, η αμοιβαία ή η αυτεπαγωγή ποικίλλει. Το καλύτερο παράδειγμα αυτού του μορφοτροπέα είναι το LVDT. Ανατρέξτε σε αυτό σε αυτόν τον σύνδεσμο για να μάθετε περισσότερα επαγωγικοί μετατροπείς .
Στενόμετρο
Ένας μορφοτροπέας μετατόπισης μετρητή τάσης χρησιμοποιείται για την αλλαγή φυσικών μεγεθών όπως η πίεση, η μετατόπιση ή το φορτίο σε μηχανική καταπόνηση και αυτή η μηχανική καταπόνηση μετατρέπεται σε ηλεκτρικό o/p με τοποθετημένα μετρητές τάσης στο ελαστικό σώμα. Ένας μετατροπέας μετατόπισης μετρητή τάσης χρησιμοποιείται κυρίως για τη μέτρηση της μετατόπισης στην περιοχή από 0 έως 10 mm. Αυτός ο μορφοτροπέας έχει μικρό μήκος σώματος σε σύγκριση με το LVDT και είναι απαλλαγμένος από ηλεκτρομαγνητικές επιδράσεις. Αυτοί οι μορφοτροπείς μετρητή τάσης έχουν εξαιρετικά σταθερή και αξιόπιστη απόδοση. Ανατρέξτε σε αυτό σε αυτόν τον σύνδεσμο για να μάθετε περισσότερα για το μετρητής καταπόνησης .
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Τα πλεονεκτήματα του μετατροπέα μετατόπισης συζητούνται παρακάτω.
- Οι μετατροπείς μετατόπισης έχουν εξαιρετική γραμμικότητα.
- Έχουν εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια.
- Έχουν εξαιρετική ανάλυση έως και 0,01 μm.
- Αυτά είναι ανεκτικά σε υψηλά μαγνητικά πεδία, ραδιενεργά περιβάλλοντα και μεγάλα εύρη θερμοκρασιών.
- Έχουν ισχυρό σχεδιασμό και εξαιρετική σταθερότητα.
- Αυτοί οι μορφοτροπείς μπορούν να τοποθετηθούν προς οποιαδήποτε κατεύθυνση.
- Η κατανάλωση ενέργειας των LVDT είναι χαμηλή.
- Αυτά είναι πολύ ευαίσθητα και πολύ εύκολο να ευθυγραμμιστούν και να διατηρηθούν.
- Αυτοί οι μετατροπείς έχουν χαμηλή απώλεια υστέρησης.
- Το εύρος μέτρησης είναι υψηλότερο.
- Αυτός ο μετατροπέας είναι μια συσκευή χωρίς τριβή.
Μειονεκτήματα μετατροπέα μετατόπισης συζητούνται παρακάτω.
- Ο μετατροπέας μετατόπισης χρειάζεται πολύ υψηλή μετατόπιση για να παράγει υψηλή τάση.
- Χρειάζεται θωράκιση γιατί ανταποκρίνεται πολύ στο μαγνητικό πεδίο.
- Η απόδοση του μορφοτροπέα μπορεί να επηρεαστεί από δονήσεις καθώς και από αλλαγές στη θερμοκρασία.
- Χρειάζεται έναν εξωτερικό αποδιαμορφωτή για να πάρει έξοδο DC.
- Η δυναμική απόκριση αυτού του μορφοτροπέα είναι περιορισμένη.
Εφαρμογές
Οι εφαρμογές των μετατροπέων μετατόπισης περιλαμβάνουν τις ακόλουθες.
- Οι μετατροπείς μετατόπισης χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της σχετικής κίνησης μεταξύ του άκρου του αισθητήρα και του περιστρεφόμενου άξονα.
- Χρησιμοποιείται σε άκαμπτα μηχανήματα όπου μεταδίδονται εξαιρετικά μικρές δονήσεις από τον άξονα στο περίβλημα της μηχανής.
- Αυτά χρησιμοποιούνται στον βιομηχανικό τομέα και ακόμη και στον δημόσιο τομέα όπως αυτοματισμοί μηχανών, αεροδιαστημική και αεροσκάφη, τουρμπίνες ισχύος, υδραυλικά κ.λπ.
- Τα LVDT χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση μετατοπίσεων που κυμαίνονται από mm έως cms.
- Αυτά χρησιμοποιούνται σε μηχανές CNC για τη μέτρηση της μετατόπισης.
- Αυτά χρησιμοποιούνται για το πάχος και τη μέτρηση ελασμένων μεταλλικών φύλλων.
- Αυτά χρησιμοποιούνται εντός καναλιών για μέτρηση τάσης.
- Οι μετατροπείς μετατόπισης RVDT χρησιμοποιούνται στα συστήματα ελέγχου πτήσης.
- Οι τύποι ποτενσιόμετρων χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της δύναμης, της επιτάχυνσης και της πίεσης.
Επομένως, αυτή είναι μια επισκόπηση μιας μετατόπισης μετατροπέας – λειτουργεί με εφαρμογές. Εάν ένα σώμα μετατοπίζεται από τη μια θέση στην άλλη μέσα σε μια ευθεία γραμμή, μετά το μήκος μεταξύ αυτών των δύο θέσεων ονομάζεται μετατόπιση. Η μετατόπιση είναι ένα φυσικό μέγεθος όπως η ταχύτητα, η θερμοκρασία, η δύναμη κ.λπ.
Έτσι, ένας μετατροπέας μετατόπισης χρησιμοποιείται για τη μετατροπή μηχανικών κραδασμών/κίνησης, ιδιαίτερα ευθύγραμμης κίνησης σε ηλεκτρικά σήματα, μεταβλητό ηλεκτρικό ρεύμα ή τάση. Παραδείγματα μετατροπέων μετατόπισης είναι: παραμορφώσεις μετατόπισης & κάμψης που μετρούν μετρήσεις κανονικής μετατόπισης, μέτρηση ρωγμών μέσα στο σκυρόδεμα και κάμψη δοκών. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποια είναι η λειτουργία ενός μορφοτροπέα;
