Nihkeandur: vooluahel, tüübid, töö ja selle rakendused

Asendiandur on teatud tüüpi seade, mida kasutatakse objekti asukoha muutuste jälgimiseks ja mõõtmiseks seadmes/masinas või teatud läheduses ning signaalide muutumises, mis on sobivad edastamiseks, töötlemiseks või juhtimiseks. Saadaval on erinevat tüüpi asendiandureid, kus nihkeandur on ühte kindlat tüüpi asendiandureid. Tavaliselt tajuvad tavalised andurid objekti olemasolu, samas kui nihkeandurid tuvastavad lihtsalt nihke, kui objekt liigub ühest kohast teise. Seega võimaldab nihke tuvastamise määr lihtsalt määrata objekti paksuse ja kõrguse. Selles artiklis käsitletakse ülevaadet a nihkeandur – rakendustega töötamine.

Mis on nihkeandur?

Nihkemuundur on elektromehaaniline seade, mida kasutatakse objekti liikumise muundamiseks elektrostaatilisteks, elektromagnetilisteks või magnetoelektrilisteks signaalideks, mida loetakse ja tõlgendatakse andmeteks. Saadaval on lai valik nihkemuundureid, nagu lineaarne ja pöörlev. Need andurid on abiks ka anduri ja sihtmärgi vahelise füüsilise kauguse mõõtmisel. Enamik nihkeandureid mõõdavad staatilisi ja dünaamilisi nihkeid, seega kasutatakse neid sageli objekti vibratsiooni mõõtmiseks. Mõõdetud nihked ulatuvad mikrotollist mõne jalani.

Nihkemuunduri tööpõhimõte põhineb äärmiselt töökindlal induktiivsel mõõtmispõhimõttel. Need muundurid on vastupidavad, väga hõlpsasti kasutatavad ja saavutavad suure täpsuse. Nihkemuundurid annavad usaldusväärseid mõõtmistulemusi erinevates tootmis-, uurimis- ja arendusvaldkondades.

Nihkemuunduri vooluringi skeem

Alltoodud ahelas kasutatav nihkemuundur on induktiivne muundur. Seda vooluringi kasutatakse nihke mõõtmiseks induktiivmuunduriga.

Ülaltoodud ahelas sisaldab trafo primaarmähist ja kahte sekundaarmähist. Kaks sekundaarmähise lõpp-punkti on omavahel ühendatud, seega võime kinnitada, et need kaks mähist on lihtsalt ühendatud järjestikku.

VP-pinge rakendatakse trafo primaarmähisele, olgu iga sekundaarmähise vahel arenev pinge 𝑉𝑆1 𝑉𝑆2. Seega võetakse väljundpinge V0 vastu sekundaarmähiste esimestest punktidest. Seega saab väljundpinge kirjutada kujul V0 = VS1 – VS2. Ülaltoodud ahelas kasutatav trafo on diferentsiaaltrafo, kuna see genereerib o/p pinge, mis on VS1 ja VS2 vaheline erinevus.

Kui südamik paikneb keskpunktis, on kahe mähise S1 ja S2 indutseeritud pinged samaväärsed. Seega väljundpinge V0=0. Selles seisundis ütleme, et nihkumist pole.

Kui südamik nihutatakse keskasendist kõrgemale, on mähises S1 genereeritud emf suurem, st V1>V2.

Samamoodi, kui südamik nihutatakse keskasendist allapoole, on S2 mähises genereeritud emf suurem, st V2>V1.

Nii et neil kahel juhul on meil kaks nihet üles ja alla. Nendel kahel juhul on väljundpinge 'V0' suurus võrdeline südamiku asendiga keskpunkti suhtes.

Seega, kui tahame mõõta keha nihkumist, peame ühendama keha kesksüdamikuga. Seega, kui kere nihkub sirgjooneliselt, muutub südamiku keskpunkt, seega muutub vastavalt ka o/p pinge, näiteks 'V0'. Selles seisundis saame nihke lihtsalt o/p pinget mõõtes. Seega tähistavad väljundpinge faas ja suurus vastavalt keha nihkumist ja suunda.

Nihkemuunduri kalibreerimine

Üldiselt on anduri kalibreerimine oluline nõue, et säilitada mõõtesüsteemiga saavutatud tulemuste täpsus, korratavus ja usaldusväärsus. Need muundurid on levinud akadeemilistes ja tööstuslikes rakendustes. Seega on nende kalibreerimine tavaliselt aeganõudev protseduur, kuid kalibreerimisseadmeid kasutades on see väga lihtne, keerates nuppu ja vajutades nuppu.

Nihkemuunduri kalibreerimissüsteem on täielik lahendus nende andurite kalibreerimiseks kuni 50,8 mm nihkega ja eraldusvõimega 13 mikronit. Seda kasutatakse kõigi süsteemidega, kuigi see on varustatud kohandatud tarkvaraga, mis võimaldab kiiret ja lihtsat kalibreerimist pärast NI-süsteemidega kasutamist.

Nihkemuundurite tüübid

Saadaval on erinevat tüüpi nihkeandureid, mida tuntakse ka nihkeanduritena, nagu potentsiomeeter, tensomõõtur, mahtuvuslik ja LVDT. Nii et iga tüüpi käsitletakse allpool.

Resistiivne muundur

Resistiivset muundurit nimetatakse ka muutuva takistusega muunduriks, kuna see töötab muutuva takistuse ülekande põhimõttel. See andur on üks kõige sagedamini kasutatavatest nihkemuunduritest, mida kasutatakse erinevate füüsikaliste suuruste, nagu rõhk, nihe, jõud, temperatuur ja vibratsioon, mõõtmiseks ning teisendab need elektrisignaaliks.

Mahtuvuslik muundur

Mahtuvusmuundur on passiivmuundur, mis töötab välise toite abil. Seda andurit kasutatakse peamiselt rõhu, nihke, liikumise, jõu, kiiruse ja muude parameetrite mõõtmiseks. See muundur töötab muutuva mahtuvuse põhimõttel, nii et selle anduri mahtuvus muutub paljudel põhjustel, nagu dielektriline konstant, plaatide kattumine ja plaatide vahelise vahemaa muutumine. See on passiivne tüüp, kus dielektrilise materjali kaudu eraldatud kondensaatoriplaadile rakendatud pinge tõttu tekitatakse plaatidel võrdsed ja vastupidised laengud.

Lineaarne muutuja diferentsiaaltrafo

LVDT ehk lineaarne muutuv diferentsiaaltrafo on ühte tüüpi nihkemuundur. See muundur sisaldab kolme sümmeetriliselt paigutatud mähist, kus primaarmähis on keskpool ja ülejäänud kaks pooli on sekundaarmähised. Need on peamiselt ühendatud jadamisi ja paigutatud põhimähise suhtes võrdselt. Selle kohta lisateabe saamiseks vaadake seda linki - LVDT .

Induktiivne muundur

Induktiivne muundur on teatud tüüpi nihkemuundur, mis töötab ülekande või elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel. Selleks et mõõta vajalikke füüsikalisi suurusi, nagu jõud, nihe, kiirus, rõhk, kiirendus, pöördemoment, varieeritakse vastastikust või iseinduktiivsust. Selle anduri parim näide on LVDT. Selle kohta lisateabe saamiseks vaadake seda linki induktiivmuundurid .

Tüvemõõtur

Tensomõõturi nihkemuundurit kasutatakse füüsiliste suuruste, nagu rõhk, nihe või koormuse muutmiseks mehaaniliseks pingeks, ja see mehaaniline deformatsioon muudetakse elektriliseks o/p-ks elastsele korpusele paigaldatud tensomõõturite abil. Tensomõõturi nihkemuundurit kasutatakse peamiselt nihke mõõtmiseks vahemikus 0 kuni 10 mm. Sellel muunduril on LVDT-ga võrreldes lühike kehapikkus ja sellel ei ole elektromagnetilisi mõjusid. Nendel deformatsioonimõõturitel on väga stabiilne ja usaldusväärne jõudlus. Selle kohta lisateabe saamiseks vaadake seda linki deformatsioonimõõtur .

Eelised ja miinused

Nihkemuunduri eeliseid käsitletakse allpool.

• Nihkemuunduritel on suurepärane lineaarsus.
• Neil on äärmiselt kõrge täpsus.
• Nende eraldusvõime on kuni 0,01 µm.
• Need taluvad tugevaid magnetvälju, radioaktiivset keskkonda ja laia temperatuurivahemikku.
• Neil on tugev disain ja suurepärane stabiilsus.
• Neid andureid saab paigaldada igas suunas.
• LVDT-de energiatarve on madal.
• Need on väga tundlikud ja neid on väga lihtne joondada ja hooldada.
• Nendel muunduritel on madal hüstereesikadu.
• Mõõtmisvahemik on kõrgem.
• See andur on hõõrdevaba seade.

Nihkemuunduri puudused arutatakse allpool.

• Nihkemuundur vajab kõrgepinge tekitamiseks väga suurt nihet.
• See vajab varjestamist, kuna see reageerib magnetväljale väga hästi.
• Anduri jõudlust võivad mõjutada nii vibratsioon kui ka temperatuurimuutused.
• Alalisvooluväljundi saamiseks vajab see välist demodulaatorit.
• Selle anduri dünaamiline reaktsioon on piiratud.

Rakendused

Nihkemuundurite rakendused hõlmavad järgmist.

• Nihkeandureid kasutatakse suhtelise liikumise mõõtmiseks anduri otsa ja pöörleva võlli vahel.
• Seda kasutatakse jäikades masinates, kus võllilt masina korpusele kandub üle väga väike vibratsioon.
• Neid kasutatakse tööstussektoris ja isegi avalikus sektoris, nagu masinate automatiseerimine, kosmose- ja õhusõidukid, jõuturbiinid, hüdraulika jne.
• LVDT-sid kasutatakse nihkete mõõtmiseks vahemikus mm kuni cm.
• Neid kasutatakse CNC masinates nihke mõõtmiseks.
• Neid kasutatakse valtsmetallist lehtede paksuse ja mõõtmise jaoks.
• Neid kasutatakse pinge mõõtmiseks kanalites.
• RVDT nihkeandureid kasutatakse lennujuhtimissüsteemides.
• Potentsiomeetritüüpe kasutatakse jõu, kiirenduse ja rõhu mõõtmiseks.

Seega on see ülevaade nihkest muundur – töökorras rakendustega. Kui keha nihkub sirgjoonel ühest asendist teise, nimetatakse nende kahe asendi vahelist pikkust hiljem nihkeks. Nihe on füüsikaline suurus nagu kiirus, temperatuur, jõud jne.

Seega kasutatakse nihkemuundurit mehaanilise vibratsiooni/liikumise, eriti sirgjoonelise liikumise muundamiseks elektrilisteks signaalideks, muudetavaks elektrivooluks või pingeks. Nihkemuundurite näited on; nihke- ja paindedeformatsioonid normaalnihke mõõtmiseks, betoonis olevate pragude ja tala painde mõõtmiseks. Siin on teile küsimus, mis on anduri funktsioon?