Displacement Transducer : Circuit, Mga Uri, Paggana at Mga Aplikasyon Nito

Ang position sensor ay isang uri ng device na ginagamit upang subaybayan at sukatin ang isang pagbabago sa loob ng posisyon ng isang bagay sa isang device/machine o sa ilang partikular na paligid at mga pagbabago sa mga signal na naaangkop para sa paghahatid, pagproseso, o kontrol. Mayroong iba't ibang uri ng position sensor na available kung saan ang displacement transducer ay isang partikular na uri ng position sensor. Sa pangkalahatan, nadarama ng mga normal na sensor ang pagkakaroon ng bagay samantalang ang mga sensor ng displacement ay nade-detect lang ang displacement kapag lumipat ang anumang bagay mula sa isang lokasyon patungo sa isa pa. Kaya, ang dami ng displacement detection ay nagbibigay-daan lamang sa iyo na matukoy ang kapal at taas ng bagay. Tinatalakay ng artikulong ito ang isang pangkalahatang-ideya ng a displacement transducer – nagtatrabaho sa mga aplikasyon.

Ano ang Displacement Transducer?

Ang displacement transducer ay isang electromechanical device na ginagamit upang i-convert ang paggalaw ng isang bagay sa electrostatic, electromagnetic, o magnetoelectric signal na binabasa at binibigyang kahulugan sa data. Mayroong malawak na hanay ng mga displacement transducer tulad ng linear at rotary. Nakakatulong din ang mga transduser na ito sa pagsukat ng pisikal na distansya sa pagitan ng sensor at isang target. Karamihan sa mga displacement transducer ay sumusukat ng mga static at dynamic na displacement, kaya madalas itong ginagamit para sa pagsukat ng vibration ng isang bagay. Ang mga sinusukat na displacement ay mula sa micro pulgada hanggang ilang talampakan.

Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng displacement transducer ay batay sa lubos na maaasahang prinsipyo ng pagsukat ng inductive. Ang mga transduser na ito ay masungit, napakadaling gamitin at maaaring makakuha ng mataas na katumpakan. Ang mga displacement transducer ay nagbibigay ng maaasahang mga resulta ng pagsukat sa iba't ibang bahagi ng produksyon, pananaliksik at pag-unlad.

Displacement Transducer Circuit Diagram

Ang displacement transducer na ginamit sa ibabang circuit ay isang inductive transducer. Ginagamit ang circuit na ito upang sukatin ang displacement gamit ang isang Inductive transducer.

Sa circuit sa itaas, ang transpormer ay may kasamang pangunahing paikot-ikot at dalawang pangalawang paikot-ikot. Ang dalawang pangalawang paikot-ikot na mga dulo ay konektado nang magkasama kaya, maaari naming ipahayag na ang dalawang paikot-ikot na ito ay konektado lamang sa loob ng serye ng pagsalungat.

Ang boltahe ng 'VP' ay inilapat sa pangunahing paikot-ikot ng transformer, hayaan ang boltahe na nabuo sa bawat pangalawang paikot-ikot ay 𝑉𝑆1 & 𝑉𝑆2. Kaya, ang boltahe ng output ng 'V0' ay natatanggap sa mga unang punto ng pangalawang windings. Kaya ang output boltahe ay maaaring isulat bilang V0 = VS1 - VS2. Ang transpormer na ginamit sa circuit sa itaas ay ang differential transformer dahil ito ay bumubuo ng isang o/p na boltahe, na siyang pagkakaiba sa pagitan ng VS1 at VS2.

Kung ang core ay nakaposisyon sa gitnang punto, kung gayon ang mga sapilitan na boltahe sa dalawang paikot-ikot na S1 at S2 ay katumbas. Kaya, ang output boltahe V0=0. Sa ganitong kondisyon, sinasabi namin na walang displacement.

Kung ang core ay inilipat sa itaas ng gitnang posisyon, ang emf na nabuo sa loob ng coil S1 ay higit pa ibig sabihin, V1>V2.

Sa parehong paraan, kung ang core ay inilipat sa ibaba ng gitnang posisyon, ang emf na nabuo sa loob ng S2 coil ay higit pa ibig sabihin, V2>V1.

Kaya sa dalawang kasong ito, mayroon tayong dalawang displacement pataas at pababa. Sa dalawang kasong ito, ang magnitude ng output boltahe na 'V0' ay magiging proporsyonal sa pangunahing posisyon na nauugnay sa gitna.

Kaya, kung gusto nating sukatin ang displacement ng katawan, dapat nating ikonekta ang katawan sa gitnang core. Samakatuwid, sa sandaling lumipat ang katawan sa isang tuwid na linya, pagkatapos ay nagbabago ang gitnang punto ng core, kaya, ang boltahe ng o/p tulad ng 'V0' ay nag-iiba rin nang naaayon. Sa ganitong kondisyon, maaari nating makuha ang displacement sa pamamagitan lamang ng pagsukat ng boltahe ng o/p. Kaya, ang phase at magnitude ng output boltahe ay nagpapahiwatig ng pag-aalis at direksyon ng katawan nang naaayon.

Pag-calibrate ng Displacement Transducer

Sa pangkalahatan, ang pagkakalibrate ng transducer ay isang mahalagang kinakailangan upang mapanatili ang katumpakan, pag-uulit at pagiging maaasahan ng mga resultang natamo mula sa isang sistema ng pagsukat. Ang mga transduser na ito ay karaniwan sa mga aplikasyong pang-akademiko at pang-industriya. Kaya, ang pag-calibrate sa mga ito ay karaniwang isang proseso na nakakaubos ng oras, gayunpaman, sa pamamagitan ng paggamit ng calibration apparatus, ito ay napakadali sa pamamagitan ng pag-twist ng knob at pagpindot ng button.

Ang sistema ng pagkakalibrate ng displacement transducer ay isang kumpletong solusyon para i-calibrate ang mga transduser na ito na may hanggang 50.8mm na mga displacement na may 13 microns na resolusyon. Ginagamit ito sa anumang system, bagama't may kasama itong custom na software upang hayaan ang mabilis at madaling pagkakalibrate kapag ginamit sa mga NI system.

Mga Uri ng Displacement Transducer

Mayroong iba't ibang uri ng displacement transducers na available na kilala rin bilang displacement sensors tulad ng potentiometer, strain gauge, capacitive, at LVDT. Kaya ang bawat uri ay tinalakay sa ibaba.

Resistive Transducer

Ang isang resistive transducer ay tinatawag ding variable resistance transducer dahil ito ay gumagana sa prinsipyo ng variable resistance transduction. Ang transducer na ito ay isa sa pinakamadalas na ginagamit na displacement transducer, na ginagamit upang sukatin ang iba't ibang pisikal na dami tulad ng pressure, displacement, puwersa, temperatura, at vibrations at ginagawang electrical signal ang mga ito.

Capacitive Transducer

Ang capacitive transducer ay isang passive transducer na gumagana sa pamamagitan ng paggamit ng external power. Ang transducer na ito ay pangunahing ginagamit upang sukatin ang presyon, pag-aalis, paggalaw, puwersa, bilis at iba pang mga parameter. Gumagana ang transducer na ito sa variable capacitance principle, kaya nagbabago ang capacitance ng transducer na ito dahil sa maraming dahilan tulad ng dielectric constant, overlapping ng mga plate, at pagbabago sa loob ng distansya sa pagitan ng mga plate. Ito ay isang passive na uri kung saan ang pantay at magkasalungat na singil ay nabuo sa mga plato dahil sa inilapat na boltahe sa capacitor plate na pinaghihiwalay sa pamamagitan ng dielectric na materyal.

Linear Variable Differential Transformer

Ang LVDT o linear variable differential transformer ay isang uri ng displacement transducer. Kasama sa transducer na ito ang tatlong symmetrically spaced coils kung saan ang primary coil ay ang center coil at ang natitirang dalawang coils ay secondary coils. Ang mga ito ay pangunahing konektado sa serye at nakaposisyon nang pantay na may paggalang sa pangunahing likid. Mangyaring sumangguni sa link na ito upang malaman ang higit pa tungkol sa - LVDT .

Inductive Transducer

Ang inductive transducer ay isang uri ng displacement transducer na gumagana sa transduction o electromagnetic induction na prinsipyo. Upang sukatin ang mga kinakailangang pisikal na dami tulad ng puwersa, displacement, bilis, presyon, acceleration, torque, s mutual o self-inductance ay iba-iba. Ang pinakamagandang halimbawa ng transduser na ito ay ang LVDT. Mangyaring sumangguni dito sa link na ito upang malaman ang higit pa tungkol sa inductive transducer .

Strain Gauge

Ang strain gauge displacement transducer ay ginagamit upang baguhin ang mga pisikal na dami tulad ng pressure, displacement, o load sa mechanical strain, at ang mekanikal na strain na ito ay binago sa electrical o/p na may mga naka-mount na strain gauge sa elastic body. Ang strain gauge displacement transducer ay pangunahing ginagamit para sa pagsukat ng displacement sa 0 hanggang 10 mm na hanay. Ang transducer na ito ay may maikling haba ng katawan kumpara sa LVDT at walang mga electromagnetic effect. Ang mga strain gauge transducers na ito ay may lubos na matatag at maaasahang pagganap. Mangyaring sumangguni dito sa link na ito upang malaman ang higit pa tungkol sa strain gauge .

Mga Kalamangan at Kahinaan

Ang mga bentahe ng displacement transducer ay tinalakay sa ibaba.

• Ang mga transducer ng displacement ay may mahusay na linearity.
• Mayroon silang napakataas na katumpakan.
• Mayroon silang hanggang 0.01 µm na natitirang resolusyon.
• Ang mga ito ay mapagparaya sa matataas na magnetic field, radio-active na kapaligiran, at malawak na hanay ng temperatura.
• Mayroon silang isang malakas na disenyo at mahusay na katatagan.
• Ang mga transduser na ito ay maaaring i-mount sa anumang direksyon.
• Ang pagkonsumo ng kuryente ng mga LVDT ay mababa.
• Ang mga ito ay napakasensitibo at napakadaling ihanay at mapanatili.
• Ang mga transduser na ito ay may mababang pagkawala ng hysteresis.
• Mas mataas ang hanay ng pagsukat.
• Ang transducer na ito ay isang frictionless device.

Mga disadvantage ng displacement transducer ay tinalakay sa ibaba.

• Ang displacement transducer ay nangangailangan ng napakataas na displacement upang makagawa ng mataas na boltahe.
• Kailangan nito ng shielding dahil ito ay napaka tumutugon sa magnetic field.
• Ang pagganap ng transduser ay maaaring maapektuhan ng mga vibrations pati na rin ang mga pagbabago sa temperatura.
• Ito ay nangangailangan ng isang panlabas na demodulator upang makakuha ng DC output.
• Ang dynamic na tugon ng transduser na ito ay limitado.

Mga aplikasyon

Ang mga aplikasyon ng displacement transducers ay kinabibilangan ng mga sumusunod.

• Ginagamit ang mga displacement transducer upang sukatin ang relatibong paggalaw sa pagitan ng tip ng sensor at ng umiikot na baras.
• Ginagamit ito sa matibay na makinarya kung saan man naililipat ang napakaliit na vibration mula sa baras hanggang sa casing ng makina.
• Ginagamit ang mga ito sa sektor ng industriya at maging sa pampublikong sektor tulad ng machine automation, aerospace at aircraft, power turbines, hydraulics, atbp.
• Ang mga LVDT ay ginagamit para sa pagsukat ng mga displacement na mula mm hanggang cms.
• Ginagamit ang mga ito sa mga CNC machine para sa pagsukat ng displacement.
• Ginagamit ang mga ito para sa kapal at pagsukat ng mga pinagsamang metal sheet.
• Ginagamit ang mga ito sa loob ng mga channel para sa pagsukat ng tensyon.
• Ang mga RVDT displacement transducer ay ginagamit sa loob ng mga flight control system.
• Ang mga uri ng potentiometer ay ginagamit para sa pagsukat ng puwersa, acceleration at pressure.

Kaya, ito ay isang pangkalahatang-ideya ng isang displacement transduser – gumagana kasama ang mga aplikasyon. Kung ang isang katawan ay lumipat mula sa isang posisyon patungo sa isa pa sa loob ng isang tuwid na linya, pagkatapos ay ang haba sa pagitan ng dalawang posisyon na iyon ay tinatawag na tinatawag na displacement. Ang displacement ay isang pisikal na dami tulad ng bilis, temperatura, puwersa, atbp.

Kaya ang isang displacement transducer ay ginagamit para sa pag-convert ng mechanical vibration/motion, partikular na rectilinear motion sa mga electric signal, isang nababagong electrical current, o boltahe. Ang mga halimbawa ng displacement transducers ay; displacement at bending strains na sumusukat sa mga sukat ng normal na displacement, pagsukat ng mga bitak sa loob ng kongkreto, at girder bend. Narito ang isang tanong para sa iyo, ano ang function ng isang transduser?