Indukční snímač polohy a malé lineární posuny

Pro použití v magnetických ložiskách a magnetických závěsech byl vyvinut indukční snímač polohy a malých (kolem 1 mm) lineárních posunů [1].

úvod

Jedním z problémů, které vznikají při vývoji magnetických ložisek, je volba snímače polohy zavěšeného rotoru. Snímač polohy musí splňovat řadu požadavků: být dostatečně jednoduchý na implementaci, mít vysokou linearitu charakteristik, vysokou citlivost a odolnost proti šumu a být dostatečně spolehlivý. Rotor magnetického ložiska má tři až šest translačních stupňů volnosti, takže konstrukce vyžaduje instalaci odpovídajícího počtu snímačů. Každý z nich musí reagovat na změnu odpovídající souřadnice a být necitlivý na změny ostatních (souřadnicové oddělení). Jako snímač polohy lze použít optoelektronické, kapacitní a indukční snímače. Optoelektronický snímač polohy má vysokou citlivost a linearitu, je poměrně snadno implementovatelný, ale vyžaduje ochranu před parazitním osvětlením a neposkytuje dobré souřadnicové oddělení. Kapacitní snímač polohy se vyznačuje složitostí elektronického zařízení, velkými rozměry citlivých prvků, nízkou citlivostí a také neposkytuje dobré souřadnicové oddělení. Na základě souboru charakteristik je indukční snímač nejvhodnějším snímačem polohy. Jeho výroba je poměrně jednoduchá, jeho citlivost není o moc menší než u optoelektronického senzoru a jeho odolnost proti šumu je ve srovnání s uvažovanými senzory nejvyšší. Navíc tento typ senzoru umožňuje použití nejmenších citlivých prvků a tím dosažení dobré souřadnicové izolace.

Princip činnosti

Činnost indukčního snímače polohy je založena na změně indukce snímacího prvku při změně mezery mezi ním a pohybujícím se feromagnetickým objektem. Konstrukční varianta snímacího prvku je znázorněna na obr. 1. Na polovině feritového kroužku K7 x 4 x 2 600NN je navinuto vinutí 100 závitů drátu PEV-2 o průměru 0.05 mm. Konce jádra jsou broušeny diamantovou pastou. Kvalita jejich povrchu určuje citlivost a linearitu snímače. Snímač je také možné realizovat v pancéřovaném feritovém jádru (vnější průměr do 10 mm, parametry vinutí jsou stejné) s centrální tyčí, otevřenou ze strany pohybujícího se feromagnetického objektu. Pohybující se objekt, jehož poloha je monitorována pomocí snímače, musí být feromagnetický (vyroben z materiálu s vysokou magnetickou permeabilitou). Takový materiál je možné nanést na pohybující se objekt v zóně citlivosti snímače.

Obr. 1. Konstrukce citlivého prvku indukčního snímače polohy (na půlkruhu a v pancéřovaném jádru): 1 – vinutí, 2 – feritové jádro, 3 – feromagnetická základna (pohybující se objekt).

Návrh elektronické části

Základní schéma indukčního snímače polohy je znázorněno na obr. 2. Mikroobvod DA1 (KR140UD708) obsahuje generátor sinusového signálu s frekvencí asi 20 kHz a amplitudou asi 2 V. Frekvence generátoru je nastavena prvky R1C1R2C2. V obvodu negativní zpětné vazby je pro udržení požadovaného zesílení zařazena žárovka HL1. Napětí z generátoru je přiváděno přes rezistor R4 do vinutí L1 citlivého prvku snímače. Napětí na tomto vinutí vzhledem ke společnému vodiči závisí na indukčnosti citlivého prvku, která je určena vzdáleností od něj k pohybujícímu se feromagnetickému objektu. Mikroobvod DA2 (KR140UD708) obsahuje detektor střídavého napětí odebíraného z vinutí L1, jehož zesílení je voleno z podmínky dosažení citlivosti snímače asi 1 volt/milimetr. Kondenzátor C3 slouží jako filtrační prvek. Šumové napětí na výstupu snímače nepřesahuje několik milivoltů.

Obr. 2. Schéma zapojení elektronického převodníku indukčního snímače polohy a malých lineárních posunů.

Odkazy:

• Senzor — zařízení, které je primárním prvkem obvodu pro měření, monitorování nebo regulaci nějaké fyzikální veličiny, jehož určitý parametr (signál), který se mění spolu s touto veličinou, může být tímto obvodem transformován pro další použití v souladu s určeným účelem obvodu.
• Magnetické zavěšení — zařízení pro odlehčení podpěry, které funguje na základě sil magnetické přitažlivosti nebo odpuzování.
• Magnetické ložisko — ložisko, jehož princip činnosti je založen na využití magnetických přitažlivých nebo odpudivých sil.

24.09.2003
20.01.2006
08.03.2010

Měření průtoku je důležitou charakteristikou mnoha výrobních zařízení, kotelen a úpraven vody. Mezi existujícími měřiči schopnými monitorovat tento parametr jsou nejrozšířenější indukční průtokoměry.

Pojďme se na tyto produkty podívat blíže: jak fungují a jaké jsou jejich vlastnosti.

Princip

Princip činnosti indukčních průtokoměrů je založen na Faradayově zákonu elektromagnetické indukce.

V okamžiku průchodu vodivých kapalin přes cívky zařízení se v cívkách indukuje elektromotorické napětí (EMF). Hodnota EMF je přímo úměrná průtoku: čím vyšší je, tím vyšší je indukované napětí. Elektronický milivoltmetr měří tuto hodnotu a zobrazuje ji na digitálním indikátoru kalibrovaném v jednotkách průtoku.

Vestavěný převodník umožňuje příjem standardizovaného výstupního signálu 4-20 mA. To umožňuje vytvářet komplexy s automatickou regulací na bázi průtokoměrů.

Doporučení pro výběr

Konkrétní model zařízení se vybírá na základě parametrů technologické sekce, ve které bude použito. Podívejme se na 4 aspekty, kterým je třeba věnovat pozornost.

1. Specifikace. Toto je hlavní princip výběru indukčního průtokoměru – je nutné korelovat parametry zařízení s vlastnostmi systému. Zohledňuje se průměr potrubí, typ měřeného média, maximální průtok kapaliny, přítomnost očekávaných digitálních, pulzních a analogových výstupních signálů atd. Ve velkých podnicích se pro zachování homogenity zařízení vybírají modely s širokou variabilitou. Jako příklad lze uvést „TechnoMAG-31“, vyráběný v různých provedeních.
2. Magnetické pole. Indukční průtokoměry s konstantním magnetickým polem se používají k měření průtoku roztavených kovů. Pro stanovení celkového objemového průtoku kapalin s iontovou vodivostí: nedestilované vody, potravinářských kapalin (džusy, mléčné výrobky), alkoholů, šamponů, chemických surovin, farmaceutických výrobků, minerálních vod atd. se používá indukční průtokoměr se střídavým magnetickým polem. Právě pro taková prostředí se používá TechnoMag-31.
   Indukční průtokoměr samozřejmě nelze použít k regulaci nevodivých médií – destilované vody, oleje, ropy.
3. Konstruktivníodrůdy. Tato položka zahrnuje celkové rozměry výrobku a způsoby jeho instalace. Kromě toho jsou v těžko dostupných oblastech výroby instalovány měřicí jednotky s dálkovým indikačním panelem.
4. Dostupnost dalších zařízení.Výrobci moderních indukčních průtokoměrů dodávají zařízení s dalšími doplňky, které zvyšují snadnost použití a rozšiřují funkčnost s ohledem na nové technologie pro sběr, ukládání a přenos výsledků měření. Pokud je nutné vytvořit dispečerské systémy ve vzdálených oblastech, bude vhodné zařízení s vestavěnými GSM moduly. Bezdrátové připojení senzoru k sekundárnímu zařízení je možné pomocí Bluetooth. Někteří výrobci používají externí modemy pro přenos dat. Jiní, například MagX, nabízejí vestavěné moduly pro přenos dat.

Vlastnosti použití indukčních průtokoměrů

Provoz indukčních průtokoměrů má důležité nuance. Ty by měly být zohledněny při vývoji nového měřicího systému.

• Přesnost odečtů měřidla přímo souvisí s naplněním systému měřenou kapalinou. Vzduchové bubliny mohou způsobit chyby měření.
• Indukční průtokoměry vyžadují pravidelné čištění elektrod. Při měření průtoku agresivních médií s vysokým obsahem solí nebo nečistot usazených na vnitřních stěnách potrubí je vhodné použít modely s funkcí automatického čištění. Příkladem takového měřiče je Arkon MAGX2.
• Indukční průtokoměry by neměly být instalovány v blízkosti čerpadel na sací straně. V těchto oblastech může vzniknout podtlak, který způsobí nestabilní provoz zařízení.

• Provozní zkušenosti ukazují, že i přes přítomnost fluoroplastických těsnění na přírubách zařízení je lepší použít další těsnění z paronitu. To usnadní demontáž během údržby a prodlouží životnost zařízení.

Zavolejte nám na číslo +7 (812) 45-40-666 a specialisté naší společnosti vám pomohou s výběrem a koupí indukčního průtokoměru, který bude vyhovovat vašemu úkolu. Nebo nám odešlete poptávku.