ترانسدیوسر القایی

ترانسدیوسر القایی به عنوان ترانسدیوسر القایی متغیر نیز نامیده می شود. هنگامی که یک کمیت فیزیکی که باید اندازه گیری شود، مانند حرکت، جابجایی، ارتعاش، شتاب، نیرو، سرعت و غیره، تغییراتی در خواص القایی سیم پیچ حسگر، یا خواص مغناطیسی مواد هسته یا خواص الکتریکی مدارهای مغناطیسی ایجاد می کند، این حسگرها یا ترانسدیوسر ها سنسورهای القایی/ مغناطیسی نامیده می شوند و در دسته ترانسدیوسر های القایی قرار می گیرند.

اغلب، تغییر در خواص القایی به عنوان اثر کمیت فیزیکی که باید اندازه‌گیری شود، منجر به تغییر در خواص الکتریکی مانند تغییر ولتاژ (AC) یا EMFو یا جریان AC می‌شود که می‌توان مستقیماً اندازه‌گیری کرد و از این رو می‌توان آن را بر حسب واحد کالیبره کرد. اندازه گیری برای یک محدوده شکل خروجی دیگر می تواند سیگنال های پالسی باشد که در آن تعداد پالس های شمارش شده یا تغییر فرکانس پالس تشخیص داده شود. بنابراین می توان از برنامه شمارش اشیا و برای اندازه گیری سرعت استفاده کرد. ترانسدیوسر های القایی هر دو نوع خود مولد و غیرفعال هستند. ترانسدیوسر های القایی مختلف (که ترانسدیوسر غیرفعال هستند) به شرح زیر نشان داده شده اند:
• ترانسدیوسر مبتنی بر القای خود
• ترانسدیوسر مبتنی بر اندوکتانس متقابل
• ترانسدیوسر نوع رلوکتانس متغیر
• ترانسفورماتور دیفرانسیل – LVDT & RVDT

سایر ترانسدیوسر های القایی نوع خود مولد به شرح زیر است:

• ژنراتور کویل متحرک
• نوع الکترو مغناطیسی
• نوع الکترودینامیک
• نوع جریان گردابی

اصل کار ترانسدیوسر القایی

از آنجایی که چندین پیکربندی برای ترانسدیوسر های القایی و مغناطیسی وجود دارد، اصول کار ترانسدیوسر القایی و ترانسدیوسر های مغناطیسی را می توان با موارد زیر درک کرد:

1.1.1 ترانسدیوسر مبتنی بر القایی خود

خود القایی خاصیت سیم پیچ حامل جریان (self) است که با تغییر جریانی که از خود عبور می کند مخالف است یا مقاومت می کند. این عمدتاً به دلیل EMF خود القا شده در خود سیم پیچ رخ می دهد. جهت EMF القایی مخالف ولتاژ اعمال شده است که باعث می شود جریان از سیم پیچ عبور کند.

1.1.2 ترانسدیوسر مبتنی بر اندوکتانس متقابل

هنگامی که دو سیم پیچ به قدری نزدیک باشند که شار مغناطیسی ایجاد شده به دلیل یک سیم پیچ حامل جریان به گونه ای به هم وصل شود که یک EMF در سیم پیچ ثانویه تولید می شود که با تغییر جریان عبوری از سیم پیچ مخالف یا مقاومت می کند. این پدیده که جریان و ولتاژ یک سیم پیچ ثانویه را تحت تأثیر قرار می دهد یا تغییر می دهد، اندوکتانس متقابل نامیده می شود.
از آنجایی که می دانیم یک اندوکتانس متقابل می تواند در حضور دو یا چند سیم پیچ متصل به یک میدان مغناطیسی وجود داشته باشد. در اینجا می توانیم اندوکتانس متقابل را همانطور که در زیر نشان داده شده است استخراج کنیم-

از فرمول های اندوکتانس متقابل، مشخص می شود که اندوکتانس متقابل تابعی از خود القایی هر دو سیم پیچ L1، L2 و ضریب جفت (K) است. ضریب کوپلینگ (K) به فاصله و جهت بین دو سیم پیچ بستگی دارد و بنابراین می توان جابجایی را اندازه گیری کرد. و خود القایی سیم پیچ باز هم تابعی از تعداد دور سیم پیچ، رلوکتانس، نفوذپذیری و عامل هندسی است.
بنابراین هنگامی که یک متغیر فرآیند به عوامل زیر تغییر می‌دهد – مانند ضریب جفت خود القایی فردی سیم‌پیچ‌ها، می‌توان آن را با تشخیص تغییر در اندوکتانس متقابل اندازه‌گیری کرد که می‌تواند به شکل تغییر ولتاژ در سیم پیچ ثانویه یا جریان عبوری از سیم پیچ تبدیل شود. و ممکن است بر حسب واحد متغیر فرآیند کالیبره شود.

1.1.3 ترانسدیوسر نوع رلوکتانس متغیر

از آنجایی که همه ما می دانیم که عدم تمایل مدارهای مغناطیسی اساساً مشابه مقاومت در مدارهای الکتریکی است که تمایل به مخالفت با تغییر در شار مغناطیسی موجود در مدارهای مغناطیسی دارد. به عنوان نسبت نیروی محرکه مغناطیسی یا (MMF) به شار مغناطیسی (ɸ) تعریف می شود. نفوذپذیری معکوس بی میلی نامیده می شود که از تغییر شار مغناطیسی از طریق مدارهای مغناطیسی پشتیبانی می کند. تعاریف دیگر برای رلوکتانس مغناطیسی (R) به عنوان ویژگی مسیر مغناطیسی یا هسته برای مخالفت با شار تعریف شده است و به نفوذپذیری (µ) و هندسه (G) هسته بستگی دارد.

از آنجایی که نتیجه گیری عدم تمایل مدار مغناطیسی / ماده هسته تابعی از پارامترهای داده شده در بالا است، هرگونه تغییر در این پارامترها توسط کمیت فیزیکی مانند جابجایی، نیرو، سرعت، سرعت زاویه ای و غیره منجر به تغییر در رلوکتانس می شود که می تواند با ترکیب پایه اندازه گیری شود. مدارهای الکترونیکی را می توان از نظر کمیت فیزیکی کالیبره کرد و اندازه گیری کرد. ترانسدیوسر‌های رلوکتانس متغیر که سنسور VR نیز نامیده می‌شود. سنسور تغییر در حضور یا نزدیکی اجسام آهنی را تشخیص می دهد. به غیر از آن سنسورهای VR برای موقعیت، سرعت خطی، سرعت زاویه ای، گشتاور، سرعت زاویه ای و غیره استفاده می شوند. یک مثال ساده از سنسور VR، حسگر مجاورتی است.

1.1.4 ترانسفورماتور دیفرانسیل – LVDT & RVDT

نوع دیگری از ترانسدیوسر القایی ترانسفورماتور دیفرانسیل است که اساساً یک ترانسفورماتور هسته متحرک است و ولتاژ خروجی الکتریکی متناسب با جابجایی هسته متصل به جسم متحرک تولید می کند. دو پیکربندی ممکن وجود دارد – یکی برای جابجایی خطی به عنوان “ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی یا LVDT” نامیده می شود و دیگری برای جابجایی زاویه ای / چرخشی به نام “ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر چرخشی یا RVDT” استفاده می شود . LVDT و RVDT هر دو ترانسدیوسر غیرفعال و نوعی ترانسدیوسر الکترومکانیکی هستند. ساخت ساده ترانسفورماتور دیفرانسیل به صورت زیر نشان داده شده است:

ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی یا LVDT

ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر روتاری یا RVDT

ترانسدیوسر های القایی نوع خود مولد

• ترانسدیوسر الکترومغناطیسی

ترانسدیوسر های الکترومغناطیسی ترانسدیوسر های القایی فعال / خود تولید هستند که در آنها سیگنال ولتاژ یا EMF به دلیل حرکت نسبی بین یک آهنربای دائمی و یک هسته آهنی / هسته مواد فرو مغناطیسی دیگر القا می شود. از یک آهنربای دائمی ثابت تشکیل شده است که یک سیم پیچ روی آن زخمی شده و یک هسته آهنی نزدیک به آهنربا قرار می گیرد تا شار مغناطیسی آهنربای دائمی را بتوان به هسته آهنی متحرک متصل کرد. هنگامی که حرکت هسته وجود دارد، شار مغناطیسی نیز تغییر می کند و بنابراین EMF را در سیم پیچ تولید می کند که قابل اندازه گیری است. به این ترتیب، پیک مغناطیسی نیز می گویند. مفیدترین کاربرد ترانسدیوسر الکترومغناطیسی اندازه گیری سرعت شفت روتور است که در آن یک پیک مغناطیسی در نزدیکی دندانه ها یا چرخ دنده چرخان شفت قرار می گیرد و از این رو اندازه گیری سرعت با کالیبره کردن پیک برای تشخیص سرعت با دقت بسیار بالا انجام می شود.

• ترانسدیوسر الکترودینامیک (مولد سیم پیچ متحرک)

ترانسدیوسر الکترودینامیک یا یک مولد سیم پیچ متحرک نیز ترانسدیوسر فعال خود مولد است که در آن یک سیم پیچ در میدان مغناطیسی تولید شده توسط آهنربای دائمی حرکت می کند و بنابراین EMF را در سراسر سیم پیچ تولید می کند و در اینجا می توان از آن برای سرعت استفاده کرد. یک نمودار برای ترانسدیوسر ژنراتور سیم پیچ متحرک به صورت زیر نشان داده شده است:

• ترانسدیوسر جریان گردابی

هنگامی که یک هادی/صفحه رسانا در نزدیکی سیم پیچی که جریان متناوب دارد قرار می گیرد. این جریان های دایره ای را در هادی ایجاد می کند که دارای میدان مغناطیسی خاص خود است که با جریان AC از طریق سیم پیچ مخالف است. صفحه رسانایی که جریان در گردش را حمل می کند جریان گردابی نامیده می شود. این جریان های دایره ای را جریان های گردابی می نامند. القای جریان های گردابی در هادی منجر به کاهش شار مغناطیسی و در نتیجه تغییرات در اندوکتانس سیم پیچ می شود که قابل تشخیص است. اصل جریان گردابی برای کاربردهای زیر استفاده می شود:
تشخیص مجاورت صفحات رسانا با استفاده از سنسور مجاورت
لرزش در تجهیزات دوار مانند کمپرسور، پمپ، توربین و غیره با استفاده از پروب های ارتعاشی،
تشخیص عیب / اندازه گیری نقص در صفحات رسانا / اشیاء،
یافتن قطعات گمشده در محصولات رسانای نهایی و غیره