تبلیغات اینترنتیclose
سنسور هاي اندازه گيري جابه جايي

مبدل(حس كننده):حس كننده ها نوعي مبدل انرژي هستند به طوريكه ورودي آنها مي تواند هر يك از شش نوع انرژي شناخته شده يعني تشعشعي، مكانيكي، گرمايي، الكتريكي، مغناطيسي و شيميايي بوده و خروجي آنها در حوزه انرژي الكتريكي باشد.

مبدل هايي كه در اينجا به آنها اشاره مي كنيم براي اندازه گيري جا به جايي به كار مي روند.اين مبدل ها عبارتند از:

پتانسيومترها،مبدل هاي خازني،رلوكتانس متغير،ترانسفورماتورهاي تفاضلي،كد كننده هاي نوري و...

پتانسيومترها

جهت اندازه گيري جا به جايي خطي از پتانسيومتر خطي و جهت اندازه گيري جا به جايي زاويه اي از نوع مدور آن استفاده مي شود.

اندازه گيري جا به جا يي زاويه اي از حدود 10 درجه تا 357 درجه براي پتانسيومتر هاي يك دور موجود مي باشد. پتانسيومترهاي چند دور قادر به اندازه گيري بيش از 3500 درجه ميباشند.

جنس مقاومت در پتانسيومترها مي تواند سيمي باشد كه در اين صورت سيم با قطر حدود صدم ميليمتر را كه معمولا از جنس پلاتين و يا آلياژ نيكل مي باشد با دقت روي قاب مناسب مي پيچانند.با حركت لغزنده روي اين سيم ها مقاومت به صورت تقريبا پله اي تغيير مي كند.

اگر شكل قابي كه سيم روي آن پيچيده مي شود يكنواخت باشد،يك رابطه خطي بين موقعيت لغزنده و ولتاژ خروجي برقرار خواهد شد،كه با تغيير شكل قاب مي توان به هر رابطه غير خطي دلخواه دست يافت.

مبدل هاي خازني

براي يك خازن ساده كه از دو صفحه موازي تشكيل شده است داريم:

مي توانيم توسط هر كدام از پارامترهاي d,A,εظرفيت خازن را تغيير دهيم.

شكل اسلايد7 استفاده از اين حس كننده ها را براي اندازه گيري جا به جايي نشان مي دهد.

اگر عامل جدايي صفحات جا به جا يي xباشد آنگاه

خواهد بود.مطابق اين معادله رابطه بين x و c غير خطي مي باشد.

مطابق شكل داريم:

با به كار گيري مدار زير خروجي متناسب با x حاصل مي گردد.

در حالت كلي شكل صفحات مي تواند به هر صورت ديگري ساخته شودو توابع مختلفي بين ظرفيت و جا به جايي را ايجاد نمايد. به طور مثال مي توان دو لوله استوانه اي فلزي هم محور را كه يكي در داخل ديگري مي تواند بلغزد را نيز به عنوان مبدل جا به جايي به كار برد.

مبدل جا به جايي رلوكتانس متغير

شكل زير يك مدار مغناطيسي ساده مي باشد. براي اين مدار داريم:

كه φ فلو(شار)وR مقاومت مغناطيسي(رلوكتانس)مي باشد.

در رابطه فوق مي باشد،در نتيجه:

مقدار اندوكتانس يا خود القايL مربوط به سيم پيچ عبارتست از:

كه λ شاردور مي باشد.

با استفاده از اين رابطه و محاسبه رلوكتانس مدار،مي توان اندوكتانس يك سنسور القايي را محاسبه نمود.مقدار رلوكتانس نيز عبارتست از:

:طول مسير شار

:ضريب نفوذ مغناطيسي نسبي مدار مغناطيسي

:ضريب نفوذ مغناطيسي هواي آزاد

:سطح مقطع مسير شار

در شكل مقابل هسته توسط يك فاصله هوايي متغير به دو دسته تقسيم شده است.

در اين حالت رلوكتانس كل مدار عبارتست از:

ضريب نفوذ مغناطيسي نسبي هوا تقريبا يك و براي ماده مغناطيسي چندين هزار مي با شد .لذا وجود فاصله هوايي، باعث افزايش خيلي زياد در رلوكتانس مدار و در نتيجه كاهش شار مغناطيسي و اندوكتانس مي شود.بنا بر اين يك تغيير كوچك در فاصله هوايي باعث يك تغيير قابل اندازه گيري در اندوكتانس مي شود و اصول يك سنسور جا به جايي القايي بر همين اساس مي باشد.

شكل مقابل يك سنسور جا به جايي

رلوكتانس متغير را نشان مي دهد.

اين مبدل يك هسته فرو مغناطيس به شكل

نيم دايره، يك فاصله هوايي متغير و يك لوله

فرو مغناطيس(آرميچر) دارد.

در رابطه فوق رلوكتانس وبدون فاصله هوايي است.

مقدار تغييرات اندوكتانس بر حسب فاصله برابر است با:

اندوكتانس در فاصله هوايي صفر

مقاديرL0و α بستگي به شكل هندسي هسته و ضريب نفوذ مغناطيسي و... خواهد داشت.در اينجا رابطه بين L وd غير خطي است.

سنسور مقابل به

Push-pull معروف است.

در اين حالت آرميچر بين دو

هسته مغناطيسي مشابه كه

كه داراي فاصله ثابت 2a از

يكديگر مي باشند مي تواند

حركت كند.

ولي هنوز رابطه بين x وL1وL2 غير خطي است كه مي توان با كمك يك پل انحرافي ac و قرار دادن L1 وL2 در شاخه هاي پل،به يك رابطه خطي بين خروجي پل و جا به جايي x دست يافت.

ترانسفورماتورهاي تفاضلي

ترانسفورماتورهاي تفاضلي بر دو نوع مي باشند:

الف-LVDT

ب-RVDT

از مزاياي مهم LVDT وRVDT نسبت به پتانسيومتر ،عمر تقريبا بي نهايت آن مي باشد و علت آن هم عدم وجود اصطكاك بين هسته و بدنه مي باشد و اين مسئله كاربرد آن را در صنعت و بخصوص كارهايي كه قابليت اطمينان بالا را نياز دارد مثل هواپيما و ... بسيار زياد كرده است.

LVDT

اين حس كننده در اصل يك ترانسفورماتور با يك سيم پيچ اوليه و دو سيم پيچ ثانويه كاملا مشابه مي باشد.سيم پيچ اوليه معمولا توسط يك ولتاژ سينوسي با دامنه بين 3 تا 15 ولت(rms) وفركانس 60 هرتز الي 20 كيلو هرتز تحريك مي گردد.ولتاژهاي القايي در سيم پيچ هاي ثانويه تابعي از موقعيت هسته مي باشد.در صورتيكه هر دو ثانويه به صورت سري و در جهت مخالف هم بسته شوند، در موقعيت مياني هسته دامنه ولتاژ خروجي صفر مي باشد.جا به جايي هسته از اين نقطه باعث افزايش ضريب القاي متقابل بين اوليه و يكي از ثانويه ها و همچنين كاهش اين ضريب بين اوليه و ثانويه ديگر مي گردد.بدين ترتيب خروجي تابعي تقريبا خطي نسبت به تغيير مكان x ميباشد.

همانگونه كه در اسلايد 20 مشاهده مي گردد ،يك اختلاف فاز ميان ولتاژ اوليه و خروجي وجود دارد كه ناشي از اثر سلف سيم پيچ هاست.

اين اختلاف فاز در فركانس خاصي صفر مي شود.

مطابق شكل اسلايد 20 تشخيص جهت تغيير مكان هسته ،تنها با آشكار سازي دامنه امكان پذير نيست.

يك راه براي حل اين مشكل استفاده از يكسوساز ديودي مي باشد.در اين حالت اختلاف فاز بين ولتاز ورودي و خروجي اهميت ندارد.

RVDT

اين وسيله از نظر عملكرد كاملا شبيه LVDT ميباشد،با اين تفاوت كه حركت هسته به صورت چرخشي حول يك محور مي باشد ولذا براي اندازه گيري موقعيت زاويه اي به كار مي رود.

RVDT قادر به چرخش كامل مي باشد ولي بسياري از آنها تا محدوده ±400 تغييرات زاويه اي را اندازه گيري مي كند.در اين محدوده خطي بودن حدود ±0.5%fsd مي باشد.

در صورتي كه حدود اندازه گيري كمتر از اين مقدار باشد خطي بودن به ميزان قابل توجهي كاهش مي يابد.

كد كننده هاي نوري

اين حس كننده ها به دو دسته كلي افزايشي و مطلق تقسيم مي گردند.

افزايشي(Incrimental encoder):در مقابل يك چرخش مشخص يك پالس در خروجي انكدر ظاهر مي شود.

مطلق(Absolute encoder):به ازاي هر مو قعيت زاويه اي يك كد كامل در خروجي ظاهر مي شود.

كد كننده نوري مطلق

شكل مقابل يك كد كننده

مطلق مي باشد.

آشكار ساز هاي نوري به تعداد

بيت هاي به كار رفته عبور يا عدم

عبور را آشكار مي كنند.

جدول اسلايد 28 سه نوع كد به كار رفته معمول در كد كننده هاي مطلق را نشان مي دهد.

در صورتيكه حس كننده هاي نوري در يك امتداد نباشند هنگام حركت از يك موقعيت به موقعيت مجاور، امكان ايجاد خطاي فاحش وجود دارد، كه با انتخاب كد مناسب مانند كد Gray قابل حل مي باشد.

كد كننده نوري افزايشي

در كد كننده افزايشي، صفحه متصل به محور گردنده داراي تعدادي سوراخ به فاصله ها ي مساوي روي محور خود مي باشد. با عبور نور از اين سوراخ ها و دريافت آنها توسط يك حس كننده نوري و سپس شمارش آنها مي توان موقعيت را اندازه گرفت. مي توانيم با افزايش تعداد سوراخ ها حساسيت را بالا ببريم.

براي حل مشكل Tachometer و تعيين جهت حركت دو سري سوراخ در كنار هم طوري قرار مي دهيم كه موج هاي حاصل از هر كدام 90 درجه با ديگري اختلاف فاز داشته باشد.سپس با كمك يك D فليپ فلاپ به راحتي مي توانيم جهت حركت را تشخيص بدهيم.

استفاده از امواج ماوراي صوت

اين امواج محدوده فركانسي 20 كيلو هرتز به بالا را دارا بوده و قابل عبور از محيط هاي گازي ، مايع و يا جامد مي باشند. سرعت امواج تابعي از چگالي گاز ، ويسكوزيتي مايع و الاستيسيته جامدي كه موج از آن عبور مي كند مي باشد و بر همين اساس اندازه گيري هاي مختلف صورت مي گيرد.

با فرض انكه موج در يك محيط يكنواخت و ثابتي مثلا هوا قرار دارد فاصله دو نقطه را با توجه به سرعت صوت بدست مي آوريم.

يكي از انواع متداول فرستنده و گيرنده ماوراي صوت ،نوع مبدل هاي پيزو الكتريك مي باشد.

طرز كار اين مبدل به اين صورت است كه تعدادي پالس با فركانس تشديد فرستنده ارسال مي شود.با ارسال اولين پالس يك شمارنده شروع به شمارش مي كند و با بازگشت اولين پالس به گيرنده شمارش متوقف مي گردد.به اين ترتيب محتواي شمارنده تابعي از فاصله مي باشد.

حس كننده جابه جايي با استفاده از روش انعكاس نور

در شرايطي كه سطح جسمي كه اندازه گيري جا به جايي آن مد نظر است ،منعكس كننده نوري خوبي باشد،مي توان از يك منبع نور و حس كننده نوري استفاده نمود.

رابطه جابه جايي xونور انعكاسي در شكل مقابل مشخص است.خروجي پس از يك افزايش خطي تقريبا به صورت نمايي با افزايش x ،كم مي شود.

روش هاي ديگري از قبيل :

استفاده از ليزر، CCD، سنكروها، استروب اسكوپ ،استفاده از پديده هال و... نيز براي اندازه گيري جابه جايي استفاده مي گردند.

صفحه قبل صفحه بعد
نظر شما
نام : *
پست الکترونیک :
وب سایت/بلاگ :
*
:) :( ;) :D
;)) :X :? :P
:* =(( :O @};-
:B /:) =D> :S
کد امنیتی : *


برچسب ها: ,
موضوع : | لينك ثابت
نوشته شده در تاريخ سه شنبه 11 مهر 1391 توسط حميد تلك آبادي