सामान्य अर्थों में एक सेंसर एक ऐसा उपकरण है जो एक भौतिक मात्रा को दूसरे में परिवर्तित करता है, प्रसंस्करण, संचरण या बाद के रूपांतरण के लिए सुविधाजनक है। एक नियम के रूप में, पहली मात्रा भौतिक है, प्रत्यक्ष माप (तापमान, गति, विस्थापन, आदि) के लिए उत्तरदायी नहीं है, और दूसरी एक विद्युत या ऑप्टिकल संकेत है। माप उपकरणों के क्षेत्र में एक जगह पर सेंसर का कब्जा है, जिसका मुख्य तत्व एक प्रारंभ करनेवाला है।
विषय
इंडक्शन सेंसर कैसे काम करता है और यह कैसे काम करता है
संचालन के सिद्धांत के अनुसार, आगमनात्मक सेंसर सक्रिय हैं, अर्थात उन्हें काम करने के लिए एक बाहरी जनरेटर की आवश्यकता होती है। यह प्रारंभ करनेवाला को दी गई आवृत्ति और आयाम के साथ एक संकेत प्रदान करता है।
कुंडल के घुमावों से गुजरने वाली धारा एक चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। यदि कोई प्रवाहकीय वस्तु चुंबकीय क्षेत्र में प्रवेश करती है, तो कुंडल के पैरामीटर बदल जाते हैं।यह केवल इस परिवर्तन को ठीक करने के लिए बनी हुई है।
साधारण गैर-संपर्क सेंसर घुमावदार के निकट क्षेत्र में धातु की वस्तुओं की उपस्थिति पर प्रतिक्रिया करते हैं। यह कुंडल के प्रतिबाधा को बदलता है, इस परिवर्तन को एक विद्युत संकेत में परिवर्तित किया जाना चाहिए, बढ़ाना चाहिए और (या) एक तुलना सर्किट का उपयोग करके दहलीज के पारित होने को ठीक करना चाहिए।
दूसरे प्रकार के सेंसर उस वस्तु की अनुदैर्ध्य स्थिति में परिवर्तन का जवाब देते हैं जो कुंडल के मूल के रूप में कार्य करती है। जब वस्तु की स्थिति बदलती है, तो वह कुंडली के अंदर या बाहर जाती है, जिससे उसका अधिष्ठापन बदल जाता है। इस परिवर्तन को विद्युत संकेत में परिवर्तित किया जा सकता है और मापा जा सकता है। इस तरह के सेंसर का एक अन्य संस्करण तब होता है जब कोई वस्तु बाहर से कॉइल के पास आती है। इससे ग्राउंड इफेक्ट के कारण इंडक्शन कम हो जाता है।
आगमनात्मक विस्थापन सेंसर का एक अन्य संस्करण एक रैखिक रूप से समायोज्य अंतर ट्रांसफार्मर (LVDT) है। यह एक मिश्रित कुंडल है, जिसे निम्नलिखित क्रम में बनाया गया है:
- माध्यमिक घुमावदार 1;
- प्राथमिक वाइंडिंग;
- द्वितीयक वाइंडिंग 2.
जनरेटर से संकेत प्राथमिक वाइंडिंग को खिलाया जाता है। मध्य कुंडली द्वारा निर्मित चुंबकीय क्षेत्र प्रत्येक द्वितीयक में एक EMF प्रेरित करता है (ट्रांसफार्मर सिद्धांत) कोर, जब यह चलता है, कॉइल के बीच आपसी संबंध को बदल देता है, प्रत्येक वाइंडिंग में इलेक्ट्रोमोटिव बल को बदल देता है। यह परिवर्तन माप सर्किट द्वारा तय किया जा सकता है। चूंकि कोर की लंबाई समग्र कुंडल की कुल लंबाई से कम है, इसलिए वस्तु की स्थिति को माध्यमिक वाइंडिंग में ईएमएफ अनुपात द्वारा स्पष्ट रूप से निर्धारित किया जा सकता है।
उसी सिद्धांत पर - वाइंडिंग के बीच आगमनात्मक युग्मन में परिवर्तन - एक टर्न सेंसर बनाया गया है।इसमें दो समाक्षीय कुंडल होते हैं। सिग्नल को एक वाइंडिंग पर लागू किया जाता है, दूसरे में ईएमएफ रोटेशन के पारस्परिक कोण पर निर्भर करता है।
ऑपरेशन के सिद्धांत से, यह स्पष्ट है कि आगमनात्मक सेंसर, डिजाइन की परवाह किए बिना, गैर-संपर्क हैं। वे दूर से काम करते हैं, और नियंत्रित वस्तु के साथ सीधे संपर्क की आवश्यकता नहीं होती है।
आगमनात्मक सेंसर के फायदे और नुकसान
आगमनात्मक प्रकार के सेंसर के फायदों में मुख्य रूप से शामिल हैं:
- डिजाइन विश्वसनीयता;
- संपर्क कनेक्शन की कमी;
- उच्च उत्पादन शक्ति, जो शोर के प्रभाव को कम करती है और नियंत्रण सर्किट को सरल बनाती है;
- उच्च संवेदनशील;
- औद्योगिक आवृत्ति के वैकल्पिक वोल्टेज के स्रोतों से काम करने की क्षमता।
आगमनात्मक प्रकार के सेंसर का मुख्य नुकसान उनका आकार, वजन और विनिर्माण जटिलता है। दिए गए मापदंडों के साथ घुमावदार कॉइल के लिए, विशेष उपकरण की आवश्यकता होती है। साथ ही, मास्टर ऑसिलेटर से सिग्नल के आयाम को सटीक रूप से बनाए रखने की आवश्यकता को माइनस माना जाता है। जब यह बदलता है तो संवेदनशीलता का क्षेत्र भी बदल जाता है। चूंकि सेंसर केवल प्रत्यावर्ती धारा पर काम करते हैं, इसलिए आयाम बनाए रखना एक निश्चित तकनीकी समस्या बन जाती है। सीधे (या स्टेप-डाउन ट्रांसफार्मर के माध्यम से) सेंसर को घरेलू या औद्योगिक नेटवर्क से जोड़ना संभव नहीं होगा - इसमें, आयाम या आवृत्ति में वोल्टेज में उतार-चढ़ाव सामान्य मोड में 10% तक भी पहुंच सकता है, जो माप सटीकता को अस्वीकार्य बनाता है। .
इसके अलावा, माप सटीकता इससे प्रभावित हो सकती है:
- तीसरे पक्ष के चुंबकीय क्षेत्र (इसके संचालन के सिद्धांत के आधार पर सेंसर का परिरक्षण असंभव है);
- आपूर्ति और मापने वाले केबलों में तृतीय-पक्ष EMF पिकअप;
- विनिर्माण त्रुटियां;
- सेंसर विशेषता त्रुटि;
- सेंसर इंस्टॉलेशन साइट पर बैकलैश या विकृति जो समग्र प्रदर्शन को प्रभावित नहीं करती है;
- तापमान पर सटीकता की निर्भरता (इसके प्रतिरोध सहित घुमावदार तार परिवर्तन के पैरामीटर)।
अपने चुंबकीय क्षेत्र में ढांकता हुआ वस्तुओं की उपस्थिति का जवाब देने के लिए अधिष्ठापन सेंसर की अक्षमता को फायदे और नुकसान दोनों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। एक ओर, यह उनके आवेदन के दायरे को सीमित करता है। दूसरी ओर, यह निगरानी की गई वस्तुओं पर गंदगी, ग्रीस, रेत आदि की उपस्थिति के प्रति इसे असंवेदनशील बनाता है।
आगमनात्मक सेंसर के संचालन में कमियों और संभावित सीमाओं का ज्ञान उनके लाभों के तर्कसंगत उपयोग की अनुमति देता है।
आगमनात्मक सेंसर का दायरा
आगमनात्मक निकटता सेंसर अक्सर सीमा स्विच के रूप में उपयोग किए जाते हैं। ऐसे उपकरण व्यापक हो गए हैं:
- सुरक्षा प्रणालियों में, खिड़कियों और दरवाजों के अनधिकृत उद्घाटन के लिए सेंसर के रूप में;
- टेलीमैकेनिक्स सिस्टम में, इकाइयों और तंत्रों की अंतिम स्थिति के सेंसर के रूप में;
- दरवाजे, शटर की बंद स्थिति को इंगित करने के लिए योजनाओं में रोजमर्रा की जिंदगी में;
- वस्तुओं की गिनती के लिए (उदाहरण के लिए, कन्वेयर बेल्ट के साथ आगे बढ़ना);
- गियर के रोटेशन की गति निर्धारित करने के लिए (प्रत्येक दांत, सेंसर से गुजरते हुए, एक आवेग पैदा करता है);
- अन्य स्थितियों में।
कोण एन्कोडर का उपयोग शाफ्ट, गियर और अन्य घूर्णन घटकों के रोटेशन कोणों के साथ-साथ पूर्ण एन्कोडर को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। साथ ही, ऐसे उपकरणों का उपयोग मशीन टूल्स और रोबोटिक उपकरणों में रैखिक स्थिति सेंसर के साथ किया जा सकता है। जहां आपको तंत्र के नोड्स की स्थिति को ठीक से जानने की जरूरत है।
आगमनात्मक सेंसर के कार्यान्वयन के व्यावहारिक उदाहरण
व्यवहार में, आगमनात्मक सेंसर के डिजाइन को विभिन्न तरीकों से लागू किया जा सकता है। सबसे सरल निष्पादन और समावेशन दो-तार एकल सेंसर के लिए है, जो इसके संवेदनशीलता क्षेत्र में धातु की वस्तुओं की उपस्थिति की निगरानी करता है। इस तरह के उपकरण अक्सर ई-आकार के कोर के आधार पर बनाए जाते हैं, लेकिन यह कोई मौलिक बिंदु नहीं है। इस तरह के कार्यान्वयन का निर्माण करना आसान है।
जब कॉइल का प्रतिरोध बदलता है, तो सर्किट में करंट और लोड के पार वोल्टेज गिर जाता है। ये परिवर्तन किए जा सकते हैं। समस्या यह है कि लोड प्रतिरोध महत्वपूर्ण हो जाता है। यदि यह बहुत बड़ा है, तो धातु की वस्तु के प्रकट होने पर धारा में परिवर्तन अपेक्षाकृत छोटा होगा। यह सिस्टम की संवेदनशीलता और शोर प्रतिरोधक क्षमता को कम करता है। यदि यह छोटा है, तो सर्किट में करंट बड़ा होगा, अधिक प्रतिरोधी सेंसर की आवश्यकता होगी।
इसलिए, ऐसे डिज़ाइन हैं जिनमें सेंसर हाउसिंग में माप सर्किट बनाया गया है। जनरेटर दालों को उत्पन्न करता है जो प्रारंभ करनेवाला को खिलाते हैं। जब एक निश्चित स्तर पर पहुंच जाता है, तो ट्रिगर सक्रिय हो जाता है, राज्य 0 से 1 तक फ़्लिप करता है या इसके विपरीत। बफर एम्पलीफायर शक्ति और (या) वोल्टेज के संदर्भ में संकेत को बढ़ाता है, एलईडी को रोशनी (बुझाता है) और बाहरी सर्किट को एक असतत संकेत आउटपुट करता है।
आउटपुट सिग्नल बनाया जा सकता है:
- विद्युतचुंबकीय द्वारा या सॉलिड स्टेट रिले - शून्य या एक वोल्टेज स्तर;
- "शुष्क अनुबंध" विद्युत चुम्बकीय रिले;
- खुला कलेक्टर ट्रांजिस्टर (संरचनाएं एन-पी-एन या पी-एन-पी)।
इस मामले में, सेंसर को जोड़ने के लिए तीन तारों की आवश्यकता होती है:
- भोजन;
- आम तार (0 वोल्ट);
- संकेत तार।
ऐसे सेंसर डीसी वोल्टेज द्वारा भी संचालित किए जा सकते हैं। दालों को अधिष्ठापन के लिए वे एक आंतरिक जनरेटर के माध्यम से बनते हैं।
स्थिति की निगरानी के लिए डिफरेंशियल एनकोडर का उपयोग किया जाता है। यदि नियंत्रित वस्तु दोनों कुंडलियों के संबंध में सममित है, तो उनके माध्यम से धारा समान होती है। जब किसी वाइंडिंग को क्षेत्र की ओर स्थानांतरित किया जाता है, तो एक असंतुलन होता है, कुल धारा शून्य के बराबर हो जाती है, जिसे एक संकेतक द्वारा पैमाने के बीच में एक तीर के साथ दर्ज किया जा सकता है। संकेतक का उपयोग शिफ्ट के परिमाण और उसकी दिशा दोनों को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। पॉइंटर डिवाइस के बजाय, आप एक नियंत्रण योजना का उपयोग कर सकते हैं, जो स्थिति में बदलाव के बारे में जानकारी प्राप्त करने पर, एक संकेत जारी करेगा, वस्तु को संरेखित करने के उपाय करेगा, तकनीकी प्रक्रिया में समायोजन करेगा, आदि।
रैखिक रूप से समायोज्य अंतर ट्रांसफार्मर के सिद्धांत के अनुसार बनाए गए सेंसर पूर्ण संरचनाओं के रूप में निर्मित होते हैं, जो प्राथमिक और माध्यमिक वाइंडिंग के साथ एक फ्रेम होते हैं और एक रॉड अंदर चलती है (इसे स्प्रिंग-लोड किया जा सकता है)। जेनरेटर से सिग्नल भेजने और सेकेंडरी वाइंडिंग से ईएमएफ को हटाने के लिए तारों को बाहर लाया जाता है। एक नियंत्रित वस्तु को यांत्रिक रूप से रॉड से जोड़ा जा सकता है। इसे ढांकता हुआ भी बनाया जा सकता है - माप के लिए केवल तने की स्थिति मायने रखती है।
कुछ अंतर्निहित कमियों के बावजूद, आगमनात्मक सेंसर अंतरिक्ष में वस्तुओं की गैर-संपर्क पहचान से जुड़े कई क्षेत्रों को बंद कर देता है।प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास के बावजूद, इस प्रकार का उपकरण निकट भविष्य में उपकरणों को मापने के लिए बाजार नहीं छोड़ेगा, क्योंकि इसका संचालन भौतिकी के मूलभूत नियमों पर आधारित है।
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