ดิสเพลสเมนต์ทรานสดิวเซอร์ : วงจร ประเภท การทำงาน และการใช้งาน

เซ็นเซอร์ตำแหน่งเป็นอุปกรณ์ประเภทหนึ่งที่ใช้ตรวจสอบและวัดการเปลี่ยนแปลงภายในตำแหน่งของวัตถุในอุปกรณ์/เครื่องจักรหรือในบริเวณใกล้เคียง และเปลี่ยนเป็นสัญญาณที่เหมาะสมสำหรับการส่ง การประมวลผล หรือการควบคุม มีเซ็นเซอร์ตำแหน่งหลายประเภทให้เลือกโดยที่ดิสเพลสเมนต์ทรานสดิวเซอร์เป็นเซ็นเซอร์ตำแหน่งประเภทหนึ่งโดยเฉพาะ โดยทั่วไป เซ็นเซอร์ปกติจะรับรู้การมีอยู่ของวัตถุ ในขณะที่เซ็นเซอร์ตรวจจับการกระจัดจะตรวจจับการกระจัดเมื่อวัตถุใด ๆ เคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ดังนั้น ปริมาณของการตรวจจับการกระจัดทำให้คุณสามารถกำหนดความหนาและความสูงของวัตถุได้ บทความนี้กล่าวถึงภาพรวมของก ทรานสดิวเซอร์ดิสเพลสเมนต์ - การทำงานกับแอพพลิเคชั่น

Displacement Transducer คืออะไร?

ทรานสดิวเซอร์ดิสเพลสเมนต์คืออุปกรณ์เครื่องกลไฟฟ้าที่ใช้ในการแปลงการเคลื่อนที่ของวัตถุให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าสถิต แม่เหล็กไฟฟ้า หรือแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งจะถูกอ่านและตีความเป็นข้อมูล มีดิสเพลสเมนต์ทรานสดิวเซอร์ให้เลือกมากมาย เช่น ลิเนียร์และโรตารี ทรานสดิวเซอร์เหล่านี้ยังมีประโยชน์ในการวัดระยะห่างทางกายภาพระหว่างเซ็นเซอร์และเป้าหมายอีกด้วย ทรานสดิวเซอร์ดิสเพลสเมนต์ส่วนใหญ่จะวัดการกระจัดแบบคงที่และไดนามิก ดังนั้นจึงมักใช้สำหรับวัดการสั่นสะเทือนของวัตถุ การกระจัดที่วัดได้มีตั้งแต่ไมโครนิ้วไปจนถึงไม่กี่ฟุต

หลักการทำงานของดิสเพลสเมนต์ทรานสดิวเซอร์อิงตามหลักการวัดค่าอุปนัยที่เชื่อถือได้อย่างยิ่ง ทรานสดิวเซอร์เหล่านี้ทนทาน ใช้งานง่ายมาก และมีความแม่นยำสูง ดิสเพลสเมนต์ทรานสดิวเซอร์ให้ผลการวัดที่เชื่อถือได้ในด้านต่างๆ ของการผลิต การวิจัยและพัฒนา

ไดอะแกรมวงจรดิสเพลสเมนต์ทรานสดิวเซอร์

ทรานสดิวเซอร์ดิสเพลสเมนต์ที่ใช้ในวงจรด้านล่างคือทรานสดิวเซอร์แบบอุปนัย วงจรนี้ใช้ในการวัดการกระจัดด้วยทรานสดิวเซอร์แบบเหนี่ยวนำ

ในวงจรข้างต้น หม้อแปลงประกอบด้วยขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิสองเส้น จุดปลายของขดลวดทุติยภูมิทั้งสองเชื่อมต่อกัน ดังนั้น เราสามารถประกาศได้ว่าขดลวดทั้งสองนี้เชื่อมต่อกันแบบธรรมดาภายในความขัดแย้งแบบอนุกรม

แรงดันไฟฟ้า 'VP' ถูกใช้ที่ขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลง ให้แรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นในทุกขดลวดทุติยภูมิเป็น 𝑉𝑆1 & 𝑉𝑆2 ดังนั้นจึงได้รับแรงดันเอาต์พุต 'V0' ที่จุดแรกของขดลวดทุติยภูมิ ดังนั้นจึงสามารถเขียนแรงดันเอาต์พุตเป็น V0 = VS1 – VS2 หม้อแปลงที่ใช้ในวงจรด้านบนคือดิฟเฟอเรนเชียลทรานสฟอร์เมอร์ เพราะมันสร้างแรงดัน o/p ซึ่งเป็นความแตกต่างระหว่าง VS1 และ VS2

หากแกนอยู่ในตำแหน่งที่จุดกึ่งกลาง แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวด S1 และ S2 สองขดลวดจะเท่ากัน ดังนั้น แรงดันเอาต์พุต V0=0 ในสภาพนี้ เรากล่าวว่าไม่มีการกระจัด

หากแกนถูกแทนที่เหนือตำแหน่งกลาง แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่สร้างขึ้นภายในคอยล์ S1 จะมากกว่า นั่นคือ V1>V2

ในทำนองเดียวกัน หากแกนถูกเลื่อนไปต่ำกว่าตำแหน่งศูนย์กลาง แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่สร้างขึ้นภายในขดลวด S2 จะมากกว่า นั่นคือ V2>V1

ในสองกรณีนี้ เรามีสองการกระจัดขึ้นและลง ในสองกรณีนี้ ขนาดของแรงดันเอาต์พุต 'V0' จะเป็นสัดส่วนกับตำแหน่งหลักที่สัมพันธ์กับศูนย์กลาง

ดังนั้น หากเราต้องการวัดการเคลื่อนที่ของร่างกาย เราจะต้องเชื่อมต่อร่างกายกับแกนกลาง ดังนั้น เมื่อร่างกายเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง จุดกึ่งกลางของแกนกลางก็จะเปลี่ยนไป ดังนั้น แรงดันไฟฟ้า o/p เช่น 'V0' จึงแปรผันตามไปด้วย ในสภาวะนี้ เราสามารถหาค่าการกระจัดได้โดยการวัดแรงดัน o/p ดังนั้นเฟสและขนาดของแรงดันเอาต์พุตจึงหมายถึงการเคลื่อนที่และทิศทางของร่างกายตามลำดับ

การสอบเทียบดิสเพลสเมนต์ทรานสดิวเซอร์

โดยทั่วไป การสอบเทียบทรานสดิวเซอร์เป็นข้อกำหนดที่จำเป็นเพื่อรักษาความแม่นยำ ความสามารถในการทำซ้ำ และความน่าเชื่อถือของผลลัพธ์ที่ได้จากระบบการวัด ทรานสดิวเซอร์เหล่านี้มีอยู่ทั่วไปในการใช้งานด้านวิชาการและอุตสาหกรรม ดังนั้น การสอบเทียบมักจะเป็นขั้นตอนที่ใช้เวลานาน อย่างไรก็ตาม การใช้อุปกรณ์สอบเทียบนั้นทำได้ง่ายมากโดยบิดปุ่มและกดปุ่ม

ระบบการสอบเทียบของดิสเพลสเมนต์ทรานสดิวเซอร์เป็นโซลูชันที่สมบูรณ์ในการสอบเทียบทรานสดิวเซอร์เหล่านี้ด้วยดิสเพลสเมนต์สูงถึง 50.8 มม. ที่มีความละเอียด 13 ไมครอน ใช้กับระบบใดก็ได้แม้ว่าจะมาพร้อมกับซอฟต์แวร์แบบกำหนดเองเพื่อให้การสอบเทียบทำได้ง่ายและรวดเร็วเมื่อใช้กับระบบ NI

ประเภททรานสดิวเซอร์ดิสเพลสเมนต์

มีดิสเพลสเมนต์ทรานสดิวเซอร์หลายประเภทให้เลือก ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าดิสเพลสเมนต์เซนเซอร์ เช่น โพเทนชิออมิเตอร์ สเตรนเกจ คาปาซิทีฟ และ LVDT ดังนั้นแต่ละประเภทจะกล่าวถึงด้านล่าง

ทรานสดิวเซอร์ตัวต้านทาน

ทรานสดิวเซอร์ตัวต้านทานเรียกอีกอย่างว่าทรานสดิวเซอร์ความต้านทานแบบแปรผัน เนื่องจากทำงานบนหลักการของทรานสดิวเซอร์ความต้านทานแบบแปรผัน ทรานสดิวเซอร์นี้เป็นหนึ่งในทรานสดิวเซอร์ดิสเพลสเมนต์ที่ใช้บ่อยที่สุด ซึ่งใช้ในการวัดปริมาณทางกายภาพต่างๆ เช่น ความดัน การกระจัด แรง อุณหภูมิ และการสั่นสะเทือน และแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า

ทรานสดิวเซอร์แบบคาปาซิทีฟ

ทรานสดิวเซอร์แบบคาปาซิทีฟเป็นทรานสดิวเซอร์แบบพาสซีฟที่ทำงานโดยใช้พลังงานจากภายนอก ทรานสดิวเซอร์นี้ส่วนใหญ่จะใช้ในการวัดความดัน การกระจัด การเคลื่อนที่ แรง ความเร็ว และพารามิเตอร์อื่นๆ ทรานสดิวเซอร์นี้ทำงานบนหลักการความจุแบบแปรผัน ดังนั้นความจุของทรานสดิวเซอร์นี้จึงเปลี่ยนแปลงเนื่องจากสาเหตุหลายประการ เช่น ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก การทับซ้อนกันของเพลต และการเปลี่ยนแปลงภายในระยะห่างระหว่างเพลต นี่คือประเภทพาสซีฟที่ประจุเท่ากันและตรงกันข้ามถูกสร้างขึ้นบนแผ่นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ทั่วแผ่นตัวเก็บประจุซึ่งแยกออกจากวัสดุอิเล็กทริก

หม้อแปลงดิฟเฟอเรนเชียลแปรผันเชิงเส้น

LVDT หรือหม้อแปลงดิฟเฟอเรนเชียลตัวแปรเชิงเส้นเป็นทรานสดิวเซอร์ดิสเพลสเมนต์ชนิดหนึ่ง ทรานสดิวเซอร์นี้มีขดลวดเว้นระยะห่างแบบสมมาตรสามขดลวด โดยที่ขดลวดปฐมภูมิคือขดลวดศูนย์กลาง และขดลวดที่เหลืออีกสองขดลวดเป็นขดลวดทุติยภูมิ สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่เชื่อมต่อเป็นอนุกรมและวางตำแหน่งเท่า ๆ กันตามขดลวดหลัก โปรดดูที่ลิงค์นี้เพื่อทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ - แอลวีดีที .

ทรานสดิวเซอร์อุปนัย

ทรานสดิวเซอร์แบบอุปนัยคือทรานสดิวเซอร์ดิสเพลสเมนต์ชนิดหนึ่งที่ทำงานบนหลักการทรานสดักชันหรือการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ในการวัดปริมาณทางกายภาพที่จำเป็น เช่น แรง การกระจัด ความเร็ว ความดัน ความเร่ง แรงบิด ความเหนี่ยวนำร่วมกันหรือการเหนี่ยวนำตัวเองนั้นมีความหลากหลาย ตัวอย่างที่ดีที่สุดของทรานสดิวเซอร์นี้คือ LVDT โปรดดูที่ลิงค์นี้เพื่อทราบข้อมูลเพิ่มเติม ทรานสดิวเซอร์แบบอุปนัย .

สเตรนเกจ

ทรานสดิวเซอร์ดิสเพลสเมนต์สเตรนเกจใช้เพื่อเปลี่ยนปริมาณทางกายภาพ เช่น ความดัน การกระจัด หรือโหลดเป็นสเตรนเชิงกล และสเตรนเกจนี้จะเปลี่ยนเป็น o/p ทางไฟฟ้าด้วยสเตรนเกจที่ติดตั้งบนตัวยางยืด ทรานสดิวเซอร์ดิสเพลสเมนต์สเตรนเกจส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการวัดดิสเพลสเมนต์ในช่วง 0 ถึง 10 มม. ทรานสดิวเซอร์นี้มีความยาวตัวเครื่องสั้นเมื่อเทียบกับ LVDT และปราศจากผลกระทบทางแม่เหล็กไฟฟ้า ทรานสดิวเซอร์สเตรนเกจเหล่านี้มีประสิทธิภาพที่เสถียรและเชื่อถือได้สูง โปรดดูที่ลิงค์นี้เพื่อทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ สเตรนเกจ .

ข้อดีและข้อเสีย

ข้อดีของดิสเพลสเมนต์ทรานสดิวเซอร์จะกล่าวถึงด้านล่าง

• ดิสเพลสเมนต์ทรานสดิวเซอร์มีความเป็นเส้นตรงที่ดีเยี่ยม
• มีความแม่นยำสูงมาก
• มีความละเอียดสูงสุด 0.01 µm
• มีความทนทานต่อสนามแม่เหล็กสูง สภาพแวดล้อมที่มีกัมมันตภาพรังสี และช่วงอุณหภูมิที่กว้าง
• มีการออกแบบที่แข็งแรงและเสถียรภาพที่ดีเยี่ยม
• สามารถติดตั้งทรานสดิวเซอร์เหล่านี้ได้ทุกทิศทาง
• การใช้พลังงานของ LVDT ต่ำ
• สิ่งเหล่านี้มีความละเอียดอ่อนและง่ายต่อการจัดตำแหน่งและบำรุงรักษา
• ทรานสดิวเซอร์เหล่านี้มีการสูญเสียฮิสเทอรีซิสต่ำ
• ช่วงการวัดจะสูงกว่า
• ทรานสดิวเซอร์นี้เป็นอุปกรณ์ที่ไม่มีแรงเสียดทาน

ข้อเสียของตัวแปลงสัญญาณดิสเพลสเมนต์ จะกล่าวถึงด้านล่าง

• ทรานสดิวเซอร์ดิสเพลสเมนต์ต้องการการดิสเพลสเมนต์ที่สูงมากเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าสูง
• มันต้องการการกำบังเพราะมันตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กได้ดีมาก
• ประสิทธิภาพของทรานสดิวเซอร์อาจได้รับผลกระทบจากการสั่นสะเทือนและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
• มันต้องการตัวดีโมดูเลเตอร์ภายนอกเพื่อรับเอาต์พุต DC
• การตอบสนองแบบไดนามิกของทรานสดิวเซอร์นี้มีจำกัด

แอพพลิเคชั่น

การประยุกต์ใช้งานของดิสเพลสเมนต์ทรานสดิวเซอร์มีดังต่อไปนี้

• ดิสเพลสเมนต์ทรานสดิวเซอร์ใช้เพื่อวัดการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างปลายเซนเซอร์และเพลาหมุน
• ใช้ในเครื่องจักรที่มีความแข็งมากในทุกที่ที่มีการสั่นสะเทือนเพียงเล็กน้อยจากเพลาไปยังโครงเครื่อง
• สิ่งเหล่านี้ใช้ในภาคอุตสาหกรรมและแม้แต่ในภาครัฐ เช่น ระบบอัตโนมัติของเครื่องจักร การบินและอวกาศและอากาศยาน กังหันไฟฟ้า ระบบไฮดรอลิก ฯลฯ
• LVDTs ใช้สำหรับการวัดการเคลื่อนที่ที่มีตั้งแต่ mm ถึง cms
• สิ่งเหล่านี้ใช้ในเครื่อง CNC สำหรับการวัดการเคลื่อนที่
• สิ่งเหล่านี้ใช้สำหรับความหนาและการวัดของแผ่นโลหะรีด
• ใช้ภายในช่องสำหรับการวัดแรงดึง
• ทรานสดิวเซอร์ดิสเพลสเมนต์ RVDT ใช้ในระบบควบคุมการบิน
• ประเภทโพเทนชิออมิเตอร์ใช้สำหรับวัดแรง ความเร่ง และความดัน

ดังนั้น นี่คือภาพรวมของการกระจัด ทรานสดิวเซอร์ - ทำงาน ด้วยแอพพลิเคชั่น ถ้าวัตถุเคลื่อนที่จากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งภายในแนวเส้นตรง หลังจากนั้นความยาวระหว่างตำแหน่งทั้งสองจะเรียกว่า การกระจัด การกระจัดเป็นปริมาณทางกายภาพ เช่น ความเร็ว อุณหภูมิ แรง เป็นต้น

ดังนั้น ทรานสดิวเซอร์ดิสเพลสเมนต์จึงถูกใช้สำหรับแปลงการสั่นสะเทือน/การเคลื่อนไหวเชิงกล โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงเป็นสัญญาณไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงได้ ตัวอย่างของดิสเพลสเมนต์ทรานสดิวเซอร์ ได้แก่ Displacement & Bending Strain การวัดค่าการกระจัดปกติ การวัดรอยร้าวภายในคอนกรีต และการโค้งงอของคาน นี่คือคำถามสำหรับคุณ หน้าที่ของทรานสดิวเซอร์คืออะไร?