Fakultet elektrotehnike

Odsjek: Energetska elektrotehnika

SEMINARSKI RAD

Savremeni industrijski induktivni senzori

student: Fahret Kamenjakovi mentor: dr. Mensur Kasumovi, docent

Tuzla, maj, 2015.

2

Sadraj

Sadraj ..................................................................................................................................................... 2

Uvod ........................................................................................................................................................ 3

Induktivni senzori .................................................................................................................................... 3

Princip rada induktivnih senzora ........................................................................................................ 4

Osnove induktivne tehnologije ........................................................................................................... 5

Karakteristike Induktivnih senzora ..................................................................................................... 5

Odreivanje cilja ................................................................................................................................. 6

Vrste induktivnih senzora ....................................................................................................................... 9

Induktivni senzori sa promjenljivim zazorom ..................................................................................... 9

Induktivni senzori sa promjenljivom povrinom vazdunog zazora ................................................... 9

Induktivni senzori sa promjenljivom magnetnom permeabilnodu ............................................... 10

Popreni induktivni senzori .............................................................................................................. 11

Senzori vrtlonih struja ..................................................................................................................... 12

Induktivni estkomponentni senzor sile ........................................................................................... 13

Induktivni senzori blizine .................................................................................................................. 14

Analogni induktivni senzor ................................................................................................................ 15

Primjena induktivnih senzora ............................................................................................................... 17

Meuinduktivni senzori ........................................................................................................................ 18

Princip rada ....................................................................................................................................... 18

Mjerne eme sa elektromagnetnim senzorima .................................................................................... 19

Mjerne eme sa prostim induktivnim senzorima ............................................................................. 19

Mjerne eme sa diferencijalnim induktivnim senzorima .................................................................. 20

Zakljuak ............................................................................................................................................... 21

Literatura .............................................................................................................................................. 22

3

Uvod

Prva dekada 21. vijeka je oznaena kao 'dekada senzora'. Sa dramatinim poveanjem

koritenja senzora u aplikacijema, posljednjih 15 godina, senzori spremaju novu revoluciju slinu onoj kakvu su izazvali mikroraunari 1980-ih godina. U autoindustriji potrebe za senzorima rastu skokovito. Mnoga poboljanja su napravljena kada je u pitanju tehnologija senzora a mnoga su na vidiku.

Postoje razne vrste senzora u zavisnosti od toga koja im je namjena. U ovom radu opisan je

princip rada i osnovne karakteristike induktivnih senzora.

4

Induktivni senzori

Princip rada induktivnih senzora

Induktivni senzori su bezkontaktni ureaji koji se koriste za precizno mjerenje pozicije provodne mete. Za razliku od kapacitivnih senzora na induktivne senzore ne utie materijal u sondi ili u zazoru pa su su dobro prilagoeni industrijskom okruenju, gdje ulja, sredstva za hlaenje, ili druge tekuine mogu ui u zazore. Induktivni senzori su osjetljivi na vrstu materijala. Drugaije reaguju na bakar, elik, aluminij i druge materijale tako da za optimalne performanse senzor mora biti podeen za pravi materijal. Induktivni senzori su poznati po nanometarskim rezolucijama, frekventnim odzivima od 80 kHz i vie i imuni su na smetnje u mjernom podruju. Oni obino imaju mjerni opseg 0.5mm do 15mm, iako se u nekim aplikacijama mogu postii znatno manji i vei opsezi. Otpornost induktivnih senzora na smetnje utie na to da su oni odlian izbor za agresivna okruenja ili ak za rad dok su uronjeni u tenost. Magnetno polje induktivnog senzora stvara elektrine struje unutar eljenog materijala a samim tim zahtjevi za debljinom materijala su minimalni.

Slika 1. Princip rada induktivnog senzora.[1]

Nazivni domet (Sn) [2] je najvee rastojanje od senzora do predmeta od livenog gvoa koji izaziva promjenu stanja izlaznog stepena prekidaa. Domet induktivnih senzora je od 0,8 do 120mm. Zavisno od hemijskog sastava metalnog predmeta domet se smanjuje. Korekcioni

faktor za najee koritene materijale je sljedei: Tabela 1. Korekcioni faktori.[2]

materijal elik bakar Mesing aluminij prokrom nikl

korekcioni

faktor

1 0,25-0,45 0,35-0,5 0,3-0,45 0,6-1 0,66-0,75

5

Osnove induktivne tehnologije

Dok kapacitivni senzori koriste elektrino polje za odreivanje povrine materijala, induktivni senzori koriste elektromagnetsko polje koje prodire u materijal. Prolaenjem izmjenine struje kroz zavojnicu na kraju sonde, induktivni senzori generiu izmjenino elektromagnetno polje oko vrha sonde. Kada ovo izmjenino polje prodre u materijal, slabe elektrine struje indukuju u se u materijalu (vrtlone struje). Ove elektrine struje potom generiu svoja vlastita elektromagnetna polja. Ova slaba polja zatim djeluju na polje koje stvara sonda tako da ih elektroniki sklopovi mjere. to je sonda blie materijalu, vie vrtlonih struja djeluje na polje sonde pa imamo vei izlaz.

Na induktivne senzore utiu sljedee tri stvari: -veliina zavojnice sonde i materijal od koga je napravljena, -rastojanje izmeu njih i -vrsta materijala (meta, cilj)

Za mjerenje pomjeraja senzor se podeava za eljeni materijal, veliina sonde ostaje ista ostavljajui zazor sonda-materijal kao jedinu varijablu. Zbog osjetljivosti na promjene materijala tehnologija vrtlonih struja koristi se jo za otkrivanje mana, pukotiva, varova i rupa u provodnom materijalu.

Karakteristike induktivnih senzora

Prednosti:

- male dimenzije,

- visoka preciznost pri ponavljaju,

- raznovrsni spojni oblici,

- dobra otpornost na interferenciju,

- raznovrsni spojni oblici,

- iroki naponski opseg,

- nepropusni za prainu, vodu, ulje,

- otporni na vibracije,

- zatieni od kratkog spoja i krivog spajanja,

- bezkontaktni princip (nema habanja-dug vijek trajanja),

- mogu mjeriti kroz drugi materijal,

Nedostaci:

- senzor nije pogodan za mjerenje protoka kod tekuina niske provodljivosti poput iste vode,

6

- senzor sporo reaguje na promjenu temperature, zato nije prikladan za mjerenje kod

tekuina kojima se temperatura mijenja brzo,

- detektuje samo metalne predmete.

Slika 2. Prikaz karakteristika induktivnog senzora LM05-3001NA [1]

Odreivanje cilja

Induktivni senzori su osjetljivi na razliite vrste provodnih materijala. Senzor mora biti podeen za specifian materijal koji e se koristiti. Neki materijali ponaaju se slino a drugi se znaajno razlikuju. Postoje dvije osnovne vrste ciljnih materijala: magnetni i nemagnetni. Neki induktivni senzori mogu raditi sa oba materijala, dok drugi mogu raditi

samo s jednim tipom materijala ili drugim. U magnetne materijale spadaju eljezo i veina elika. U nemagnetne materijale spadaju aluminij, bakar, cink, mesing i drugi. Induktivni senzori se esto koriste za praenje obrtnih dijelova kao to su radilica i kardanska osovina. Meutim, mjerenja obrtnih magnetnih ciljeva stvara male greke zbog sitnih varijacija unutar ciljnog materijala. To se naziva elektrino odstupanje ili magnetno odstupanje. Ove greke su prilino male, reda 0.001 mm, to je zanemarivo u mjerenju veih pokreta kao to su kardanske osovine. Meutim , induktivni senzori nisu pogodni za mjerenja visoke rezolucije rotirajuih magnetnih ciljeva u kojima se oekuje mjerenje promjene od 0,0001 mm. U idealnom sluaju, mjerena povrinu cilja mora biti povrine tri puta vee od promjera sonde . To je zato to je elektromagnetsko polje sonde induktivnog senzora otprilike tri puta prenik sonde. Senzori mogu biti posebno podeeni za manje ciljeve kada to aplikacija

7

zahtijeva.

Drugi cilj razmatranja je debljina ciljnog materijala. Zbog toga to elektromagnetno polje prodire u ciljani materijal postoji zahtjev za minimalnom debljinom materijala. Minimalna

debljina ovisi od elektrinih i magnetnih osobina materijala kao i frekvencije na kojoj sonda radi. Kako frekvencija raste tako se minimalna debljina smanjuje. U sljedeoj tabeli nalaze se neke minimalne debljine za uobiajene materijale s tipinom 1 MHz frekvencijom pogona.

Tabela 2. Minimalne debljine za frekvenciju 1MHz.

materijal min. debljina za 1 MHz frekvenciju [mm]

bakar 0,2

aluminij 0,25

nehrajui elik 304 0,4

mesing 1,6

elik 1040 0,008

nehrajui elik 416 0,08

eljezo 0,6

Rad elektromagnetnih senzora zasniva se na zavisnosti induktivnosti zavojnice od

promjene otpora elektromagnetnog kola ili na elektromagnetnoj indukciji. Detekcija se vri uticajem metalnog predmeta na elektromagnetno polje koje stvara senzor. Promjena polja

registruje se u senzoru i izaziva promjenu stanja izlaznog stepena senzora.

Prema tome razlikujumo induktivne, meuinduktivne i indukcione (elektrodinamike) senzore. Induktivni i meuinduktivni spadaju u pasivne, a indukcioni u aktivne senzore. Induktivnost zavojnice (svitka, solenoida) sa jezgrom od feromagnetnog materijala i

vazdunim zazorom rauna se pomou sljedee jednaine:

gdje su:

Zm -ukupni magnetni otpor (reluktansa) kola [ 1H ],

Rm, R i Rg -magnetni otpor jezgra, zazora i gubitaka [ 1H ],

- irina zazora [m],

Sm i S - povrina poprenog preseka jezgra i zazora [ 2m ], 7

0 4 10 - magnetna permeabilnost vakuuma [2/N A ],

r -relativna magnetna permeabilnost feromagnetika,

lm -srednja duina magnetnih silnica [m], Pm - gubitak snage u jezgru [W],

- magnetni flux [Wb] i

8

N- broj navoja.

Magnetni otpor jezgra i navoja Rm mnogo je manji od magnetnog otpora vazdunog zazora, tj. Rm

9

Vrste induktivnih senzora

Induktivni senzori sa promjenljivim zazorom

Induktivnost ovog senzora mijenja se zavisno od promjene vazdunog zazora izmeu jezgra (jarma) i pokretnog dijela od feromagnetika (kotve). Prosti induktivni senzor ima

jaram u obliku slova U (slika 3a) ili E (slika 3b). Kada se kotva priblii jarmu, zazor se smanji, a induktivnost naraste. Statika karakteristika je linearna samo za male relativne promjene vazdunog zazora. Realni induktivni senzori prave se sa relativnom promjenom zazora / = 0, 1 15, ime se osigurava linearnost karakteristike 1 3%. Za napajanje se primenjuje napon frekvencije od 5 ili 50 kHz, a induktivnost je 5 ili 0,5 mH.

Ozbiljan nedostatak prostih induktivnih senzora je nelinearnost statike karakteristike i mali opseg promjene zazora. Osim toga, kada kroz zavojnicu tee konstantna struja I, izmeu

jarma i kotve djeluje privlana sila 2( / 2) / ( / )F I dL d , koja izaziva nepoeljno kretanje

kotve. Mnogo je bolji diferencijalni induktivni senzor (slika 3c) koji je, zapravo napravljen

od dva induktivna senzora tipa E. Prilikom kretanja kotva se primie jednoj zavojnici, a od druge se udaljava, tako da induktivnost jedne zavojnice raste a druge opada. Statika karakteristika diferencijalnog induktivnog senzora dobija se kao razlika karakteristika dva

prosta induktivna senzora: L = L1 L2. Diferencijalni senzor omoguava mjerenje pozitivnog i negativnog pomjeraja kotve, na dvostruko veem opsegu u odnosu na prosti senzor. Za prikljuivanje diferencijalnog senzora koristi se simetrina mosna ema.

Slika 3. Induktivni senzori sa promjenljivim zranim zazorom i njihove statike karakteristike: a) prosti induktivni senzor sa U-presjekom, b) prosti sa E-presjekom, c) diferencijalni induktivni senzor [2]

Induktivni senzori sa promjenljivom povrinom vazdunog zazora

Kotva ovih senzora pomjera se paralelno s navojima. Proste varijante imaju U ili E-

presjek jezgra (slika 4a). Mnogo su praktinije izvedbe sa pominim jezgrom (slika 4b). Proirenje opsega i poboljanje linearnosti postie se i u ovom sluaju izradom diferencijalnog induktivnog senzora (slika 4c).

10

Slika 4. Induktivni senzori sa promjenljivom povrinom: a) prosti, b) prosti sa pominim jezgrom, c) cilindrini diferencijalni [2]

Induktivni senzori sa promjenljivom magnetnom permeabilnou

Magnetna permeabilnost zazora mijenja se pomou metalnog zastora u obliku ploe (slika 5a) ili prstena (slika 5b). Promjena je efikasnija ako je metal feromagnetni. Kada je zastor od

magnetno nepropustljivog materijala aluminijuma ili mesinga tada se na njemu javljaju povrinske struje koje onda dovode do promjene induktivnosti senzorske zavojnice.

Slika 5. Induktivni senzori sa promjenljivim permeabilitetom: a) prosti senzor sa krunim zastorom, b) prosti senzor sa pominim prstenom, c) magnetoelastini senzor [2]

Posebna klasa induktivnih senzora su magnetoelastini senzori. Njihov rad zasniva se na svojstvu nekih magnetnih materijala da mijenjaju permeabilnost usljed mehanikog naprezanja. U termodinamikom pogledu rije je o inverznoj magnetostrikciji, odnosno o pojavi da se pod uticajem magnetnog polja mijenja naprezanje materijala. Osnovna

karakteristika magnetoelastinih senzora je faktor magnetoelastine osjetljivosti:

koji predstavlja odnos relativne promjene magnetne permeabilnosti materijala / i relativne deformacije l / l . Za legure od gvoa i nikla faktor magnetoelastine osjetljivosti je oko 200. Magnetoelastini senzori odlikuju se jednostavnou i principijelno se ne razlikuju od obinih induktivnih senzora. Razlika je jedino u tome to im je jezgro od magnetoelastinog materijala (slika 5c). Na tanost ovih senzora najvie utiu temperatura i zaostali mehaniki naponi. Tanost im je obino reda 3 4%.

11

Popreni induktivni senzori

Jo jedan elektromagnetni ureaj za otkrivanje pozicije zove se popreni induktivni

senzor blizine. Korisni su za otkrivanje relativno malih pomjeraja magnetnih materijala. Kao

to samo ime govori, senzor mjeri udaljenost do objekta, koji mijenja magnetsko polje u zavojnici. Induktivnost zavojnice se mjeri vanjskim elektronikim sklopom (sl. 6). Princip samoindukcije je osnova rada senzora. Kada se senzor kree u blizini magnetnih materijala, njegovo magnetno polje se mijenja, ime se mijenja induktivnost zavojnice. Prednost senzora je u tome to je to bezkontaktni ureaj ija je interakcija sa materijalom samo preko magnetnog polja. Oigledno ogranienje je da su korisni samo za magnetne materijale na relativno kratkim udaljenostima. Modifikovana verzija poprenih senzora je prikazana na slici 7a. Kako bi se prevazila ogranienja za mjerenje samo eljeznih materijala, feromagnetni disk je privren na pomjerajui objekat dok zavojnica ima stacionarni poloaj. Alternativno, zavojnica moe biti postavljena na objekat, a jezgra je stacionarna. Ovaj senzor blizine je koristan za mjerenje samo malih pomjeraja, s obzirom da je njihova

linearnost loa u odnosu na LVDT. Meutim, sasvim su korisni kao detektori blizine za indikaciju neposredne blizine objekta, koji je napravljen od bilo kojeg vrstog materijala. Veliina izlaznog signala u funkciji udaljenosti diska prikazana je

Slika 6. Popreni induktivni senzor blizine. [3]

.

a) b)

Slika 7. Popreni senzor za pomonim feromagnetnim diskom (a), izlazni signnal u funkciji rastojanja (b) [4]

12

Senzori vrtlonih struja

Vrtlona struja je elektrina pojava otkrivena 1851. godine od strane francuskog fiziara Le'on-a Foucault-a. Zato se ponekad ove struje nazivaju Foucault-ove struje. Pojavljuju se u

dva sluaja: - kada je provodnik izloen promjenjivom magnetnom polju usljed relativnog kretanja izvora polja i provodnika

- zbog promene intenziteta magnetnog polja.

Ovi efekti uzrokuju vrtlono kretanje elektrona odnosno struje kroz provodnik. Ove vrtlone struje stvaraju indukovana magnetna polja koja se protive promjeni magnetnog polja koje ih

je izazvalo (Lencov zakon), uzrokujui odbojne ili privlane sile izmeu provodnika i magneta. to je jae magnetno polje primjenjeno ili je vea elektrina vodljivost provodnika, odnosno bra promjena polja kojem je provodnik izloen, to su vie struje koje se javljaju i jae je suprotno polje. Da bi se odredila blizina nemagnetnih ali vodljivih materijala, efekat vrtlonih struja se upotrebljava u senzoru sa dvojnim namotima (sl. 8a). Jedan namotaj koristi se kao referentni, a drugi za detektovanje magnetnih struja uzrokovanih u provodnom

materijalu. Vrtlone struje stvaraju magnetno polje, suprotno senzorskoj zavojnici, to se rezultuje disbalansom u odnosu na referentnu zavojnicu

.

Slika 8. Elektromagnetni senzor blizine: sa vrtlonim strujama (a), oklopljeni (b), neoklopljeni (c) [4]

to je materijal blii zavojnici, to je vea promjena magnetne impedanse. Dubljina materijala na kojoj se indukuju vrtlone struje odreuje se iz izraza:

1

f

gdje je:

f-frekvencija

-provodnost materijala

13

Naravno, za uinkovit rad, debljina materijala bi trebala biti vea od zazora. Dakle, senzore vrtlonih struja ne bi trebalo koristiti za otkrivanje metaliziranog filma ili folije. Generalno, veza izmeu impedanse zavojnice i udaljenost do objekta X je nelinearna i ovisi o temperaturi. Operativni raspon frekvencija senzora sa vrtlonim strujama kree se u rasponu od 50 kHz do 10 MHz.

Slike 8b i 8c prikazuju dvije konfiguracije senzora vrtlonih struja: oklopljeni i neoklopljeni. Oklopljeni senzor ima metalni tit oko eljezne jezgre i oko zavojnice. tit fokusira i usmjerava elektromagnetno polje na prednji dio senzora. Ovo omoguava da senzor bude ugraen, pa ak i umetnut u metalnu strukturu bez uticaja na domet detekcije. Neoklopljeni senzor moe vriti deteciju na svojim stranicama, kao i sprijeda. Kao rezultat toga, domet detekcije neoklopljenog senzor je obino neto vei od oklopljenog senzora istog promjera, meutim, kako bi radili ispravno , nezatieni senzori zahtijevaju nemetalne okolne predmete.

Osim za detekciju pozicije, senzori vrtlonih struja mogu se koristiti za odreivanje debljine materijala, debljine neprovodljivog premaza, provodnosti i pukotina u materijalu. Ovi

senzori se najvie koriste za otkrivanje pukotina i povrinskih nedostataka. Pukotina prekida protok vrtlonih struja i rezultuje naglim promjenama u izlaznom signalu senzora. Ovisno o zahtjevima, vrtlone sonde mogu biti sa razliitim konfiguracijama zavojnica: vrlo malog promjera (2-3 mm) ili prilino velike (25 mm). Neke firme proizvode sonde po mjeri kako bi udovoljile razliitim zahtijevima kupaca.

Jedna vana prednost senzora vrtlonih struja je da oni ne trebaju magnetni materijal za rad, tako da oni mogu biti vrlo uinkoviti pri visokim temperaturama, te za mjerenje udaljenosti ili nivoa vodljivih tekuina, ukljuujui rastopljene metale. Jo jedna prednost je u tome to detektori nisu mehaniki povezani s objektom i time je uinak optereenja vrlo nizak.

Induktivni estokomponentni senzor sile

Ovaj senzor je jednostavne konstrukcije. Senzor se sastoji od dvije ploe, gdje je jedna ploa privrena na posljednji segment robota a druga ploa je spojena sa hvataljkom. Izmeu ploa se nalaze tri opruge. Djelovanjem sile ploe se primiu jedna prema drugoj po osi Z. Sila i moment se odreuju na osnovu meusobnog poloaja ploa. S obzirom da je pomicanje ploa odreeno sa est komponenti, tad je potrebno i est mjernih ureaja (senzora).

Kao mjerni elementi se najee koriste kapacitivni i induktivni senzori. Prikaz jednog takvog estkomponentnog senzora prikazan je na slici 9.

14

Slika 9. Induktivni estokomponentni senzor [1]

Induktivni senzori blizine

Princip rada ovih senzora zasniva se na zavisnosti induktivnosti zavojnice od

promjene magnetne otpornosti. Pribliavanjem predmeta senzoru raste induktivnost, a udaljavanjem se smanjuje. ema jednog takvog senzora prikazana je na slici 10.

Slika 10. Struktura induktivnog senzora blizine [1]

Prikljuenjem senzora na izvor napajanja elektrinom energijom dolazi do oscilacija na rezonantnoj frekvenciji. Ove oscilacije su uzrok stvaranja elektromagnetskog polja iji je pravac prostiranja u smjeru osi senzora. Izlazni signal mijenja se s promjenom udaljenosti

predmeta. Induktivni senzori se izrauju kao "U" profili, cilindrini i prizmatini profili kako je to prikazano na slici 11.

Slika 11. Konstruktivne izvedbe induktivnih senzora [1]

15

Kuite ovih senzora se uglavnom izrauje od nehrajueg elika ili polimera. Na samom kuitu se esto ugrauju led diode za vizualnu indikaciju stanja i ispravnost napajanja. Induktivni senzori se lako ugrauju, neki konstrukcijski detalji ugradnje induktivnih senzora prikazani su na slici 12.

Slika 12. Konstrukcijski detalji ugradnje induktivnih senzora [1]

a) direktna ugradnja

b) ugradnja u udubljenju

c) ugradnja u nizu

d) detekcija kutne brzine

e) detekcija kutnog ubrzanja

Na slici 12 imamo nain ugradnje senzora zavisno od primjene. Da bi se izbjegao uticaj

kuita na induktivnost, senzor se moe ugraditi i u udubljenje ( sl. 12.b).

Analogni induktivni senzor

Analogni induktivni senzor udaljenosti, slika 13, radi na istom principu kao i

induktivni senzor blizine (promjena induktiviteta i zamjenskog otpora zavojnice, ija je jezgra feritna i poluotvorena, kada vodljivi predmet osjetno ue u dio njenog magnetnog polja koji je u zraku, no nema histerezni sklop kojim bi detektovao samo blizinu, ve koristi demodulacijski sklop kojim se postie kontinuirano mjerenje udaljenosti predmeta. Naime, promjenom induktiviteta i priguenja (zamjenskog otpora zavojnice), mijenjaju se oscilatorna svojstva ugraenog LC kruga, tj. amplituda i frekvencija oscilacija. Demodulacijskim sklopom oscilatorni se signal prevodi u signal spreman za daljnju obradu. Blok dijagram

analognog induktivnog senzora dat je na slici 14. Signal na izlazu demodulacijskog sklopa se

pojaava, potom linearizuje i konano kondicionira u izlaznom stepenu senzora.

16

Slika 13. Blok dijagram analognog induktivnog senzora [1]

Linearizacija je potrebna zbog nelinearne ovisnosti amplitude i frekvencije oscilacija o

udaljenosti predmeta. Priguenje oscilacija ovisi o vodljivosti, permeabilnosti, obliku i blizini predmeta kojeg se detektuje, pa je ovisnost izlaza senzora o udaljenosti predmeta drugaija od primjene do primjene i treba je prije koritenja senzora utvrditi

Slika 14. Analogni induktivni senzor [1]

Tabela 3. Karakteristike Analognog induktivnog senzora D.ER-SIEA-M30 [1]

17

Primjena induktivnih senzora

Induktivni senzori koriteni su u mnogo razliitih aplikacija. Koriste se pri kontroli, reguliranju, automatizaciji, pozicioniranju i nadgledanju proizvodnog procesa. Najee se primjenjuju u industriji plastinih masa, robotici, tekstilnoj, drvopreraivakoj i auto industriji i svugdje gdje proizvodni proces treba da je automatizovan. Postoji i primjena u

energetskoj industriji gdje se mogu koristiti pri konstrukciji pljosnatih transformatora,

generirajui elektromagnetska polja, kao i za praenje induktivnosti elektrinih komponenti. Induktivni senzori se nairoko koriste za detekciju prisutnosti elektrinog napona u ureajima i loeg uzemljenja.

Na slici 15 je prikazana primjena induktivnog senzora za kontrolu brzine okretanja pogona

transportera preko izboine na pogonskoj osovini u obliku glave vijka.

Slika 15. Induktivni senzor kontrole brzine [1]

Slika 16. Primjena senzora kod automobila (ABS) [1]

18

Slika 17. Primjena senzora kod hidraulikog cilindra [1]

Meuinduktivni senzori

Princip rada

Ovo je posebna klasa induktivnih senzora jer imaju po dva navoja magnetno

povezana. Zahvaljujui tome, izmeu izvora napajanja i izlaza postoji transformatorska veza, pa se ovi senzori nazivaju i transformatorski. Grade se tako da imaju promjenljivu irinu zazora ili promjenljivu povrinu presjeka. Pogodni su za mjerenje malih mehanikih pomjeraja. Na slici 18a prikazana je tipina realizacija meuinduktivnog senzora sa linearnim pomjeranjem kotve. Na primarni namotaj N1, koji je ravnomjerno rasporeen po cijeloj duini senzora, prikljuen je naizmjenini napon napajanja U. Sekundar je podijeljen na dva

navoja, 2N ' i 2N '' , koji su suprotno namotani i vezani u seriju. Proporcionalno poloaju

pominog jezgra na njima se indukuju naponi 2U ' i 2U '', odnosno ukupni izlazni napon je

2 2' ''iU U U . Prilikom prolaska kroz srednji poloaj izlazni signal mijenja znak, to odgovara

promjeni faze za 180.

19

Slika 18. Transformatorski induktivni sezor: a) sa linearnim pomjeranjem kotve, b) sa ugaonim zakretanjem

rotora [2]

Konstrukcija diferencijalnog meuinduktivnog (transformatorskog) senzora omoguava proirenje mjernog opsega i bolju linearnost. Amplituda izlaznog signala proporcionalna je pomjeraju kotve, a faza izlaznog signala pozitivnom/negativnom pomjeraju u odnosu na nulti

poloaj.

Mjerne eme sa elektromagnetnim senzorima

eme sa elektromagnetnim senzorima razlikuju se po tome da li su namijenjene za induktivne i meuinduktivne ili za indukcione senzore. Prva grupa ema dijeli se, dalje, na one koje se primjenjuju za proste i na one koje su namijenjene za razliite varijante diferencijalnih senzora.

Mjerne eme sa prostim induktivnim senzorima

Spajanje ovih senzora sa mjernim ureajima vri se na jednostavan nain dodavanjem otpora optereenja u napojni krug (slika 19a). Izlazni signal je napon na otporu optereenja R:

gdje su RN aktivni i Nx induktivni otpor navoja. Kako je Nx >> (RN+R), izlazni signal je:

Male vrijednosti utiu na porast otpora feromagnetika, a velike vrijednosti utiu na porast gubitaka. Realna statika karakteristika zato odstupa od idelane (slika 19a) i na krajevima ima nelinearne dijelove.

20

Mjerne eme sa diferencijalnim induktivnim senzorima

S obzirom da se radi o diferencijalnom spoju dva prosta senzora, ema se u ovom sluaju svodi na mjerni most. Najee je to simetrini most sa dva induktiviteta (L + L i L L) i dva otpornika (slika 19b). Izlazni signal je:

Slika 19. Mjerne eme sa induktivnim senzorom: a) ema za senzore U i E tipa b) mosna ema za induktivne

senzore diferencijalnog tipa

Izlazni napon je amplitudno modulisan. Amplituda je proporcionalna udaljenosti kotve od

ravnotenog poloaja, a faza mijenja znak prilikom prolaska kotve kroz ravnoteni poloaj. Prikljuivanjem izlaza mosta na jednostavni fazno osjetljivi demodulator, kao kod LVD senzora, moe se dobiti odgovarajui bipolarni jednosmjerni signal UDCi . eme sa frekventnom modulacijom po strukturi su identine odgovarajuim emama sa kapacitivnim senzorom, s tim to na njihovom mjestu sada stoji induktivni senzor. Meuinduktivni i indukcioni senzori prikljuuju se na mjerne ureaje bilo direktno bilo posredstvom pojaavaa naizmjeninog naponskog signala.

21

Zakljuak

Induktivni senzori zbog svojih osobina imaju iroku primjenu u autoindustriji, industriji plastinih masa, drvopreraivakoj industriji, metalurgiji i slino. Jedna od najvanijh osobina induktivnih senzora je da bezkontaktni, odnosno da nisu mehaniki povezani sa ciljanim objektom. Bezkontaktnost im omoguava dug radni vijek jer nema habanja dijelova. Induktivni senzori mogu raditi u agresivnim okruenjima kao to su: visoke temperature, vlanost, vibracije, voda, praina, ulje i slino pa su idealni za primjenu u tekim industrijskim uvjetima rada. Osim toga induktivni senzori imaju visoku preciznost pri ponavljanjima, irok frekventni opseg, mogu raditi pod vodom i mogu se postavljati na razne naine pa i umetati u razne objekte.

Sve ove pozitivne osobine utiu na to da induktivni senzori imaju jako iroko podruje primjene.

22

Literatura [1] ELEKTRONIKE KOMPONENTE MEHATRONIKIH SUSTAVA- SEMINARSKI RAD [2] SENZORI I MERENJA-Dr. MLADEN POPOVI [3] BALLUFF KATALOG

[4] HANDBOOK OF MODERN SENSORS-JACOB FRADEN