Cảm biến vị trí là một loại thiết bị dùng để theo dõi & đo lường sự thay đổi vị trí của một đối tượng trong thiết bị/máy móc hoặc trong vùng lân cận nhất định & biến đổi thành tín hiệu phù hợp để truyền, xử lý hoặc điều khiển. Có nhiều loại cảm biến vị trí khác nhau trong đó đầu dò dịch chuyển là một loại cảm biến vị trí cụ thể. Nói chung, các cảm biến bình thường cảm nhận được sự tồn tại của vật thể trong khi các cảm biến dịch chuyển chỉ đơn giản là phát hiện sự dịch chuyển khi bất kỳ vật thể nào di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác. Vì vậy, lượng phát hiện dịch chuyển chỉ đơn giản cho phép bạn xác định độ dày và chiều cao của đối tượng. Bài viết này thảo luận về một cái nhìn tổng quan về một đầu dò dịch chuyển - làm việc với các ứng dụng.
Đầu dò dịch chuyển là gì?
Đầu dò dịch chuyển là một thiết bị cơ điện được sử dụng để chuyển đổi chuyển động của vật thể thành tín hiệu tĩnh điện, điện từ hoặc điện từ được đọc và giải thích thành dữ liệu. Có nhiều loại đầu dò dịch chuyển như tuyến tính & quay. Những đầu dò này cũng hữu ích trong việc đo khoảng cách vật lý giữa cảm biến và mục tiêu. Hầu hết các đầu dò chuyển vị đo chuyển vị tĩnh và động, vì vậy chúng thường được sử dụng để đo độ rung của vật thể. Các chuyển vị đo được nằm trong khoảng từ micro inch đến vài feet.
Nguyên lý làm việc của bộ chuyển đổi dịch chuyển dựa trên nguyên lý đo quy nạp cực kỳ đáng tin cậy. Những đầu dò này chắc chắn, rất dễ sử dụng và có thể đạt được độ chính xác cao. Đầu dò dịch chuyển cho kết quả đo đáng tin cậy trong các lĩnh vực sản xuất, nghiên cứu & phát triển khác nhau.
Sơ đồ mạch đầu dò dịch chuyển
Đầu dò dịch chuyển được sử dụng trong mạch dưới đây là đầu dò cảm ứng. Mạch này được sử dụng để đo chuyển vị với đầu dò cảm ứng.
Trong mạch điện trên, máy biến áp bao gồm một cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp. Hai đầu cuối của cuộn thứ cấp được kết nối với nhau, do đó, chúng ta có thể tuyên bố rằng hai cuộn dây này được kết nối đơn giản trong chuỗi đối lập.
Điện áp 'VP' được đặt ở cuộn sơ cấp của máy biến áp, để điện áp phát triển trên mỗi cuộn thứ cấp là 䶩䶦1 & 𝑆2. Vì vậy, điện áp đầu ra 'V0' được nhận qua các điểm đầu tiên của cuộn thứ cấp. Vì vậy, điện áp đầu ra có thể được viết là V0 = VS1 – VS2. Máy biến áp được sử dụng trong mạch trên là máy biến áp vi sai vì nó tạo ra điện áp o/p, đây là điểm khác biệt giữa VS1 & VS2.
Nếu lõi được đặt ở điểm chính giữa thì hiệu điện thế cảm ứng giữa hai cuộn dây S1 và S2 là bằng nhau. Vì vậy, điện áp đầu ra V0=0. Trong điều kiện này, chúng tôi nói rằng không có chuyển vị.
Nếu lõi bị dịch chuyển lên trên vị trí trung tâm, thì emf được tạo ra trong cuộn dây S1 sẽ nhiều hơn, tức là V1>V2.
Theo cách tương tự, nếu lõi bị dịch chuyển xuống dưới vị trí trung tâm, thì emf được tạo ra trong cuộn dây S2 sẽ nhiều hơn, tức là V2>V1.
Vì vậy, trong hai trường hợp này, chúng ta có hai chuyển vị lên và xuống. Trong hai trường hợp này, độ lớn của điện áp đầu ra 'V0' sẽ tỷ lệ thuận với vị trí lõi so với tâm.
Như vậy muốn đo chuyển vị của vật thể thì ta phải nối vật thể với lõi trung tâm. Do đó, một khi cơ thể dịch chuyển theo một đường thẳng, thì điểm giữa của lõi sẽ thay đổi, do đó, điện áp o/p như 'V0' cũng thay đổi tương ứng. Trong điều kiện này, chúng ta có thể nhận được sự dịch chuyển bằng cách đo điện áp o/p. Vì vậy, pha và cường độ của điện áp đầu ra biểu thị sự dịch chuyển và hướng của cơ thể tương ứng.
Hiệu chuẩn đầu dò dịch chuyển
Nói chung, hiệu chuẩn đầu dò là một yêu cầu thiết yếu để duy trì độ chính xác, độ lặp lại và độ tin cậy của các kết quả thu được từ một hệ thống đo lường. Những bộ chuyển đổi này phổ biến trong các ứng dụng học thuật và công nghiệp. Vì vậy, việc hiệu chỉnh chúng thường là một quy trình tốn thời gian, tuy nhiên, bằng cách sử dụng thiết bị hiệu chuẩn, việc này rất dễ dàng bằng cách vặn núm và nhấn nút.
Hệ thống hiệu chuẩn của đầu dò độ dịch chuyển là một giải pháp hoàn chỉnh để hiệu chuẩn các đầu dò này với độ dịch chuyển lên tới 50,8mm với độ phân giải 13 micron. Nó được sử dụng với bất kỳ hệ thống nào, mặc dù nó đi kèm với phần mềm tùy chỉnh để cho phép hiệu chỉnh nhanh chóng và dễ dàng khi được sử dụng với các hệ thống NI.
Các loại đầu dò dịch chuyển
Có nhiều loại bộ chuyển đổi dịch chuyển có sẵn, còn được gọi là cảm biến dịch chuyển như chiết áp, máy đo biến dạng, điện dung và LVDT. Vì vậy, mỗi loại được thảo luận dưới đây.
đầu dò điện trở
Bộ chuyển đổi điện trở còn được gọi là bộ chuyển đổi điện trở thay đổi vì nó hoạt động trên nguyên tắc chuyển đổi điện trở. Đầu dò này là một trong những bộ chuyển đổi độ dịch chuyển được sử dụng thường xuyên nhất, dùng để đo các đại lượng vật lý khác nhau như áp suất, độ dịch chuyển, lực, nhiệt độ và độ rung rồi chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện.
đầu dò điện dung
Bộ chuyển đổi điện dung là một bộ chuyển đổi thụ động hoạt động bằng cách sử dụng nguồn điện bên ngoài. Đầu dò này chủ yếu được sử dụng để đo áp suất, độ dịch chuyển, chuyển động, lực, vận tốc và các thông số khác. Đầu dò này hoạt động trên nguyên lý điện dung thay đổi nên điện dung của đầu dò này thay đổi do nhiều nguyên nhân như hằng số điện môi, sự chồng chéo của các bản cực và thay đổi khoảng cách giữa các bản cực. Đây là loại thụ động trong đó các điện tích bằng nhau và trái dấu được tạo ra trên các bản tụ điện do điện áp đặt trên bản tụ điện được phân tách qua vật liệu điện môi.
Máy biến áp vi sai biến tuyến tính
LVDT hoặc máy biến áp vi sai biến thiên tuyến tính là một loại đầu dò dịch chuyển. Đầu dò này bao gồm ba cuộn dây đặt đối xứng trong đó cuộn sơ cấp là cuộn trung tâm và hai cuộn còn lại là cuộn thứ cấp. Chúng chủ yếu được kết nối nối tiếp và được định vị bằng nhau đối với cuộn dây chính. Vui lòng tham khảo liên kết này để biết thêm về - LVĐT .
Đầu dò cảm ứng
Đầu dò cảm ứng là một loại đầu dò dịch chuyển hoạt động theo nguyên tắc tải nạp hoặc cảm ứng điện từ. Để đo các đại lượng vật lý cần thiết như lực, độ dời, vận tốc, áp suất, gia tốc, mô men, lực tương hỗ hay tự cảm thì rất đa dạng. Ví dụ tốt nhất về đầu dò này là LVDT. Vui lòng tham khảo liên kết này để biết thêm về đầu dò cảm ứng .
Máy đo sức căng
Bộ chuyển đổi độ dịch chuyển của máy đo biến dạng được sử dụng để thay đổi các đại lượng vật lý như áp suất, độ dịch chuyển hoặc tải trọng thành biến dạng cơ học và biến dạng cơ học này được thay đổi thành o/p điện bằng máy đo biến dạng được gắn trên thân đàn hồi. Đầu dò độ dịch chuyển của máy đo biến dạng chủ yếu được sử dụng để đo độ dịch chuyển trong phạm vi từ 0 đến 10 mm. Đầu dò này có chiều dài thân ngắn so với LVDT & không bị ảnh hưởng điện từ. Các đầu dò đo biến dạng này có hiệu suất ổn định và đáng tin cậy cao. Vui lòng tham khảo liên kết này để biết thêm về máy đo sức căng .
Ưu điểm và nhược điểm
Lợi thế của đầu dò dịch chuyển được thảo luận dưới đây.
- Đầu dò dịch chuyển có tuyến tính tuyệt vời.
- Chúng có độ chính xác cực cao.
- Chúng có độ phân giải vượt trội lên tới 0,01 µm.
- Chúng chịu được từ trường cao, môi trường hoạt động vô tuyến và phạm vi nhiệt độ rộng.
- Họ có một thiết kế mạnh mẽ và sự ổn định tuyệt vời.
- Những đầu dò này có thể được gắn theo bất kỳ hướng nào.
- Mức tiêu thụ điện năng của LVDT thấp.
- Đây là những rất nhạy cảm và rất dễ dàng để sắp xếp và duy trì.
- Những đầu dò này có tổn hao trễ thấp.
- Phạm vi đo cao hơn.
- Đầu dò này là một thiết bị không có ma sát.
Nhược điểm đầu dò dịch chuyển được thảo luận dưới đây.
- Đầu dò dịch chuyển cần dịch chuyển rất cao để tạo ra điện áp cao.
- Nó cần che chắn vì nó rất nhạy cảm với từ trường.
- Hiệu suất của đầu dò có thể bị ảnh hưởng bởi rung động cũng như thay đổi nhiệt độ.
- Nó cần một bộ giải mã bên ngoài để có được đầu ra DC.
- Đáp ứng động của đầu dò này bị hạn chế.
Các ứng dụng
Các ứng dụng của đầu dò dịch chuyển bao gồm những điều sau đây.
- Đầu dò chuyển vị được sử dụng để đo chuyển động tương đối giữa đầu cảm biến và trục quay.
- Nó được sử dụng trong máy móc cứng ở bất cứ nơi nào truyền rung động cực nhỏ từ trục đến vỏ máy.
- Chúng được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp và ngay cả trong lĩnh vực công cộng như tự động hóa máy móc, hàng không vũ trụ & máy bay, tua-bin điện, thủy lực, v.v.
- LVDT được sử dụng để đo các chuyển vị từ mm đến cm.
- Chúng được sử dụng trong các máy CNC để đo độ dịch chuyển.
- Chúng được sử dụng để đo độ dày và độ dày của các tấm kim loại cuộn.
- Chúng được sử dụng trong các kênh để đo lực căng.
- Đầu dò dịch chuyển RVDT được sử dụng trong các hệ thống điều khiển chuyến bay.
- Các loại chiết áp dùng để đo lực, gia tốc & áp suất.
Vì vậy, đây là một cái nhìn tổng quan về một sự dịch chuyển đầu dò - làm việc với các ứng dụng. Nếu một vật chuyển từ vị trí này sang vị trí khác trong một đường thẳng thì độ dài giữa hai vị trí đó gọi là độ dời. Sự dịch chuyển là một đại lượng vật lý như vận tốc, nhiệt độ, lực, v.v.
Vì vậy, một bộ chuyển đổi dịch chuyển được sử dụng để chuyển đổi rung động/chuyển động cơ học, đặc biệt là chuyển động thẳng thành tín hiệu điện, dòng điện có thể thay đổi hoặc điện áp. Ví dụ về bộ chuyển đổi chuyển vị là; biến dạng chuyển vị & uốn đo các phép đo chuyển vị bình thường, đo các vết nứt bên trong bê tông và uốn dầm. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, chức năng của đầu dò là gì?
