ऑप्टिकल रैखिक विस्थापन सेंसर गरिमा। आंदोलन सेंसर। संचार और संचार

विषय: रैखिक और कोणीय विस्थापन सेंसर के संचालन का अध्ययन

लक्ष्य: रैखिक और कोणीय विस्थापन सेंसर के संचालन, डिजाइन और उपकरण के सिद्धांत का अध्ययन।

व्यायाम:

1. सेंसर के निर्माण के लिए संचालन और योजनाओं के सिद्धांतों पर विचार करें रैखिक गति: कैपेसिटिव; ऑप्टिकल; आगमनात्मक; भंवर धारा; अल्ट्रासोनिक; चुम्बकरोधी; पोटेंशियोमेट्रिक

2. कोणीय विस्थापन सेंसर के निर्माण के लिए संचालन और योजनाओं के सिद्धांतों पर विचार करें: ऑप्टिकल; चुंबकीय; चुम्बक रोकनेवाला।

3. काम पर निष्कर्ष निकालें।

सैद्धांतिक हिस्सा:

एक विस्थापन सेंसर एक उपकरण है जिसे किसी वस्तु के रैखिक या कोणीय यांत्रिक विस्थापन के परिमाण को निर्धारित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

कैपेसिटिव विस्थापन सेंसर

इस प्रकार के सेंसरों का संचालन संधारित्र की धारिता और उसके ज्यामितीय विन्यास के बीच संबंध पर आधारित होता है। सबसे सरल मामले में, हम बाहरी भौतिक प्रभाव (चित्रा 1) के कारण प्लेटों के बीच की दूरी में बदलाव के बारे में बात कर रहे हैं। चूँकि संधारित्र की धारिता प्लेटों के बीच की खाई के आकार के साथ व्युत्क्रमानुपाती होती है, अन्य ज्ञात मापदंडों के साथ समाई का निर्धारण प्लेटों के बीच की दूरी का न्याय करना संभव बनाता है। समाई में परिवर्तन को विभिन्न तरीकों से तय किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, इसके प्रतिबाधा को मापकर), लेकिन किसी भी मामले में, संधारित्र को विद्युत सर्किट में शामिल किया जाना चाहिए।

चित्रा 1. अलग-अलग अंतर के साथ कैपेसिटिव रैखिक विस्थापन सेंसर।

एक अन्य योजना जहां आउटपुट पैरामीटर है विद्युत समाई, एक गतिमान ढांकता हुआ संधारित्र युक्त एक परिपथ है (चित्र 2)। संधारित्र की प्लेटों के बीच परावैद्युत प्लेट को खिसकाने से भी इसकी धारिता में परिवर्तन होता है। प्लेट यांत्रिक रूप से ब्याज की वस्तु से जुड़ी हो सकती है, इस मामले में समाई में परिवर्तन वस्तु की गति का संकेत है। इसके अलावा, यदि वस्तु में स्वयं एक ढांकता हुआ गुण है और उपयुक्त आयाम हैं, तो इसे सीधे संधारित्र में एक ढांकता हुआ माध्यम के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

चित्रा 2. चलती ढांकता हुआ के साथ कैपेसिटिव रैखिक विस्थापन सेंसर।

ऑप्टिकल विस्थापन सेंसर

विभिन्न ऑप्टिकल प्रभावों के आधार पर विस्थापन सेंसर सर्किट के कई रूप हैं। शायद सबसे लोकप्रिय ऑप्टिकल त्रिभुज योजना है - स्थिति सेंसर, वास्तव में, एक रेंज फाइंडर है जो ब्याज की वस्तु की दूरी निर्धारित करता है, वस्तु की सतह से बिखरे हुए विकिरण को ठीक करता है और प्रतिबिंब के कोण को निर्धारित करता है, जो बनाता है लंबाई निर्धारित करना संभव है d - वस्तु से दूरी (चित्र 3)। अधिकांश ऑप्टिकल सेंसर का एक महत्वपूर्ण लाभ गैर-संपर्क माप करने की क्षमता है, इसके अलावा, ऐसे सेंसर आमतौर पर काफी सटीक होते हैं और उच्च गति वाले होते हैं।

चित्रा 3. एक ऑप्टिकल त्रिभुज योजना के आधार पर ऑप्टिकल विस्थापन सेंसर।

छोटे विस्थापन और कंपन के मापदंडों को पंजीकृत करने और निर्धारित करने के लिए डिज़ाइन किए गए ऑप्टिकल सेंसर के एक अन्य कार्यान्वयन में, एक डबल जाली संरचना का उपयोग किया जाता है, साथ ही एक प्रकाश स्रोत और एक फोटोडेटेक्टर (चित्र 4)। एक झंझरी तय है, दूसरा चल है और यंत्रवत् रूप से ब्याज की वस्तु पर तय किया जा सकता है या किसी तरह से इसके आंदोलन को सेंसर तक पहुंचा सकता है। जंगम झंझरी के एक छोटे से विस्थापन से फोटोडेटेक्टर द्वारा दर्ज की गई प्रकाश की तीव्रता में बदलाव होता है, और झंझरी अवधि में कमी के साथ, सेंसर की सटीकता बढ़ जाती है, लेकिन इसकी गतिशील सीमा कम हो जाती है।

चित्रा 4. विवर्तन झंझरी पर आधारित ऑप्टिकल विस्थापन सेंसर।

अतिरिक्त सुविधायेअनुप्रयोगों में ऑप्टिकल सेंसर होते हैं जो प्रकाश के ध्रुवीकरण को ध्यान में रखते हैं। ऐसे सेंसर में, सतह के परावर्तक गुणों के अनुसार वस्तुओं के चयन के लिए एक एल्गोरिथ्म लागू किया जा सकता है, अर्थात। सेंसर केवल अच्छी परावर्तन वाली वस्तुओं पर "ध्यान दे सकता है", अन्य वस्तुओं को अनदेखा कर दिया जाता है। बेशक, ध्रुवीकरण के प्रति संवेदनशीलता ऐसे उपकरणों की लागत को नकारात्मक रूप से प्रभावित करती है।

आगमनात्मक विस्थापन सेंसर

इस प्रकार के सेंसर के एक कॉन्फ़िगरेशन में, सेंसिंग एलिमेंट एक मूविंग कोर ट्रांसफॉर्मर होता है। किसी बाहरी वस्तु की गति के कारण कोर हिलता है, जिससे ट्रांसफॉर्मर की प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग के बीच फ्लक्स लिंकेज में परिवर्तन होता है (चित्र 5)। चूंकि सेकेंडरी वाइंडिंग में सिग्नल का आयाम फ्लक्स लिंकेज पर निर्भर करता है, सेकेंडरी वाइंडिंग के आयाम के परिमाण का उपयोग कोर की स्थिति का न्याय करने के लिए किया जा सकता है, और इसलिए बाहरी वस्तु की स्थिति।

चित्रा 5. एक ट्रांसफार्मर पर आगमनात्मक विस्थापन सेंसर।

एक और विन्यास में अधिक है एक साधारण सर्किट, हालांकि, यह केवल कुछ ही अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है जहां फेरोमैग्नेटिक सामग्री से युक्त वस्तुओं के मामूली आंदोलनों या कंपन को निर्धारित करना आवश्यक है। इस योजना में, ब्याज की लौहचुंबकीय वस्तु एक चुंबकीय परिपथ की भूमिका निभाती है, जिसकी स्थिति मापने वाली कुंडली (चित्र 6) के अधिष्ठापन को प्रभावित करती है।

चित्रा 6. फेरोमैग्नेटिक सामग्री से बनी वस्तुओं के लिए आगमनात्मक विस्थापन सेंसर।

एड़ी वर्तमान विस्थापन सेंसर

इस प्रकार के सेंसर में एक जनरेटर होता है चुंबकीय क्षेत्रऔर एक रजिस्ट्रार, जिसकी सहायता से द्वितीयक चुंबकीय क्षेत्रों के प्रेरण का परिमाण निर्धारित किया जाता है। ब्याज की वस्तु के पास, जनरेटर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जो वस्तु की सामग्री को भेदता है, इसकी मात्रा में एड़ी धाराएं (फौकॉल्ट धाराएं) उत्पन्न करता है, जो बदले में, एक माध्यमिक चुंबकीय क्षेत्र (चित्रा 7) बनाता है। द्वितीयक क्षेत्र के मापदंडों को रजिस्ट्रार द्वारा निर्धारित किया जाता है, और उनके आधार पर वस्तु की दूरी की गणना की जाती है, क्योंकि वस्तु जितनी करीब होगी, उतना ही अधिक चुंबकीय प्रवाह इसकी मात्रा में प्रवेश करेगा, जिससे एड़ी की धाराओं और प्रेरण में वृद्धि होगी। माध्यमिक चुंबकीय क्षेत्र। इसी तरह के सिद्धांत का उपयोग एड़ी वर्तमान दोष डिटेक्टरों में भी किया जाता है, हालांकि, वहां माध्यमिक चुंबकीय क्षेत्र के पैरामीटर वस्तु की दूरी से नहीं, बल्कि इसकी आंतरिक संरचना में छिपी खामियों की उपस्थिति से प्रभावित होते हैं। विधि गैर-संपर्क है, लेकिन इसका उपयोग केवल धातु निकायों के लिए किया जा सकता है।

चित्रा 7. एड़ी वर्तमान विस्थापन सेंसर।

अल्ट्रासोनिक विस्थापन सेंसर

रडार के सिद्धांत को अल्ट्रासोनिक सेंसर में लागू किया जाता है - वस्तु से परावर्तित अल्ट्रासोनिक तरंगों को रिकॉर्ड किया जाता है, इसलिए ब्लॉक आरेख को आमतौर पर अल्ट्रासोनिक तरंगों के स्रोत और एक रिकॉर्डर (चित्र 8) द्वारा दर्शाया जाता है, जो आमतौर पर एक कॉम्पैक्ट मामले में संलग्न होते हैं। एक अल्ट्रासोनिक पल्स भेजने और प्राप्त करने के क्षणों के बीच के समय की देरी का निर्धारण एक मिलीमीटर के दसवें हिस्से तक सटीकता के साथ किसी वस्तु की दूरी को मापना संभव बनाता है। आज, ऑप्टिकल सेंसर के साथ, अल्ट्रासोनिक सेंसर शायद सबसे बहुमुखी और तकनीकी रूप से उन्नत गैर-संपर्क माप उपकरण हैं। इस माप सिद्धांत का उपयोग फिर से दोष डिटेक्टरों में पाया जा सकता है, केवल इस बार अल्ट्रासोनिक दोष डिटेक्टरों में।

चित्रा 8. अल्ट्रासोनिक विस्थापन सेंसर।

मैग्नेटोरेसिस्टिव विस्थापन सेंसर

मैग्नेटोरेसिस्टिव विस्थापन सेंसर में, निर्भरता का उपयोग किया जाता है विद्युतीय प्रतिरोधबाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रेरण की दिशा और परिमाण पर मैग्नेटोरेसिस्टिव प्लेट्स। सेंसर में आमतौर पर एक स्थायी चुंबक होता है और विद्युत सर्किटब्रिज सर्किट और एक स्रोत में जुड़े मैग्नेटोरेसिस्टिव प्लेट्स युक्त स्थिर वोल्टेज(चित्र 9)। एक चुंबकीय क्षेत्र में घूमने वाली फेरोमैग्नेटिक सामग्री से युक्त ब्याज की वस्तु, इसके विन्यास को बदल देती है, जिसके परिणामस्वरूप प्लेटों का प्रतिरोध बदल जाता है, और ब्रिज सर्किट एक बेमेल दर्ज करता है, जिसका परिमाण न्याय करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है वस्तु की स्थिति।

चित्रा 9. मैग्नेटोरेसिस्टिव विस्थापन सेंसर।

हॉल प्रभाव सेंसर

इस प्रकार के सेंसर में मैग्नेटोरेसिस्टिव सेंसर के समान एक डिज़ाइन होता है, हालांकि, उनका संचालन हॉल प्रभाव पर आधारित होता है - एक कंडक्टर के माध्यम से वर्तमान का मार्ग, जो बाहरी चुंबकीय क्षेत्र से प्रभावित होता है, एक संभावित अंतर की उपस्थिति की ओर जाता है। में क्रॉस सेक्शनकंडक्टर।

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव विस्थापन सेंसर

एक नियम के रूप में, एक मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सेंसर एक विस्तारित चैनल है - एक वेवगाइड, जिसके साथ एक स्थायी रिंग चुंबक स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकता है। वेवगाइड के अंदर एक कंडक्टर होता है जो अपनी पूरी लंबाई के साथ एक चुंबकीय क्षेत्र बनाने में सक्षम होता है जब उस पर विद्युत आवेग लागू होते हैं (चित्र 10)। परिणामी चुंबकीय क्षेत्र को स्थायी चुंबक के क्षेत्र में जोड़ा जाता है, और परिणामी क्षेत्र वेवगाइड (वेइडमैन प्रभाव) वाले चैनल के रोटेशन का एक क्षण बनाता है। चैनल सामग्री की ध्वनि की गति से दोनों दिशाओं में चैनल के साथ रोटेशन दालें फैलती हैं। एक विद्युत आवेग भेजने और एक घूर्णी आवेग के स्वागत के बीच समय की देरी का पंजीकरण एक स्थायी चुंबक की दूरी को निर्धारित करना संभव बनाता है, अर्थात। उसकी स्थिति निर्धारित करें। चैनल काफी हो सकता है बड़ी लंबाई(कई मीटर तक), और चुंबक की स्थिति को कई माइक्रोमीटर की सटीकता के साथ निर्धारित किया जा सकता है। मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सेंसरों में उत्कृष्ट दोहराव, रिज़ॉल्यूशन, प्रतिकूल परिस्थितियों का प्रतिरोध और तापमान परिवर्तन के प्रति कम संवेदनशीलता होती है।

चित्रा 10. मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव विस्थापन सेंसर।

पोटेंशियोमेट्रिक विस्थापन सेंसर

इस प्रकार के सेंसर में मूल रूप से एक विद्युत परिपथ होता है जिसमें एक पोटेंशियोमीटर (चित्र 11) होता है। वस्तु की रैखिक गति से पोटेंशियोमीटर के प्रतिरोध में परिवर्तन होता है ( परिवर्ती अवरोधक) यदि एक प्रत्यक्ष धारा को पोटेंशियोमीटर के माध्यम से पारित किया जाता है, तो इसके पार वोल्टेज ड्रॉप प्रतिरोध मान के समानुपाती होगा, और, परिणामस्वरूप, ब्याज की वस्तु के रैखिक विस्थापन के परिमाण के लिए।

चित्रा 11. पोटेंशियोमेट्रिक विस्थापन सेंसर।

यांत्रिक विस्थापन सेंसर के साथ-साथ, उनकी सादगी और कम लागत के कारण पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, हालांकि, ऑप्टिकल प्रभावों पर आधारित सेंसर का उपयोग सार्वभौमिक, सटीक और गैर-संपर्क माप के लिए तेजी से किया जाता है।

किसी घूमने वाली वस्तु की स्थिति का नियंत्रक (सेंसर) या किसी अन्य तरीके से एनकोडर- यह एक इलेक्ट्रोमैकेनिकल डिवाइस है जिसके साथ आप घूर्णन अक्ष (शाफ्ट) की स्थिति निर्धारित कर सकते हैं। इस उपकरण में, यांत्रिक गति को विद्युत संकेतों में परिवर्तित किया जाता है जो वस्तु की स्थिति निर्धारित करते हैं, शाफ्ट के रोटेशन के कोण, इसकी स्थिति और रोटेशन की दिशा के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं। एन्कोडर के साथ, आप लंबाई और दूरी भी माप सकते हैं, या टूल यात्रा सेट कर सकते हैं।

एनकोडर के पास प्रिंटिंग उद्योग, मेटलवर्किंग, एलेवेटर टेक्नोलॉजी, फिलिंग, पैकेजिंग और फिलिंग मशीन, टेस्ट बेंच, साथ ही रोबोट और अन्य मशीनों में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है, जिन्हें भागों की गति की सटीक रिकॉर्डिंग की आवश्यकता होती है। उन्होंने लगभग पूरी तरह से पहले से व्यापक सेल्सिन को बदल दिया।

एनकोडर प्रकार

निम्नलिखित प्रकार के एन्कोडर हैं: वृद्धिशील (वृद्धिशील) और पूर्ण।

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प्रकाशित किया गया http://www.allbest.ru/

रूसी संघ के शिक्षा और विज्ञान मंत्रालय

राज्य शैक्षिक संस्थान

उच्च व्यावसायिक शिक्षा

लिपेत्स्क राज्य तकनीकी विश्वविद्यालय

भौतिकी और बायोमेडिकल इंजीनियरिंग विभाग

विषय पर कोर्सवर्क:

«चिकित्सा मापने वाले ट्रांसड्यूसर और इलेक्ट्रोड»

विषय: "विस्थापन और स्थिति सेंसर"

पूर्ण: छात्र जीआर। आईएम-09-1

रोसिखिन ए.एन.

स्वीकृत: सेंट.प्र. नाज़रोवा वी.ए.

लिपेत्स्क 2011

परिचय

जैसे-जैसे निर्माण की दुनिया अधिक से अधिक स्वचालित होती जाती है, औद्योगिक सेंसर उत्पादकता और सुरक्षा बढ़ाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

दो दशकों से, सभी उद्योगों में सेंसर और पथ मीटर का सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है: स्थिति सेंसर, विस्थापन सेंसर। उपकरणों के इलेक्ट्रॉनिक और यांत्रिक भागों के बीच एक कड़ी के रूप में, विस्थापन सेंसर, स्थिति सेंसर विभिन्न प्रक्रियाओं को स्वचालित करने के लिए उपकरणों का एक अभिन्न तत्व बन गया है।

यह काम गैर-संपर्क सेंसर, अर्थात् आगमनात्मक, कैपेसिटिव और ऑप्टिकल सेंसर के लिए समर्पित है। प्रत्येक प्रकार की अपनी ताकत और कमजोरियां होती हैं, इसलिए, सेंसर के उपयोग के लिए शर्तों और आवश्यकताओं के आधार पर, एक या दूसरे प्रकार का चयन किया जाता है। हम बताएंगे कि गैर-संपर्क सेंसर क्या हैं, उनके फायदे और उपयोग के मामलों के बारे में बात करें। अपने काम में हमने कैपेसिटिव सेंसर पर ज्यादा ध्यान दिया। इसके आधार पर बनाए गए उपकरणों पर विचार किया जाता है।

इसमें अनुसंधान कार्यगैर-संपर्क सेंसर पर डेटा के प्रसंस्करण के परिणामस्वरूप जानकारी प्रस्तुत करता है।

काम का उद्देश्य: उपकरणों का अध्ययन करने के लिए, संचालन के सिद्धांत और गैर-संपर्क सेंसर की विशेषताएं, उनके काम, अनुप्रयोग, उनके फायदे और नुकसान की पहचान करने के लिए अंतर्निहित घटनाएं।

काम वैज्ञानिकों का कामवैज्ञानिक और तकनीकी जानकारी के संग्रह और प्रसंस्करण में कौशल हासिल करना है।

निकटता सेंसर आगमनात्मक ऑप्टिकल

1. सेंसर, सामान्य जानकारी

सेंसर, सेंसर (अंग्रेजी सेंसर से) नियंत्रण प्रणाली के लिए एक शब्द है, एक प्राथमिक कनवर्टर, एक सिस्टम के माप, सिग्नलिंग, विनियमन या नियंत्रण उपकरण का एक तत्व है जो नियंत्रित मान को सिग्नल में परिवर्तित करता है जो उपयोग के लिए सुविधाजनक है।

वर्तमान में, स्वचालित नियंत्रण प्रणाली के निर्माण में विभिन्न सेंसर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

सेंसर एक तत्व हैं तकनीकी प्रणाली, माप, सिग्नलिंग, विनियमन, उपकरणों या प्रक्रियाओं के नियंत्रण के लिए अभिप्रेत है। सेंसर नियंत्रित मूल्य (दबाव, तापमान, प्रवाह, एकाग्रता, आवृत्ति, गति, विस्थापन, वोल्टेज, बिजलीआदि) एक संकेत (विद्युत, ऑप्टिकल, वायवीय) में, माप वस्तु की स्थिति के बारे में जानकारी को मापने, संचारित करने, परिवर्तित करने, संग्रहीत करने और दर्ज करने के लिए सुविधाजनक।

ऐतिहासिक और तार्किक रूप से, सेंसर माप तकनीक से जुड़े होते हैं और मापन उपकरण, उदाहरण के लिए, थर्मामीटर, फ्लो मीटर, बैरोमीटर, एटिट्यूड इंडिकेटर, आदि। सामान्यीकृत तार्किक अवधारणा सेंसर के एक तत्व के रूप में, स्वचालित नियंत्रण प्रणाली के विकास के संबंध में सामान्य शब्द सेंसर मजबूत हो गया है - नियंत्रण उपकरण - एक्चुएटर - नियंत्रण वस्तु। एक विशेष मामला स्वचालित पैरामीटर रिकॉर्डिंग सिस्टम में सेंसर का उपयोग है, उदाहरण के लिए वैज्ञानिक अनुसंधान प्रणालियों में।

सेंसर की अवधारणा की परिभाषा।

व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले दो मुख्य अर्थ हैं:

एक संवेदनशील तत्व जो माध्यम के मापदंडों को तकनीकी उपयोग के लिए उपयुक्त संकेत में परिवर्तित करता है, आमतौर पर विद्युत, हालांकि यह संभव है कि यह एक अलग प्रकृति का हो, उदाहरण के लिए, एक वायवीय संकेत;

उपरोक्त तत्व पर आधारित एक तैयार उत्पाद, जिसमें आवश्यकता के आधार पर, सिग्नल प्रवर्धन के लिए उपकरण, रैखिककरण, अंशांकन, एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण और नियंत्रण प्रणालियों में एकीकरण के लिए इंटरफ़ेस शामिल है। इस मामले में, सेंसर के संवेदन तत्व को ही सेंसर के रूप में संदर्भित किया जा सकता है।

ये मान सेंसर निर्माताओं द्वारा शब्द का उपयोग करने के अभ्यास के अनुरूप हैं। पहले मामले में, सेंसर एक छोटा, आमतौर पर अखंड इलेक्ट्रॉनिक उपकरण होता है, जैसे थर्मिस्टर, फोटोडायोड, आदि, जिसका उपयोग अधिक जटिल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को बनाने के लिए किया जाता है। दूसरे मामले में, यह एक ऐसा उपकरण है जो अपनी कार्यक्षमता में पूर्ण है, एक ज्ञात इंटरफेस के माध्यम से एक स्वचालित नियंत्रण या पंजीकरण प्रणाली से जुड़ा है। उदाहरण के लिए, मैट्रिसेस में फोटोडायोड्स, आदि।

इनपुट (मापा) मात्रा के प्रकार के आधार पर, निम्न हैं:

यांत्रिक विस्थापन सेंसर (रैखिक और कोणीय),

वायवीय,

विद्युत,

प्रवाह मीटर,

गति संवेदक,

त्वरण,

तापमान

दबाव आदि।

सेंसर के तीन वर्ग हैं:

एनालॉग सेंसर, यानी सेंसर जो उत्पन्न करते हैं एनालॉग संकेत, इनपुट मूल्य में परिवर्तन के लिए आनुपातिक;

पल्स ट्रेन या बाइनरी शब्द उत्पन्न करने वाले डिजिटल सेंसर;

बाइनरी (बाइनरी) सेंसर जो केवल दो स्तरों का संकेत उत्पन्न करते हैं: "चालू / बंद" (दूसरे शब्दों में, 0 या 1); उनकी सादगी के कारण व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

2. स्थिति सेंसर

एक स्थिति संवेदक (विस्थापन सेंसर) एक वस्तु के स्थान को निर्धारित करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक उपकरण है, जो ठोस या तरल रूप में हो सकता है, साथ ही एक दानेदार पदार्थ भी हो सकता है।

पोजिशन सेंसर ऑटोमेशन सिस्टम के लिए सूचना के प्राथमिक स्रोत हैं, दोनों रिले या लॉजिक सर्किट पर आधारित हैं, और प्रोग्रामेबल कंट्रोलर पर आधारित हैं। संपूर्ण प्रणाली की विश्वसनीयता उस तत्व की विश्वसनीयता से निर्धारित होती है जो अस्थिर करने वाले कारकों के संपर्क में सबसे अधिक है।

स्थिति संवेदक (विस्थापन संवेदक) दो प्रकार का होता है: गैर-संपर्क ( आगमनात्मक सेंसर, चुंबकीय, कैपेसिटिव, अल्ट्रासोनिक, ऑप्टिकल) और संपर्क। दूसरे प्रकार का मुख्य प्रतिनिधि एक एनकोडर है - एक उपकरण जो किसी वस्तु के रोटेशन के कोण को एक संकेत में परिवर्तित करता है जो आपको इस कोण को निर्धारित करने की अनुमति देता है।

आउटपुट के प्रकार के अनुसार, स्थिति संवेदक (विस्थापन सेंसर) को एनालॉग, डिजिटल और असतत (स्विच) में विभाजित किया गया है।

3. निकटता सेंसर

निकटता सेंसर, निकटता स्विच औद्योगिक स्वचालन उपकरण हैं जिन्हें वस्तुओं की स्थिति को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। GOST 26430-85 ने "निकटता स्विच" शब्द पेश किया। इसके बाद, GOST R 50030.5.2-99 ने "गैर-संपर्क सेंसर" शब्द को बदल दिया। इन उत्पादों के लिए वर्तमान में दोनों शब्दों का उपयोग किया जाता है।

चित्र 1.1। निकटता सेंसर की उपस्थिति

निकटता स्विच एक स्विचिंग ऑपरेशन करता है जब प्रभाव की वस्तु स्विच के संवेदनशीलता क्षेत्र में प्रवेश करती है। अभिनय वस्तु और निकटता स्विच के संवेदनशील तत्व के बीच यांत्रिक संपर्क की अनुपस्थिति इसके संचालन की उच्च विश्वसनीयता सुनिश्चित करती है।

चित्र.1.2. निकटता स्विच

सरलीकृत, निकटता स्विच के कार्यात्मक आरेख में तीन ब्लॉक होते हैं:

चित्र.1.3. निकटता स्विच का कार्यात्मक आरेख

जब प्रभाव की वस्तु संवेदन तत्व की सक्रिय सतह के पास पहुँचती है, तो संपर्क रहित स्विच सक्रिय हो जाता है। इस मामले में, स्विचिंग तत्व सर्किट में बनाता या तोड़ता है (या इन दोनों कार्यों को करता है) एकदिश धारा 400 एमए तक और सर्किट में प्रत्यावर्ती धारा 250 एमए तक।

गैर-संपर्क स्थिति सेंसर को संवेदनशील तत्व के संचालन के सिद्धांत के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है - आगमनात्मक, ऑप्टिकल, कैपेसिटिव, आदि।

निकटता स्विच विभिन्न उद्योगों में प्रक्रिया स्वचालन के लिए प्राथमिक उपकरण हैं जैसे कि

मशीन उपकरण निर्माण,

मोटर वाहन,

अभियांत्रिकी,

खाद्य उद्योग, आदि

डब्ल्यूबी का इतना व्यापक दायरा उनकी मदद से कार्यान्वित संभावित तकनीकी समाधानों की एक बड़ी संख्या के कारण है:

वस्तुओं की संख्या गिनना,

वस्तु स्थिति नियंत्रण,

गति का पता लगाने,

रोटेशन के कोण का निर्धारण

और भी बहुत कुछ।

3.1 आगमनात्मक सेंसर

एक आगमनात्मक सेंसर एक गैर-संपर्क सेंसर है जिसे गैर-संपर्क प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो मशीनों, तंत्रों, रोबोटों आदि के काम करने वाले निकायों की गतिविधियों के बारे में जानकारी प्राप्त करता है। और इस जानकारी को विद्युत संकेत में परिवर्तित करना।

आगमनात्मक सेंसर सभी प्रवाहकीय वस्तुओं को पहचानता है और तदनुसार प्रतिक्रिया करता है।

प्रक्रिया नियंत्रण प्रणाली की समस्याओं को हल करने के लिए आगमनात्मक सेंसर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। सामान्य रूप से खुले या सामान्य रूप से बंद संपर्क के साथ उपलब्ध है।

ऑपरेशन का सिद्धांत सेंसर के अंदर प्रारंभ करनेवाला द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र के मापदंडों को बदलने पर आधारित है।

चुंबकीय सर्किट के तत्वों में से एक उस आंदोलन में शामिल होता है जिसे मापा जाना चाहिए, जिससे मापने वाले घुमाव और संबंधित विद्युत संकेत के माध्यम से प्रवाह में परिवर्तन होता है।

यदि गतिमान तत्व एक फेरोमैग्नेटिक कोर है, तो ट्रांसलेशनल मूवमेंट या रोटेशन के दौरान इसकी गति स्वयं प्रकट होती है a) कॉइल के सेल्फ-इंडक्शन के गुणांक में परिवर्तन (वेरिएबल इंडक्शन) या b) के बीच युग्मन गुणांक में परिवर्तन में ट्रांसफॉर्मर (डिफरेंशियल ट्रांसफॉर्मर) की प्राइमरी और सेकेंडरी वाइंडिंग, जिससे सेकेंडरी वोल्टेज में बदलाव होता है।

एक चर-युग्मित ट्रांसफार्मर में, एक घुमावदार दूसरे के सापेक्ष घूम सकता है, स्थिर (उनमें से एक स्रोत की भूमिका निभाता है, और दूसरा रिसीवर की भूमिका निभाता है)। प्राथमिक वाइंडिंग एक प्रारंभ करनेवाला बनाता है, और प्रेरित धारा के साथ द्वितीयक वाइंडिंग एक वोल्टेज देता है जो रोटेशन के कोण (प्रेरक पोटेंशियोमीटर, रिज़ॉल्वर) के कार्य के रूप में होता है।

घुमावदार के विस्थापन पर स्व-प्रेरण एल या पारस्परिक प्रेरण एम के गुणांक की निर्भरता में आमतौर पर औसत दर्जे की रैखिकता होती है; गुणांक एम और एल के साथ दो अतिरिक्त कॉइल के अंतर समावेशन द्वारा इसकी रैखिकता में काफी सुधार किया जा सकता है, किसी दिए गए विस्थापन के लिए, विपरीत दिशाओं में बदलना, जो गैर-रैखिकता के लिए आंशिक मुआवजा प्रदान करता है।

आगमनात्मक सेंसर एक साइनसॉइडल वोल्टेज स्रोत के साथ आपूर्ति किए गए सर्किट से जुड़ा होता है, जिसकी आवृत्ति आमतौर पर कुछ दसियों किलोहर्ट्ज़ तक सीमित होती है, ताकि फौकॉल्ट धाराओं के कारण हस्तक्षेप और चुंबकीय नुकसान और नुकसान दोनों को कम किया जा सके। मापा वोल्टेज vm x(t) को स्थानांतरित करके आपूर्ति वोल्टेज Es cosшst के आयाम को संशोधित करके प्राप्त किया जाता है:

वीएम = केएक्स (टी) एस्कोस (डब्ल्यूएसटी + Ф) (1)।

कभी-कभी आगमनात्मक तत्व में परिवर्तन विस्थापन के अनुपात में दोलन आवृत्ति को संशोधित करने का काम कर सकता है। किसी भी मामले में, मॉड्यूलेशन का प्रकार जो भी हो, पता लगाने की सुविधा के लिए आवृत्ति f वाहक आवृत्ति से बहुत कम होनी चाहिए (f

अपने स्वभाव से, आगमनात्मक सेंसर, एक ओर, बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के प्रति संवेदनशील होते हैं, और दूसरी ओर, वे उन्हें स्वयं प्रेरित करने में सक्षम होते हैं। इसलिए, प्रेरक सेंसर को एक आवरण के अंदर रखा जाना चाहिए जो चुंबकीय ढाल के रूप में कार्य करता है।

संरचना

आगमनात्मक निकटता स्विच में निम्नलिखित मुख्य घटक होते हैं:

चित्र.2.1. आगमनात्मक स्विच डिवाइस

जनरेटर वस्तु के साथ बातचीत का एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनाता है।

ट्रिगर स्विचिंग और नियंत्रण संकेत मोर्चों की आवश्यक अवधि के दौरान हिस्टैरिसीस प्रदान करता है।

एम्पलीफायर सिग्नल आयाम को आवश्यक मान तक बढ़ाता है।

एलईडी संकेतक स्विच की स्थिति दिखाता है, प्रदर्शन निगरानी और त्वरित सेटिंग्स प्रदान करता है।

यौगिक ठोस कणों और पानी के प्रवेश के खिलाफ आवश्यक सुरक्षा प्रदान करता है।

मामला स्विच की स्थापना प्रदान करता है, यांत्रिक प्रभावों से बचाता है। यह पीतल या पॉलियामाइड से बना है, हार्डवेयर उत्पादों के साथ पूरा किया गया है।

बुनियादी परिभाषाएँ।

1. सक्रिय क्षेत्र।

एक गैर-संपर्क प्रेरक स्विच का सक्रिय क्षेत्र उसकी संवेदनशील सतह के सामने का क्षेत्र है, जहां सेंसर के संवेदी तत्व का चुंबकीय क्षेत्र सबसे अधिक केंद्रित होता है। इस सतह का व्यास लगभग सेंसर के व्यास के बराबर है।

चावल। 2.2. सेंसर सक्रिय क्षेत्र

2. नाममात्र संवेदन दूरी।

चित्र 2.3। रेटेड स्विचिंग दूरी

नाममात्र स्विचिंग दूरी एक सैद्धांतिक मूल्य है जो सेंसर के उत्पादन मापदंडों में भिन्नता, तापमान में परिवर्तन और आपूर्ति वोल्टेज को ध्यान में नहीं रखता है।

रेटेड सेंसिंग डिस्टेंस (Sn) सेंसर का मुख्य पैरामीटर है, जो रेटेड आपूर्ति वोल्टेज और तापमान पर दिए गए आकार के लिए सामान्यीकृत होता है। संवेदनशील तत्व के आयामों की वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दूरी बढ़ती है और तदनुसार, सेंसर के आयामों की वृद्धि के साथ।

GOST R 50030.5.2-99 के अनुसार, एक आगमनात्मक सेंसर को एक गारंटीकृत प्रतिक्रिया अंतराल में काम करना चाहिए, अर्थात्, 0 (यानी संवेदनशील सेंसर सिर की सतह से) की सीमा में दावा किए गए Sn के 81% तक। मानकीकृत इस्पात लक्ष्य।

सेंसर का प्रतिक्रिया अंतराल उद्देश्यपूर्ण रूप से परिवेश के तापमान पर निर्भर करता है।

एक नियम के रूप में, सेंसर स्थापित किया जाता है ताकि प्रभाव की वस्तु (एक जंगम संरचनात्मक तत्व) डिवाइस की संवेदनशील सतह के समानांतर चलती है।

3. कार्य मंजूरी।

वर्किंग गैप कोई भी दूरी है जो स्वीकार्य तापमान और वोल्टेज सीमा के भीतर निकटता स्विच के विश्वसनीय संचालन को सुनिश्चित करता है।

चित्र.2.4। एक मापा अंतराल के साथ एक सेंसर की योजना

कार्य निकासी सुधार कारक।

सुधार कारक कार्य अंतराल को निर्धारित करना संभव बनाता है, जो उस धातु पर निर्भर करता है जिससे प्रभाव की वस्तु बनाई जाती है।

recessed डिजाइन के सेंसर हैं (धातु में स्थापना फ्लश की अनुमति देते हैं) और गैर-recessed। दूसरे मामले में, सेंसर की संवेदन दूरी अधिक होती है।

आंकड़ा डिस्क से दूरी पर आउटपुट सिग्नल की निर्भरता को दर्शाता है।

चित्र.2.5. दूरी पर आउटपुट सिग्नल की अनुप्रस्थ निकटता सेंसर निर्भरता।

3.1.1. चर अधिष्ठापन सेंसर

तार के N फेरों की कुंडली का स्व-प्रेरण गुणांक L इससे जुड़े चुंबकीय परिपथ के चुंबकीय प्रतिरोध पर निर्भर करता है:

एल = एन2/आर, जहां आर =।

यहाँ m चुंबकीय पारगम्यता है और S परिपथ का अनुभागीय क्षेत्र है।

यदि चुंबकीय परिपथ के विभिन्न खण्डों का अनुप्रस्थ काट क्षेत्र स्थिर है,

जहां एलएफ और एल 0 फेरोमैग्नेटिक सामग्री और हवा में क्रमशः क्षेत्र रेखाओं की लंबाई हैं, एसएफ और एस 0 चुंबकीय सर्किट और अंतराल के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र हैं, एमएफ फेरोमैग्नेटिक सामग्री की सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता है (लगभग 103h104 ) और मो = 4p 10-7 (एसआई प्रणाली में)।

मापने योग्य अंतराल के साथ चुंबकीय सर्किट। सामान्य सूत्र के आधार पर, स्व-प्रेरण गुणांक के लिए एक अभिव्यक्ति स्थापित करना आसान है:

चूँकि इंडक्शन गैप मापन के प्रति संवेदनशील होना चाहिए, l0 » lf / mf को चुना जाना चाहिए, जिससे हम L के लिए व्यंजक प्राप्त करते हैं:

अस्तर के Dx को स्थानांतरित करने से Dl0 = 2Dx अंतराल में परिवर्तन होता है, और अधिष्ठापन एक नया मान प्राप्त करता है:

संवेदनशीलता अस्तर की प्रारंभिक स्थिति l0 पर निर्भर करती है: यह उच्चतर है, छोटा l0; इस मामले में, संवेदनशीलता को केवल उस स्थिति में स्थिर माना जा सकता है जब विस्थापन l0 की तुलना में बहुत छोटा हो। यह एक मिलीमीटर के क्रम के इस प्रकार के विरूपण के सेंसर के उपयोग को सीमित करता है।

चल अस्तर के संबंध में सममित रूप से स्थित दो समान घुमावों और कोर के अंतर समावेशन द्वारा संवेदनशीलता और रैखिकता में सुधार किया जा सकता है।

चलती कोर के साथ कुंडल। फेरोमैग्नेटिक कोर उस हिस्से से जुड़ा होता है जिसकी स्थिति या गति को मापा जाना है। यह कोर एक लंबाई l (चित्र 2.6) पर समान रूप से फैले तार के N घुमावों वाली वाइंडिंग में एक चर गहराई lf तक डूबा हुआ है।

चावल। 2.6. एक गतिमान कोर कॉइल का योजनाबद्ध आरेख।

1 - कुंडल; 2 - चुंबकीय कोर।

वाइंडिंग का स्व-प्रेरण गुणांक एल कोर की विसर्जन गहराई पर निर्भर करता है। एल की गणना करते समय, अधिष्ठापन को स्व-प्रेरण गुणांक एल के साथ लंबाई l0 की हवा से भरे अधिष्ठापन के श्रृंखला संयोजन के रूप में माना जाता है और आत्म-प्रेरण गुणांक एलएफ के साथ लंबाई एलएफ के लौह कोर अधिष्ठापन के रूप में माना जाता है; पारस्परिक प्रेरण का गुणांक एम के बराबर है।

जहां युग्मन गुणांक स्थिर माना जाता है।

चावल। 2.7. दो गतिमान कोर कॉइल का विभेदक सक्रियण।

3.2 कैपेसिटिव सेंसर

कैपेसिटिव सेंसर, गैर-विद्युत मात्रा (तरल स्तर, यांत्रिक बल, दबाव, आर्द्रता, आदि) को विद्युत समाई मूल्यों में मापने वाला कनवर्टर। संरचनात्मक रूप से, एक कैपेसिटिव सेंसर एक विद्युत विमान-समानांतर या बेलनाकार संधारित्र होता है।

कैपेसिटिव प्रॉक्सिमिटी स्विच का ऑपरेटिंग सिद्धांत

कैपेसिटिव सेंसर में सक्रिय सतह तक विस्तारित कैपेसिटर प्लेटों के रूप में एक संवेदनशील तत्व होता है।

कैपेसिटिव सेंसर के संचालन का सिद्धांत या तो कैपेसिटर की ज्यामिति में बदलाव पर आधारित होता है (यानी, प्लेटों के बीच की दूरी में बदलाव पर), या प्लेटों के बीच विभिन्न सामग्रियों की नियुक्ति के कारण कैपेसिटेंस में बदलाव पर: विद्युत प्रवाहकीय या ढांकता हुआ। समाई में परिवर्तन आमतौर पर एक वैकल्पिक विद्युत संकेत में परिवर्तित हो जाते हैं।

संचालन का सिद्धांत संधारित्र के विद्युत समाई की आयामों पर, इसकी प्लेटों की सापेक्ष स्थिति और उनके बीच के माध्यम के ढांकता हुआ स्थिरांक पर निर्भरता पर आधारित है।

दो-प्लेट फ्लैट संधारित्र के लिए, विद्युत समाई अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित की जाती है:

जहां e0 ढांकता हुआ स्थिरांक है; ई प्लेटों के बीच माध्यम की सापेक्ष पारगम्यता है; एस प्लेटों का सक्रिय क्षेत्र है; d संधारित्र प्लेटों के बीच की दूरी है।

निर्भरता सी (एस) और सी (डी) का उपयोग यांत्रिक विस्थापन को समाई परिवर्तनों में बदलने के लिए किया जाता है।

सक्रिय सतह पर किसी भी सामग्री से बनी वस्तु के दृष्टिकोण से संधारित्र की समाई, जनरेटर के मापदंडों और अंततः, स्विचिंग तत्व के स्विचिंग में परिवर्तन होता है।

कैपेसिटिव सेंसर के संचालन के उपकरण और सिद्धांत

चावल। 2.8. कैपेसिटिव सेंसर डिवाइस

कैपेसिटिव प्रॉक्सिमिटी सेंसर निम्नानुसार कार्य करता है:

1. जनरेटर वस्तु के साथ बातचीत के लिए एक विद्युत क्षेत्र प्रदान करता है।

2. डिमोडुलेटर जनरेटर के उच्च-आवृत्ति दोलनों के आयाम में परिवर्तन को डीसी वोल्टेज में परिवर्तन में परिवर्तित करता है।

3. ट्रिगर स्विचिंग सिग्नल एज और हिस्टैरिसीस मान की आवश्यक ढलान प्रदान करता है।

4. एम्पलीफायर आउटपुट सिग्नल को आवश्यक मान तक बढ़ाता है।

5. एलईडी संकेतक स्विच की स्थिति दिखाता है, संचालन क्षमता, सेटिंग की मुस्तैदी सुनिश्चित करता है।

6. यौगिक ठोस कणों और पानी के प्रवेश के खिलाफ आवश्यक सुरक्षा प्रदान करता है।

7. मामला स्विच की माउंटिंग प्रदान करता है, यांत्रिक प्रभावों से बचाता है। यह पीतल या पॉलियामाइड से बना है, हार्डवेयर उत्पादों के साथ पूरा किया गया है।

एक कैपेसिटिव नॉन-कॉन्टैक्ट सेंसर की सक्रिय सतह दो धातु इलेक्ट्रोड द्वारा बनाई जाती है, जिसे "अनकैप्ड" कैपेसिटर की प्लेटों के रूप में दर्शाया जा सकता है। सर्किट में शामिल इलेक्ट्रोड प्रतिक्रियाएक उच्च-आवृत्ति थरथरानवाला इस तरह से ट्यून किया जाता है कि यदि सक्रिय सतह के पास कोई वस्तु नहीं है, तो वह उत्पन्न नहीं होती है। कैपेसिटिव प्रॉक्सिमिटी सेंसर की सक्रिय सतह के पास पहुंचने पर, वस्तु विद्युत क्षेत्र में प्रवेश करती है और फीडबैक कैपेसिटेंस को बदल देती है। जनरेटर दोलन उत्पन्न करना शुरू कर देता है, जिसका आयाम वस्तु के पास आने पर बढ़ता है। आयाम का अनुमान बाद के प्रसंस्करण सर्किट द्वारा लगाया जाता है जो आउटपुट सिग्नल उत्पन्न करता है। कैपेसिटिव प्रॉक्सिमिटी सेंसर विद्युत प्रवाहकीय वस्तुओं और डाइलेक्ट्रिक्स दोनों द्वारा ट्रिगर होते हैं। विद्युत प्रवाहकीय सामग्री से बनी वस्तुओं के संपर्क में आने पर, वास्तविक संवेदन दूरी Sr अधिकतम होती है, और जब ढांकता हुआ सामग्री से बनी वस्तुओं के संपर्क में आती है, तो दूरी Sr सामग्री एर के ढांकता हुआ स्थिरांक के आधार पर घट जाती है (Sr बनाम er और का प्लॉट देखें) सामग्री के ढांकता हुआ स्थिरांक की तालिका)। विभिन्न सामग्रियों से बनी वस्तुओं के साथ काम करते समय, अलग-अलग पारगम्यता के साथ, सीन बनाम एर की साजिश का उपयोग करना आवश्यक है। सर्किट ब्रेकरों के तकनीकी डेटा में निर्दिष्ट रेटेड ऑपरेटिंग दूरी (एसएन) और गारंटीकृत एक्सपोजर अंतराल (एसए) एक ग्राउंडेड धातु लक्ष्य (एसआर = 100%) को संदर्भित करता है। वास्तविक संवेदन दूरी (सीनियर) निर्धारित करने के लिए अनुपात: 0.9 एसएन< Sr < 1,1 Sn.

चित्र 2.9 वस्तु सामग्री r . के ढांकता हुआ स्थिरांक पर वास्तविक सक्रियण दूरी Sr की निर्भरता

कुछ सामग्रियों का ढांकता हुआ स्थिरांक:

कैपेसिटिव सेंसर एकध्रुवीय हो सकते हैं (उनमें केवल एक कैपेसिटर शामिल है), अंतर (उनमें दो कैपेसिटर शामिल हैं) या ब्रिज (चार कैपेसिटर पहले से ही यहां उपयोग किए जाते हैं)। डिफरेंशियल या ब्रिज सेंसर के मामले में, एक या दो कैपेसिटर या तो स्थिर या परिवर्तनशील होते हैं, जो एक दूसरे से जुड़े होते हैं।

व्यवहार में, विद्युत प्रवाहकीय वस्तु के विस्थापन को मापते समय, इसकी सतह अक्सर संधारित्र प्लेट की भूमिका निभाती है। अंजीर पर। 2.10. एकध्रुवीय कैपेसिटिव सेंसर का एक योजनाबद्ध आरेख दिखाया गया है, जिसमें संधारित्र प्लेटों में से एक समाक्षीय केबल के केंद्र कंडक्टर से जुड़ा है, और वस्तु ही दूसरी प्लेट है। ध्यान दें कि सेंसर की अपनी प्लेट एक ग्राउंड शील्ड से घिरी होती है, जो रैखिकता में सुधार करती है और किनारे के प्रभाव को कम करती है। एक विशिष्ट कैपेसिटिव सेंसर 3 मेगाहर्ट्ज रेंज में आवृत्तियों पर संचालित होता है और तेजी से चलती वस्तुओं की गतिविधियों का पता लगा सकता है। एक एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक इंटरफ़ेस वाले ऐसे सेंसर की आवृत्ति विशेषताएँ 40 kHz रेंज में होती हैं।

प्रवाहकीय वस्तुओं के साथ काम करते समय कैपेसिटिव निकटता सेंसर बहुत प्रभावी होते हैं, जबकि वे इलेक्ट्रोड और ऑब्जेक्ट के बीच समाई को मापते हैं। कैपेसिटिव सेंसर गैर-प्रवाहकीय वस्तुओं के साथ भी काफी अच्छी तरह से काम करते हैं, लेकिन उनकी सटीकता कुछ हद तक खराब हो जाती है। कोई भी वस्तु जो इलेक्ट्रोड के आसपास में प्रवेश करती है, उसके अपने ढांकता हुआ गुण होते हैं, जो इलेक्ट्रोड और सेंसर बॉडी के बीच समाई को बदलते हैं, जो बदले में ऑब्जेक्ट और डिटेक्टर के बीच की दूरी के अनुपात में आउटपुट सिग्नल की ओर जाता है।

सक्रिय परिरक्षण का उपयोग संवेदनशीलता बढ़ाने और एकध्रुवीय कैपेसिटिव सेंसर में किनारे के प्रभाव को कम करने के लिए किया जाता है। इस मामले में, स्क्रीन को इलेक्ट्रोड के गैर-कार्यशील पक्षों के चारों ओर रखा जाता है और उस पर इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज के बराबर वोल्टेज लगाया जाता है। चूंकि स्क्रीन और इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज समान आयाम और चरण होते हैं, उनके बीच कोई विद्युत क्षेत्र नहीं होता है, और स्क्रीन के पीछे स्थित सभी घटकों का सेंसर के संचालन पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। इस परिरक्षण विधि को अंजीर में दिखाया गया है। 2.11.

चित्र 2.10. परिरक्षण रिंग, क्रॉस सेक्शन के साथ कैपेसिटिव सेंसर

चावल। 2.11. इलेक्ट्रोड के चारों ओर एक सक्रिय ढाल के साथ कैपेसिटिव डिस्टेंस-टू-ऑब्जेक्ट सेंसर

हाल के वर्षों में, ब्रिज कैपेसिटिव विस्थापन सेंसर बहुत लोकप्रिय हो गए हैं। अंजीर पर। 2.12. एक रैखिक पुल कैपेसिटिव विस्थापन सेंसर प्रदर्शित होता है, जिसमें एक निश्चित दूरी डी पर समानांतर में स्थित फ्लैट इलेक्ट्रोड के दो समूह होते हैं। कैपेसिटेंस बढ़ाने के लिए, इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी को काफी छोटा कर दिया जाता है। इलेक्ट्रोड के स्थिर समूह में चार आयताकार तत्व होते हैं, और चल समूह में दो होते हैं। सभी छह तत्वों के आयाम समान हैं।

रैखिकता सीमा को बढ़ाने के लिए, प्रत्येक तत्व के आकार को यथासंभव बड़ा बनाना वांछनीय है (यहाँ, एक नियम के रूप में, यांत्रिक शक्ति पर सीमाएं प्रभावित होने लगती हैं)। स्थिर उपसमूह के चार इलेक्ट्रोड विद्युत तारों द्वारा एक दूसरे से जुड़े हुए हैं, जो एक कैपेसिटिव ब्रिज-टाइप सर्किट बनाने के लिए किया जाता है।

ब्रिज सर्किट पर 5 - 50 kHz की आवृत्ति के साथ एक साइनसोइडल वोल्टेज लगाया जाता है। अंतर एम्पलीफायर एक चलती समूह में इलेक्ट्रोड की एक जोड़ी के बीच वोल्टेज अंतर को बढ़ाता है। एम्पलीफायर का आउटपुट सिग्नल सिंक्रोनस डिटेक्टर के इनपुट को फीड किया जाता है। संधारित्र समाई। दो समानांतर प्लेटों के साथ ब्रिज-प्रकार कैपेसिटिव सेंसर: ए - समूहों की व्यवस्था, बी - एक दूसरे से नाममात्र दूरी के बराबर सर्किट, संबंधित क्षेत्र के विपरीत स्थित चल प्लेट के हिस्से के क्षेत्र के आनुपातिक स्थिर प्लेट। अंजीर पर। 2.12. कैपेसिटिव ब्रिज कॉन्फ़िगरेशन के साथ विस्थापन एन्कोडर का समतुल्य सर्किट दिखाया गया है। कैपेसिटिव विस्थापन सेंसर में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला होती है। उनका उपयोग स्वतंत्र रूप से वस्तुओं की स्थिति और गति को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है, या अन्य सेंसर का हिस्सा हो सकता है जिसमें अलग-अलग तत्वों की गति उन पर विभिन्न बलों, दबाव, तापमान आदि की कार्रवाई के कारण होती है।

चित्र 2.12. ब्रिज कैपेसिटिव सेंसर।

3.3 ऑप्टिकल सेंसर (फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर)

एक फोटो सेंसर एक ऐसा उपकरण है जो प्रकाश प्रवाह की तीव्रता में परिवर्तन को पंजीकृत करता है और प्रतिक्रिया करता है।

एनालॉग और असतत ऑप्टिकल सेंसर हैं। एनालॉग सेंसर के लिए, आउटपुट सिग्नल परिवेश प्रकाश के अनुपात में बदलता है। आवेदन का मुख्य क्षेत्र स्वचालित प्रकाश नियंत्रण प्रणाली है।

असतत-प्रकार के सेंसर आउटपुट स्थिति को विपरीत में बदलते हैं, जब एक पूर्व निर्धारित रोशनी मूल्य तक पहुंच जाता है।

यांत्रिक संपर्क और पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर के बाद, ऑप्टिकल डिटेक्टर शायद वस्तुओं की स्थिति और गति को निर्धारित करने के लिए सबसे लोकप्रिय उपकरण हैं।

एक ऑप्टिकल विस्थापन सेंसर की संरचना में, एक नियम के रूप में, तीन घटक शामिल हैं: एक प्रकाश स्रोत, एक फोटोडेटेक्टर, और प्रकाश को नियंत्रित करने वाले उपकरण (लेंस, दर्पण, ऑप्टिकल फाइबर, आदि)।

चावल। 3.1. ऑप्टिकल सेंसर डिवाइस।

सुरक्षात्मक स्क्रीन या कूलिंग के उपयोग के साथ, गर्म वस्तुओं की स्थिति या गणना करने के लिए ऑप्टिकल सेंसर का उपयोग किया जाता है।

GOST R 50030.5.2 के अनुसार, ऑप्टिकल निकटता स्विच को तीन समूहों में वर्गीकृत किया गया है:

टाइप टी - एमिटर से सीधे बीम के स्वागत के साथ;

टाइप आर - परावर्तक से लौटाए गए बीम के स्वागत के साथ;

टाइप डी - किसी वस्तु से परावर्तित बीम के रिसेप्शन के साथ।

ऑप्टिकल सेंसर टाइप टी को इस तथ्य की विशेषता है कि एमिटर और रिसीवर को अलग-अलग आवासों में रखा गया है। एक सीधा ऑप्टिकल बीम एमिटर से रिसीवर तक जाता है और प्रभाव की वस्तु द्वारा अवरुद्ध किया जा सकता है। एमिटर और रिसीवर विभिन्न शक्ति स्रोतों से बिजली प्राप्त कर सकते हैं। एमिटर इंडिकेटर आपूर्ति वोल्टेज का संकेत देता है। रिसीवर के ट्रिगर होने पर रिसीवर का संकेतक संकेत देता है। स्विचिंग तत्व रिसीवर में स्थित है।

आर-टाइप ऑप्टिकल सेंसर में एक ही आवास में एक एमिटर और एक रिसीवर रखा गया है। रिसीवर एक विशेष परावर्तक से परावर्तित एमिटर बीम प्राप्त करता है

टाइप डी ऑप्टिकल सेंसर में एक ही हाउसिंग में एक एमिटर और एक रिसीवर लगा होता है। रिसीवर लक्ष्य से अलग-अलग परावर्तित बीम प्राप्त करता है। वस्तु आपेक्षिक अक्ष के अनुदिश और इसके एक कोण पर दोनों गति कर सकती है

3.3.1 पूर्ण डिजिटल एन्कोडर

ये रैखिक आंदोलनों के लिए रेल हैं या कोणीय आंदोलनों के लिए डिस्क, एन बराबर क्षेत्रों (एक रेल के मामले में बैंड, डिस्क के मामले में सेक्टर) में विभाजित हैं, जिस पर बाइनरी शब्दों को निर्धारित स्थिति के अनुसार दर्ज किया जाता है। कोड और विशिष्ट तकनीक। साइटों की संख्या एन निम्नानुसार संकल्प निर्धारित करता है: एल/एन सेमी रेल के लिए एल सेमी लंबा और डिस्क के लिए 360 डिग्री/एन।

सभी n बिट्स जो प्रत्येक शब्द को बनाते हैं, n समानांतर (रेल के लिए) या संकेंद्रित (डिस्क के लिए) ट्रैक (अंजीर।) पर दो अलग-अलग भौतिक अवस्थाओं का उपयोग करके 0 या 1 मान निर्धारित करते हैं:

ए) गैर-चुंबकीय या फेरोमैग्नेटिक सतह (चुंबकीय रीडिंग);

बी) एक इन्सुलेट या प्रवाहकीय सतह (विद्युत संवेदन);

ग) अपारदर्शी और पारभासी सतह (ऑप्टिकल रीडिंग)।

वर्तमान में, ऑप्टिकल रीडिंग का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है; प्रत्येक ट्रैक के लिए एक स्रोत है - एक इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंट डायोड, और एक रिसीवर - एक फोटोट्रांसिस्टर।

चावल। 3.3. प्राकृतिक बाइनरी कोड के साथ रेक और डिस्क।

चावल। 3.3. ग्रे कोड के साथ रेल और डिस्क।

4. निकटता सेंसर

इस प्रकार के सेंसर में डिवाइस और चलती वस्तु के बीच कोई यांत्रिक संबंध नहीं होता है; उनके बीच की बातचीत - उनकी पारस्परिक स्थिति का एक कार्य - एक ऐसे क्षेत्र के माध्यम से स्थापित होता है जो इस प्रकार काम कर सकता है:

परिवर्तनीय चुंबकीय प्रतिरोध वाले सेंसर के लिए चुंबकीय प्रेरण क्षेत्र (हॉल प्रभाव का उपयोग किया जाता है);

फौकॉल्ट धाराओं वाले सेंसर के लिए विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र;

कैपेसिटिव सेंसर के लिए विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र।

निकटता सेंसर के फायदे इस तथ्य से हैं कि ऐसा कोई यांत्रिक कनेक्शन नहीं है। इसमे शामिल है:

विस्तृत बैंडविड्थ;

इस वस्तु और सेंसर के बीच उत्पन्न होने वाली अत्यंत छोटी शक्तियों के कारण माप वस्तु पर कम प्रभाव।

चलती भागों की अनुपस्थिति के कारण बढ़ी हुई विश्वसनीयता पहनने या बढ़ी हुई मंजूरी के अधीन है।

इसके अलावा, ये सेंसर मापने वाले सर्किट और चलती वस्तु के गैल्वेनिक अलगाव प्रदान करते हैं।

उनके मुख्य नुकसान हैं:

छोटा, लगभग 1 मिमी, माप सीमा;

अरैखिकता;

उनमें से कुछ की रीडिंग की वस्तु और उसके पर्यावरण के आकार, आकार और सामग्री पर निर्भरता, जिससे विशिष्ट अनुप्रयोग स्थितियों में उनके अंशांकन की आवश्यकता होती है।

निकटता सेंसर का उपयोग एनालॉग मोड या डिजिटल कोड मोड में किया जाता है। पहले मामले में, सिग्नल आयाम वस्तु और सेंसर की सापेक्ष स्थिति का एक निरंतर कार्य है, और दूसरे मामले में, सिग्नल का स्तर केवल उच्च या निम्न हो सकता है, जो इस बात पर निर्भर करता है कि वस्तु एक निश्चित से करीब है या आगे है। दूरी: बाद के मामले में, सेंसर को निकटता डिटेक्टर कहा जाता है। सेंसर के इस प्रयोग के साथ निर्धारित करें:

नाममात्र सीमा - दूरी, जो सेंसर अक्ष के करीब पहुंचती है, मानक वस्तु सेंसर आउटपुट पर कोड राज्यों में बदलाव का कारण बनती है;

डिफरेंशियल या हिस्टैरिसीस कोर्स - कोड स्टेट्स में बदलाव के अनुरूप दूरियों में अंतर, इस पर निर्भर करता है कि मानक ऑब्जेक्ट सेंसर अक्ष के साथ आ रहा है या दूर जा रहा है।

कुछ संभावित अनुप्रयोगों को अंजीर में दिखाया गया है। 4.1 इनमें शामिल हैं: स्थिति का मापन और स्थिरीकरण;

आकार नियंत्रण;

कम जड़ता वाली वस्तुओं की गति का अध्ययन।

चावल। 4.1. मौजूदगी पता लगाने वाला सेंसर।

ए - पदों; बी - समायोजन; सी - दो निर्देशांक में समायोजन; जी - व्यास; ई - अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ आंदोलनों; ई तेल फिल्म की मोटाई है; जी - धातु पर इन्सुलेशन की मोटाई; एच - धातु की मोटाई; और - आकार; के, एल - गतिशील विस्थापन, एम - स्थिर विस्थापन।

4.1 परिवर्तनीय चुंबकीय प्रतिरोध के साथ आगमनात्मक सेंसर

ऐसा सेंसर एक ट्रांसफार्मर है, जिसके चुंबकीय सर्किट में एक चलती वस्तु (चित्र। 4.2) शामिल है; यह ट्रांसफॉर्मर फेरोमैग्नेटिक होना चाहिए या फेरोमैग्नेटिक सरफेस होना चाहिए।

चावल। 4.2. चर चुंबकीय प्रतिरोध के साथ निकटता सेंसर।

1 - चुंबकीय स्क्रीन; 2 - माध्यमिक घुमावदार; 3 - फेरोमैग्नेटिक सतह; 4 - प्राथमिक घुमावदार।

ऑब्जेक्ट और सेंसर हेड के बीच की दूरी, एक अंतराल के रूप में कार्य करते हुए, चुंबकीय सर्किट के प्रतिरोध को निर्धारित करती है और इसलिए प्राथमिक के सक्रिय होने पर इसके टर्मिनलों पर माध्यमिक और वोल्टेज से गुजरने वाला प्रवाह। सेकेंडरी वाइंडिंग का वोल्टेज, जो मापने वाला सिग्नल vm है, फॉर्म में लिखे कानून के अनुसार गैर-रैखिक रूप से बदलता है

जहां x वस्तु से सेंसर की दूरी है, और vmo और विशेष रूप से, चुंबकीय पारगम्यता, वस्तु के आकार और आयामों पर निर्भर करता है।

किसी दिए गए स्थान के सापेक्ष छोटे विस्थापन के लिए सिग्नल को रैखिक किया जा सकता है यदि दो समान सेंसर चलती वस्तु के विपरीत पक्षों पर जुड़े हुए हैं, तो एक अंतर सर्किट के अनुसार स्विच किया जाता है: प्राथमिक घुमाव श्रृंखला में या समानांतर में खिलाया जाता है, और माध्यमिक वोल्टेज vm1 और vm2 विपरीत दिशाओं में जुड़े हुए हैं; इस मामले में मापा वोल्टेज बराबर है

4.2 फौकॉल्ट धाराओं के साथ आगमनात्मक सेंसर

इस प्रकार के सेंसर का मुख्य तत्व उच्च आवृत्ति द्वारा संचालित एक कुंडल है, जो इसके चारों ओर के स्थान में एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र को प्रेरित करता है। इस क्षेत्र में रखी धातु की वस्तु में फौकॉल्ट धाराएँ उत्पन्न होती हैं। लेन्ज़ के नियम के अनुसार, वे उस कारण की क्षतिपूर्ति करना चाहते हैं जो उन्हें हुआ; इस प्रकार, वे कॉइल के इंडक्शन के संकेत के विपरीत एक इंडक्शन का कारण बनते हैं, जिससे इसके सेल्फ-इंडक्शन के गुणांक में कमी आती है। परिवर्तनीय चुंबकीय प्रतिरोध वाले सेंसर के विपरीत, जो केवल फेरोमैग्नेटिक ऑब्जेक्ट्स के लिए उपयुक्त होते हैं, फौकॉल्ट धाराओं वाला सेंसर किसी भी धातु वस्तु के प्रति संवेदनशील होता है। हालाँकि, इसकी रीडिंग न केवल वस्तु से दूरी पर निर्भर करती है, बल्कि इसके भौतिक गुणों (प्रतिरोधकता, पारगम्यता) और ज्यामितीय विशेषताओं (आकार और आकार) पर भी निर्भर करती है। आमतौर पर वस्तु और सेंसर को हवा में रखा जाता है; डिवाइस का उपयोग ढांकता हुआ मीडिया में भी किया जा सकता है, जो ऑपरेटिंग आवृत्तियों पर कम नुकसान की विशेषता है।

चावल। 4.3. एक कुंडल और एक प्रवाहकीय वस्तु का आगमनात्मक युग्मन। इसी सरलीकृत वायरिंग आरेख।

1 - वस्तु; 2 - रोमांचक कुंडल।

प्राथमिक भौतिक सिद्धांत। इस प्रकार के सेंसर के संचालन का एक सरल सिद्धांत एक धातु की वस्तु की तुलना एक सर्किट से किया जा सकता है, जिसमें परस्पर प्रेरण (चित्र। 4.3) द्वारा कुंडल से जुड़े गांठदार स्थिर तत्व होते हैं।

कॉइल और इसकी बिजली आपूर्ति, जो प्राथमिक सर्किट बनाती है, समीकरण द्वारा वर्णित है

और वस्तु (सेकेंडरी सर्किट) - समीकरण द्वारा

वस्तु गुणों का प्रभाव। प्रतिरोधकता। वस्तु के साथ संबंध प्राथमिक अधिष्ठापन को कम प्रभावित करता है, वस्तु का प्रतिरोध जितना अधिक होता है, अर्थात। जिस सामग्री से यह बना है उसकी चालकता जितनी कम होगी। इस मामले में, चलती वस्तु पर अत्यधिक प्रवाहकीय शीट या कोटिंग, जैसे एल्यूमीनियम, लगाने से उपकरण की संवेदनशीलता में सुधार किया जा सकता है।

चुम्बकीय भेद्यता। यदि किसी लौहचुम्बकीय वस्तु को कुण्डली के समीप लाया जाता है, तो उसमें दो विपरीत प्रभाव उत्पन्न होंगे: चुम्बकीय परिपथ के प्रतिरोध में कमी से अधिष्ठापन में वृद्धि होती है, जबकि फौकॉल्ट धाराएँ घटने का कारण बनती हैं। अधिष्ठापन में परिवर्तन की परिणामी दिशा वस्तु की पारगम्यता और प्रतिरोधकता के मूल्यों के अनुपात पर निर्भर करती है।

आयाम। यह माना जाता है कि फौकॉल्ट धाराओं का लगभग पूरा सेट सतह की परत में स्थानीयकृत है, जिसकी मोटाई त्वचा की परत जी से लगभग तीन गुना अधिक है, जिसके लिए अभिव्यक्ति का रूप है

जहाँ m और y क्रमशः वस्तु की चुंबकीय पारगम्यता और विद्युत चालकता हैं, f कुंडली के उत्प्रेरण क्षेत्र की आवृत्ति है। इस प्रकार, 1 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर, हमारे पास q है? एल्यूमीनियम और डी के लिए 80 माइक्रोन? स्टील के लिए 20 माइक्रोन।

सेंसर की प्रतिक्रिया वस्तु की मोटाई पर निर्भर नहीं करती है, अगर यह त्वचा की परत की मोटाई के 3 गुना से अधिक है। वस्तु के अनुप्रस्थ आयामों का भी बहुत कम प्रभाव पड़ता है यदि वे कुंडल के व्यास से बड़े होते हैं।

मापने की योजना। एनालॉग सेंसर। आम तौर पर, पुल के आसन्न पैर में स्थित एक दूसरा अधिष्ठापन यादृच्छिक प्रभावों की क्षतिपूर्ति के लिए मापने के अधिष्ठापन से अलग रूप से जुड़ा होगा।

दूसरा अधिष्ठापन हो सकता है:

चलती वस्तु के समान प्रकृति के एक निश्चित वस्तु मॉडल के बगल में स्थित एक संदर्भ अधिष्ठापन (मापा संकेत इस मामले में विस्थापन का एक गैर-रेखीय कार्य है);

चर अधिष्ठापन वस्तु के सापेक्ष इस तरह से स्थित है कि इस वस्तु के आंदोलनों में दो अधिष्ठापन में विपरीत परिवर्तन होते हैं (यह अंतर स्विचिंग विधि विस्थापन के सीमित क्षेत्र में सेंसर विशेषता को रैखिक करने की अनुमति देती है)।

निकटता डिटेक्टर। जब केवल वस्तु की स्थिति के बारे में जानना पर्याप्त होता है कि क्या वस्तु की दूरी किसी दिए गए से अधिक या कम है, तो अधिष्ठापन आमतौर पर जनरेटर के गुंजयमान सर्किट के सर्किट में रखा जाता है। वस्तु का दृष्टिकोण नुकसान में वृद्धि और अधिष्ठापन में कमी का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप लोड सर्किट का गुणवत्ता कारक क्यू कम हो जाता है। थ्रेशोल्ड के अनुरूप क्यू के एक निश्चित न्यूनतम मूल्य के नीचे, उत्पादन बंद हो जाता है; संबंधित सर्किट इसका पता लगाता है और पीढ़ी की उपस्थिति या अनुपस्थिति का संकेत देता है।

4.3 हॉल इफेक्ट सेंसर

हॉल प्रभाव एक संभावित अंतर की उपस्थिति में व्यक्त किया जाता है वीएच प्रेरण क्षेत्र बी में रखे कंडक्टर की वर्तमान लाइनों के लंबवत; हॉल वोल्टेज VH, V की दिशा और परिमाण पर निर्भर करता है। हॉल प्रभाव लाप्लास बल का एक परिणाम है, जो गतिमान विद्युत आवेशों पर कार्य करता है।

हॉल प्रभाव पर आधारित एक सेंसर एक प्लेट (आमतौर पर अर्धचालक) के रूप में एक जांच बनाता है, जिसके माध्यम से एक करंट पास किया जाता है और जिसके किनारों पर हॉल वोल्टेज को मापा जाता है, और एक चुंबक जो एक इंडक्शन फील्ड बी बनाता है, जिसका मूल्य जांच के क्षेत्र में (जैसे वोल्टेज वीएच) चुंबक की स्थिति पर निर्भर करता है।

तत्वों में से एक - एक जांच या चुंबक - तय हो गया है, और दूसरा एक चलती वस्तु से जुड़ा हुआ है; आमतौर पर, निम्न-स्तरीय संकेतों के मोबाइल स्रोतों के साथ विद्युत संचार की समस्याओं से बचने के लिए, जांच तय की जाती है; इस मामले में, वस्तु की गति को परेशान न करने के लिए, चुंबक का द्रव्यमान अपेक्षाकृत छोटा होना चाहिए, जो उस क्षेत्र को सीमित करता है जिसमें प्रेरण मापन योग्य होता है, और इस प्रकार माप सीमा को कम करता है।

हॉल प्रभाव का प्राथमिक भौतिक सिद्धांत। एक प्रवाहकीय आयताकार प्लेट (लंबाई एल, चौड़ाई एल, मोटाई ई) पर विचार करें, जिसमें संभावित अंतर वी लागू होता है, जिससे अनुदैर्ध्य दिशा में वर्तमान I होता है (चित्र। 4.4)।

चावल। 4.4. हॉल प्रभाव के आधार पर एक जांच का योजनाबद्ध आरेख।

यह मानते हुए कि चालकता n और गतिशीलता m के इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रदान की जाती है, हमारे पास है:

यहाँ c प्रतिरोधकता है, c = 1/qmn (q = 1.6 10-19 C), V = ExL, Ex अनुदैर्ध्य विद्युत क्षेत्र है, जहाँ से I = qmnExel।

प्लेट को इंडक्शन फील्ड बी में प्लेट बीएन के विमान के सामान्य घटक के साथ रखा गया है; v गति से गतिमान इलेक्ट्रॉन पर कार्य करने वाला लैपलेस बल FL, FL = -qvB के बराबर होता है, जहां v = -mEx। यह बल y को बढ़ाने की दिशा में निर्देशित है और इसका मान है

बल FL की क्रिया के तहत, इलेक्ट्रॉन प्लेट की पार्श्व सतह पर बढ़ते हुए y की ओर से जमा हो जाते हैं, जिससे विपरीत दिशा में विपरीत चिन्ह का समान आवेश रह जाता है; ये आवेश y अक्ष के समानांतर एक विद्युत क्षेत्र E बनाते हैं, जो y बढ़ने की दिशा में निर्देशित होता है और प्रत्येक इलेक्ट्रॉन पर Fy = -qEy बल के साथ कार्य करता है। संतुलन की स्थिति तब होती है जब दोनों बल संतुलित होते हैं:

हॉल वोल्टेज वीएच प्लेट चौड़ाई के उत्पाद से मेल खाता है:

या, वर्तमान I के लिए पहले पाया गया अभिव्यक्ति दिया गया है,

यहाँ KH = -1/qn हॉल स्थिरांक है।

एक अधिक कठोर सिद्धांत, जो फोनन द्वारा मोबाइल चार्ज के बिखरने को ध्यान में रखता है, पिछले केएच अभिव्यक्ति को 3p/8 से गुणा करता है। कुछ विशिष्ट हॉल सेंसर सामग्री के परिमाण का क्रम तालिका में दिया गया है:

संख्यात्मक उदाहरण। इंडियम आर्सेनाइड से बनी 0.1 मिमी की मोटाई वाली प्लेट में 5·10-5 ओम की प्रतिरोधकता के साथ, 1 एमए की धारा के साथ खिलाया जाता है और 104 जी के वोल्टेज के साथ एक सामान्य प्रेरण क्षेत्र में रखा जाता है, एक हॉल वोल्टेज 3.8 एमवी दिखाई देता है।

हॉल स्थिरांक मुक्त वाहकों के घनत्व पर इसके प्रभाव के कारण तापमान पर निर्भर करता है; तापमान संवेदनशीलता (1/केएन) (डी केएन/डीटी) एक विस्तृत श्रृंखला में सामग्री के आधार पर भिन्न होती है और कई% प्रति 1 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकती है।

B के मान के फलन के रूप में KN में परिवर्तन के परिणामस्वरूप माप सीमा के कई% के क्रम की रैखिकता से विचलन हो सकता है; इस अरैखिकता का चिन्ह सामग्री पर निर्भर करता है।

सेंसर डिजाइन। मापी गई मात्रा जिसके लिए हॉल-इफेक्ट सेंसर सीधे संवेदनशील है, चुंबकीय प्रेरण का सामान्य घटक बीएन है; संबंधित संवेदनशीलता है

संवेदनशीलता जांच से गुजरने वाली धारा I के समानुपाती होती है; यह जांच के डिजाइन (मोटाई ई और केएच कारक के अनुसार सामग्री की पसंद) पर निर्भर करता है।

जब स्थिति या विस्थापन का पता लगाने के लिए एक सेंसर का उपयोग किया जाता है, तो प्रेरण चुंबक एक मध्यवर्ती ट्रांसड्यूसर के रूप में कार्य करता है जो प्राथमिक मापक (स्थिति या विस्थापन) द्वारा माध्यमिक माप को बदलने के लिए कार्य करता है और जिससे सेंसर सीधे संवेदनशील होता है। स्थिति संवेदनशीलता एसएक्स द्वारा दिया गया है

स्थिति संवेदनशीलता एसएक्स आनुपातिक है, विशेष रूप से, विस्थापन के क्षेत्र में प्रेरण के सामान्य घटक के ढाल के लिए। यह ढाल चुंबक की प्रकृति और जांच के सापेक्ष उसकी स्थिति पर निर्भर करती है; आमतौर पर इसका एक महत्वपूर्ण मूल्य होता है और कमोबेश केवल एक बहुत ही सीमित क्षेत्र (1 मिमी के क्रम में) में स्थिर होता है।

सामग्री चयन मानदंड। हॉल वोल्टेज वर्तमान I के समानुपाती है, लेकिन यह करंट जूल हीटिंग द्वारा सीमित है जो इसे उत्पन्न करता है, जो बिजली अपव्यय पीडी के समानुपाती है:

पीडी फ़ंक्शन में, हॉल वोल्टेज निम्नानुसार व्यक्त किया जाता है:

यदि माप एक बड़े इनपुट प्रतिरोध वाले उपकरण के साथ किया जाता है और अपव्यय शक्ति को सीमित सीमा के भीतर हीटिंग प्रदान करने के लिए सेट किया जाता है, तो ऐसी सामग्री चुनने की आवश्यकता होती है जिसके लिए /n शब्द अधिकतम हो।

उदाहरण के लिए, यदि माप एक मिलान प्रतिरोध में हॉल जनरेटर द्वारा नष्ट की गई शक्ति से संबंधित है, तो अधिकतम मूल्य होना चाहिए।

निकटता डिटेक्टर। इसे हॉल जांच में एक श्मिट ट्रिगर संलग्न करके कार्यान्वित किया जाता है, जो एक हिस्टैरिसीस स्तर तुलनित्र है, जो अनुमति देता है (बीएन + और बीएन-) इस पर निर्भर करता है कि यह क्रमशः ऊपर या नीचे बदलता है (चित्र। 4.5)। आमतौर पर, डीबीएन हिस्टैरिसीस कई दसियों एमटी के क्रम का होता है, और सामान्य पृष्ठभूमि इंडक्शन से अधिक होने के कारण, यह इन इंडक्शन के कारण होने वाले झूठे अलार्म से बचना संभव बनाता है।

चावल। 4.5. हॉल इफेक्ट प्रॉक्सिमिटी डिटेक्टर और इंटरेक्शन कैरेक्टराइजेशन।

5. सेंसर के फायदे और नुकसान

5.1 आगमनात्मक सेंसर

लाभ

कोई यांत्रिक वस्त्र नहीं, कोई संपर्क विफलता नहीं;

कोई संपर्क नहीं उछाल और झूठी सकारात्मक

3000 हर्ट्ज तक उच्च स्विचिंग आवृत्ति

यांत्रिक तनाव के लिए प्रतिरोधी

नुकसान - अपेक्षाकृत कम संवेदनशीलता, आपूर्ति वोल्टेज की आवृत्ति पर आगमनात्मक प्रतिरोध की निर्भरता, मापा मूल्य पर सेंसर की एक महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया (कोर को आर्मेचर के आकर्षण के कारण)।

5.2 कैपेसिटिव सेंसर

कैपेसिटिव सेंसर के फायदे सादगी, उच्च संवेदनशीलता और कम जड़ता हैं।

नुकसान - बाहरी विद्युत क्षेत्रों का प्रभाव, मापने वाले उपकरणों की सापेक्ष जटिलता।

5.3 ऑप्टिकल सेंसर

लाभ - बड़ी संवेदन दूरी (50 मीटर तक) के कारण, ऑप्टिकल निकटता सेंसर का व्यापक रूप से उद्योग और उसके बाहर उपयोग किया जाता है।

5.4 अल्ट्रासोनिक सेंसर

वे विभिन्न वस्तुओं की स्थिति और आयामों के गैर-संपर्क नियंत्रण की अनुमति देते हैं, उनके ऑप्टिकल और विद्युत गुणों की परवाह किए बिना, तरल पदार्थ और थोक सामग्री के साथ टैंक के भरने के स्तर को मापने के लिए प्रक्रिया उपकरण में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, शीट की घुमावदार के व्यास को नियंत्रित करता है सामग्री और अन्य समस्याओं का समाधान। विशिष्ट अल्ट्रासोनिक सेंसर आपको किनारे की स्थिति और पारदर्शी बहुलक फिल्मों, कपड़े, कागज की मोटाई निर्धारित करने की अनुमति देते हैं।

अल्ट्रासोनिक सेंसर का संचालन पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर आधारित होता है - एक सिरेमिक या क्वार्ट्ज प्लेट के ज्यामितीय आयामों में परिवर्तन जब उस पर एक विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है और उस पर यांत्रिक प्रभावों के तहत प्लेट की सतह पर एक विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति होती है। . लागू विद्युत क्षेत्र (300 kHz) की आवृत्ति के साथ प्लेट के कंपन समान आवृत्ति की ध्वनि तरंगों की उपस्थिति का कारण बनते हैं। ये तरंगें हवा में 330 मीटर/सेकंड की गति से फैलती हैं। वे, एक प्रतिध्वनि की तरह, वस्तुओं से परावर्तित होते हैं और उत्सर्जक पर लौट आते हैं। प्लेट पर कार्य करते हुए, ध्वनि तरंगें उस पर एक विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति का कारण बनती हैं। इस प्रकार, प्लेट पहले उत्सर्जक के रूप में और फिर अल्ट्रासोनिक तरंगों के रिसीवर के रूप में काम करती है। सेंसर की प्रतिक्रिया सीमा को इन तरंगों की विकिरण शक्ति और समय अंतराल को बदलकर नियंत्रित किया जाता है जब सेंसर प्रतिबिंब की प्रतीक्षा कर रहा होता है।

5.5 हॉल इफेक्ट सेंसर

एक गैर-फेरोमैग्नेटिक शील्ड के माध्यम से स्थिति या गति को मापने की क्षमता जो जांच को चुंबक ले जाने वाली वस्तु से अलग करती है।

6. सेंसर का अनुप्रयोग

उद्योग में स्थिति और विस्थापन सेंसर का उपयोग विविध है। विशेष रूप से, चिकित्सा में, गामा कैमरा, फ्लोरोग्राफ, एमआरआई, अल्ट्रासाउंड और लिथोट्रिप्टर जैसे उपकरणों में संपर्क रहित सेंसर पाए जा सकते हैं।

6.1 आगमनात्मक सेंसर

मशीनों, तंत्रों, रोबोटों आदि के काम करने वाले हिस्सों की गतिविधियों के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए गैर-संपर्क प्राप्त करने के लिए आगमनात्मक सेंसर का उपयोग किया जाता है। और इस जानकारी को विद्युत संकेत में परिवर्तित करना।

वे सीएनसी मशीनों, प्रेस, इंजेक्शन मोल्डिंग मशीन, कन्वेयर लाइन, स्वचालित वाल्व, पैकेजिंग मशीन आदि पर स्थापित हैं।

6.2 कैपेसिटिव सेंसर

कैपेसिटिव सेंसर का उपयोग कोणीय विस्थापन, बहुत छोटे रैखिक विस्थापन, कंपन, गति गति आदि को मापने के साथ-साथ निर्दिष्ट कार्यों (हार्मोनिक, सॉटूथ, आयताकार, आदि) को पुन: पेश करने के लिए किया जाता है।

कैपेसिटिव ट्रांसड्यूसर, ढांकता हुआ निरंतर ई, जो गति, विरूपण या ढांकता हुआ की संरचना में परिवर्तन के कारण बदलता है, गैर-प्रवाहकीय तरल पदार्थ, थोक और पाउडर सामग्री के लिए स्तर सेंसर के रूप में उपयोग किया जाता है, गैर-प्रवाहकीय सामग्री की एक परत की मोटाई। , साथ ही आर्द्रता और पदार्थ संरचना की निगरानी।

6.3 ऑप्टिकल सेंसर

सभी उद्योगों में वस्तुओं की स्थिति या गिनती के लिए ऑप्टिकल सेंसर का उपयोग किया जाता है।

फोटो सेंसर सर्वव्यापी हैं और हमारे दैनिक जीवन में उपयोग किए जाते हैं। वे गेराज दरवाजे को खोलने और बंद करने की प्रक्रिया को नियंत्रित करने में मदद करते हैं, सिंक में पानी को संपर्क रहित रूप से चालू और बंद करते हैं, एस्केलेटर की गति को नियंत्रित करते हैं, सुपरमार्केट में दरवाजे खोलते हैं, फोटो खत्म करते हैं।

6.4 अल्ट्रासोनिक सेंसर

जाम नियंत्रण

उपस्थिति सेंसर

रोबोटिक्स के लिए निकटता सेंसर

दराज खाली नियंत्रण

कन्वेयर पर गुणवत्ता नियंत्रण

ट्रे की उपस्थिति का नियंत्रण

धागा / तार टूटना नियंत्रण, आदि।

भरने का नियंत्रण

रोल व्यास चेक

उपस्थिति सेंसर

वाहन की स्थिति, (निकटता सेंसर)

निष्कर्ष

वैज्ञानिक कार्यों में, मुख्य प्रकार के गैर-संपर्क सेंसर, उनके संचालन की विशेषताओं और सिद्धांतों और उनके आवेदन के दायरे पर विचार किया गया था।

यह संक्षेप में कहा जा सकता है कि निकटता स्विच विभिन्न उद्योगों में प्रक्रिया स्वचालन के लिए प्राथमिक उपकरण हैं, जैसे कि

मशीन उपकरण निर्माण,

मोटर वाहन,

पेट्रोकेमिकल उद्योग,

अभियांत्रिकी,

खाद्य उद्योग, आदि

डब्ल्यूबी का इतना व्यापक दायरा उनकी मदद से कार्यान्वित संभावित तकनीकी समाधानों की एक बड़ी संख्या के कारण है: वस्तुओं की संख्या की गणना करना,

वस्तु स्थिति नियंत्रण,

किसी वस्तु की उपस्थिति या अनुपस्थिति दर्ज करना,

उनके आयाम, रंग और अन्य भौतिक गुणों के अनुसार वस्तुओं का चयन,

गति का पता लगाने,

रोटेशन के कोण का निर्धारण

और भी बहुत कुछ

निकटता स्विच के लाभ:

उच्च विश्वसनीयता;

इनपुट पर आउटपुट मूल्य की स्पष्ट निर्भरता;

समय के साथ विशेषताओं की स्थिरता;

छोटे आकार और वजन;

वस्तु पर कोई प्रतिक्रिया नहीं;

विभिन्न परिचालन स्थितियों के तहत काम करें।

ग्रन्थसूची

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Allbest.ru . पर होस्ट किया गया

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