حسگرها (دريابه)و مبدل ها Sensors & Transducer حسگر يا مبدل • هر دو از اجزاء وسايل اندازه گيری هستند • هر دو کميتی.
Download
Report
Transcript حسگرها (دريابه)و مبدل ها Sensors & Transducer حسگر يا مبدل • هر دو از اجزاء وسايل اندازه گيری هستند • هر دو کميتی.
حسگرها (دريابه)و مبدل ها
Sensors & Transducer
حسگر يا مبدل
• هر دو از اجزاء وسايل اندازه گيری هستند
• هر دو کميتی فيزيکی را به شکل قابل استفاده ای تبديل می کنند
• حسگر اينکار را بدون دريافت انرژی خارجی انجام می دهد ولی
مبدل با دريافت انرژی خارجی!!
تعاریف دیگر از ترانسدیوسر
• انرژی را از شکلی به شکل دیگر تبدیل می کنند
– تبدیل انرژی الکتریکی ،نیوماتیکی ،هیدرولیکی و غيره به نيروی
مکانیکی یا تغیير مکان که در این صورت به آنها ترانسدیوسر
های خروجی یا Activatorمی گویند
• گاهی به ترانسدیوسر های ورودی سنسور اطالق می شود
– تبدیل دما ،فشار ،و کلیه پارامتر های حالت به عالئم الکتریکی
انواع مبدل
.1کميتهای غير الکتريکی به الکتريکی
.1
ً
شکل ولتاژی معموال ارجح است
( 4تا 20ميلی آمپر) يا 1 - 5ولت
.2کميتهای غير الکتريکی به پنوماتيکی
.3پنوماتيکی به الکتريکی
.4الکتريکی به پنوماتيکی
• مبدل های الکتريکی به داليل زير ارجح تر هستند
–
–
اصطکاک و اينرس ی در خروجی انها تاثير ندارد
تقو يت سيگنال با سهولت انجام می شود
–
ثبت ،نمايش و انتقال سيگنال تسهيل می شود
مبدل کميتهای غير الکتريکی به الکتريکی
• تغيير کميت های مختلف ( تغيير مکان ،درجه حرارت ،فشار و )....
به تغييرات عالئم الکتريکی ( 4تا 20ميلی آمپر)
• بسته به نوع کميت اوليه می توان آنها را به حرکت مکانيکی تبديل
و نهايتا به عالئم الکتريکی تبديل نمود.
عالئم
الکتريکی
مبدل حرکت به عالئم الکتريک
حرکت
مکانيکی
ترانسديوسر الکتريکی
کميت فيزيکی
حس کننده
روشهای تبديل حرکت مکانيکی
•
•
•
•
•
•
خواص الکتريکی
– مقاومت
– ظرفيت
– سلف
فشار
سطح مايع
دما
رطوبت
نيرو
استفاده از تغيير مقاومت يا استرين گيج
Strain Gauge
• مقاومت هادی با طول رابطه خطی مستقيم و با سطح مقطع رابطه
معکوس دارد:
•
•
•
•
R
s
با کشيدن سيم مقاومت از طريق افزايش طول و کاهش سطح مقطع
افزايش می يابد
جهت بهبود بازده سيم مقاومت را روی ورق نازک پالسيکی می
چسبانند (قطر سيم حدود 1هزارم اينچ)
مقاومت معمول هر استرين گيج حدود
30 Ω to 3 kΩ (unstressed).
جهت اندازه گيری دقيق بايد از تغييرات کم مقاومت استفاده نمود و
به صورت پل
•
•
•
•
بدليل متداول بودن در اندازه گيری کرنش ) (Strainبه آنها Strain gaugeمی گويند
برای تغيير طول نسبی در اثر تنش ،نيرو ،فشار و يا حرارت
متشکل از سيم مقاومتی ظريف به صورت رفت و بر گشتی
رابطه حاکم
R
G
•
•
•
مقدار تغيير در مقاومت را می توان به تنش نيز مرتبط نمود
تغيير فرم در استرين گيج بايد تا حد االسيک باشد
براي اينكه تغيير مقاومت قابل اندازه گيری باشد بايد طول سيم حساس زياد باشد
•
•
سطح اشغال شده كم باشد تا بتوان به كرنش نقطه اي نزديك شد
بصورت حكاكي و مارپيچي
– فاكتور گيج باال (ايجاد كم كرنش سبب تغييرات زياد در مقاومت)
G.
R
ضريب گيج gage factor
• بيانگر مقدار تغيير در مقاومت گيج به تغيير طول
:Rمقاومت اوليه گيج (بدون اعمال كرنش)
:Rتغيير در مقاومت
:Lطول گيج
:Lتغيير در طول گيج
:مقدار كرنش
ً
: Gفاكتور گيج كه حدودا 2براي اليه فلزي و تا 20براي
اليه ضخيم و نيمه هادي
مواقعی با Kنشان داده می شود
R / R R
G
L / L R
استرين گيج به صورت پل
•
•
•
•
چون مقادير تغييرات خروجي كم است مناسبترين روش اندازه
گيري پل است
استفاده از پل مقاومتي (( ) DCتقسيم كننده موازي ولتاژ)
– پل امپدانس ي ( ) AC, DCمقاومت ،خازن و سلف
بر خالف پل وتسون که بايد با تغيير مقاومت حالت باالنس بر قرار
نمود در پل S.G.مقدار خارج از باالنس توسط ولت متر که در
وسط پل قرار می گيرد ،اندازه گيری می شود
قبل از اندازه گيري بايد تعادل بر قرار شود
– استفاده از پتانسيومتر
استرين گيج
A thin plastic base supports thin ribbons of metal,
joined in a zig-zag to form one long electrically
conductive strip. The entire device is typically 10
mm long, with 16 or more parallel metal bands.
E
= 4V/ Ek
• the rheostat arm of the bridge (R2 in the diagram) is set
at a value equal to the strain gauge resistance with no force applied.
• The two ratio arms of the bridge (R1 and R3) are set equal to each other
• ٌwith no force applied to the strain gauge, the bridge will be
symmetrically balanced and the voltmeter will indicate zero volts,
representing zero force on the strain gauge.
مقاومت سيمها سبب گرم شدن مدار گشته و لذا اندازه گيری با خطا همراه خواهد بود
•Resistors R1 and R3 are of equal resistance value,
•and the strain gauges are identical to one another.
•With no applied force, the bridge should be in a perfectly balanced condition and
the voltmeter should register 0 volts.
•Both gauges are bonded to the same test specimen, but only one is placed in a position
and orientation so as to be exposed to physical strain (the active gauge).
•The other gauge is isolated from all mechanical stress, and acts merely
as a temperature compensation device (the "dummy" gauge).
• If the temperature changes, both gauge resistances will change by the same percentage
and the bridge's state of balance will remain unaffected.
•Only a differential resistance (difference of resistance between the two strain gauges)
produced by physical force on the test specimen can alter the balance of the bridge.
However, if we were to take the upper strain gauge and position it so that it is exposed to
the opposite force as the lower gauge (i.e. when the upper gauge is compressed,
the lower gauge will be stretched, and visa-versa), we will have both gauges responding
to strain, and the bridge will be more responsive to applied force. This utilization is known
as a half-bridge. Since both strain gauges will either increase or decrease resistance by
the same proportion in response to changes in temperature, the effects of temperature
change remain canceled and the circuit will suffer minimal temperature-induced
measurement error:
R1
R2
F
R3
R4
R1
R1
R2
R3
R2
R4
R3
R4
When possible, the full-bridge configuration is the best to use. This is true not only
because it is more sensitive than the others, but because it is linear
while the others are not. Quarter-bridge and half-bridge circuits provide an
output (imbalance) signal that is only approximately proportional to applied
strain gauge force. Linearity, or proportionality, of these bridge circuits is best when
the amount of resistance change due to applied force is very small compared to
the nominal resistance of the gauge(s). With a full-bridge, however, the output voltage
is directly proportional to applied force, with no approximation (provided that the change
in resistance caused by the applied force is equal for all four strain gauges!).
طرز استفاده از استرين گيج
ويژه گیهای کرنش سنج خوب
•
•
•
•
•
•
•
رابطه بين تغیيرات مقاومت و تغیيرات کرنش خطی باشد
مقاومت کرنش سنج کم ولی حساسیت به کرنش باال باشد
قیمت ان کم و کاربرد ان آسان باشد
اندازه فيزیکی و جرم ان کم باشد
انعطاف پذیر باشد تا بدون ایجاد تنش اضافی در کرنش سنج روی قطعه
نسب گردد.حساسیت کمتر به عوامل محیطی مثل دما
توانایی اندازه گيری استاتیک و دینامیک
پایداری باال ،خطی بودن و پسماند کم
پتانسیومتر ها
• برای اندازه گيری جابجایی ناش ی از سرعت ،شتاب ،نيرو و فشار (در مقياس بزرگتر)
• متشکل از عناصر مقاومتی حاوی اتصال متحرک لغزان
– مقاومت متشکل از سیمی با مقاومت زیاد ( مثل نیکروم)
•
•
•
•
نصب روی پایه ثابت
مقاومت متغير بين یک انتهای سیم پیچ و اتصال لغزان
حرکت اتصال لغزان ممکن است خطی ،چرخان و حتی مارپیچی
محدوده حرکت
– خطی بين 5تا 1000میلی متر
– گرد یا دورانی از 10درجه تا 60دور ( 20000درجه)
• اگر چه تالش می شود خروجی آنها خطی باشد ولی می توان نشان داد که با افزایش
جابجایی غير خطی بودن نمایان می شود
– اگر مقاومت ناش ی از جابجایی حدود %10مقاومت کل باشد خطای ناش ی از غير خطی بودن حدود
% 5/1
– در حداکثر جابجایی حدود %12
رزولوشن پتانسیومتر
• در نوع سیم پیچی شده )(wirewoundتغیيرات مقاومت ناش ی از
حرکت لغزنده به صورت پله ای است (حرکت از یک دور به دور بعد(
– حداکثر رزولوشن ± 40میکرومتر است
• در نوع الیه کربنی (کرمت )cermetمخلوط سرامیک و فلز و یا پالستیک
هادی (مخلوط رزین پالستیک و پودر فلز)
–
–
–
–
ً
ز
اصطالحا دارای ر ولوشن بی نهایت هستند ( غير پرش ی)
مقدار رزولوشن نامشخص
بستگی به یکنواخت بودن ساختمان آنها
نمی توانند جریانهای عبوری زیاد را تحمل کنند
• نوع هیبرید
– مزایای هردو
– الیه ای از پالستیک هادی بر روی سیم پیچ
استفاده از پتانسيو متر
) (Rheostatبعنوان مبدل تغيير
مکان به عالئم الکتريکی
•با اتصال اهرم رئوستا به قطعه مورد
نظر حرکات قطعه را می توان بوسيله
تغيير مقاومت اندازه گيری نمود .
•تغيير مقاومت به صورت تغيير ولتاژ
خروجی می گردد.
•ولتاژ بين نقاط 1و 2متناسب با تغيير
مکان است
•مقاومت مورد استفاده ممکن است
خطی يا حلقوی باشد
ترانسدیوسر های تغیير مکان خازنی
• ظرفیت خازن در اثر جدا کردن دو جسم هادی توسط یک عایق دی
الکتریک حاصل می شود
• وقتی به دو سر خازن ولتاژ اعمال شود بار ± Qروی دو طرف خازن قرار می
گيرد
• ظرفیت خازن عبارتست از نسبت
: 0ضريب دي الكتريك خالء 8.85 e-12 F/m
: ضريب دي الكتريك ماده
C=Q/V
)C=0 (A/d
استفاده از تغيير ظرفيت برای مبدل تغيير مکان به عالئم
الکتريکی
رابطه مورد استفاده:
const ant
A
t
: Dielectric
Ck
3.6
k
تغيير مکان
مناسب تغيير مكان هاي كوچك ناش ي از تغييرات فشار و شتاب
(كمتر از 1ميلي متر)
(aتغيير موقعيت ماده دی الکتريک
(bتغيير فاصله بين صفحات
(cتغيير سطح موثر صفحات خازن
•در عمل انواع دو صفحه اي به دليل خروجي غير خطي مناسب نيست
•استفاده از سه صفحه اي و يا تفاضلي
مبدلهای خازنی تفاضلی
•معادل LVDTدر القايي
•به جای دو سيم اتصال سه سيم وجود دارد يکی به
صفحه
مشترک و دوم سيم ديگر هر يک به صفحه های
مجزا
•اضافه شدن ظرفيت در يک طرف معادل
کم شده در طرف ديگر است
• اين نوع مبدل به صورت پل عمل می کنند
•خروجی ظرفيت در مقياس پيکو فاراد است (كمتر
از 1000pFيا ()1nF
• برای افزايش ظرفيت خروجی و عكس العمل
سريع بايد فرکانس مدار تغذيه را زياد کرد (بيشتر
از )100 kHz
•شديداً حساس به تغييرات رطوبت (نياز به اب
بندي در محفظه خالء)
نياز به اتصال متحرك
عدم نياز به اتصال متحرك
رفتار مبدل هاي جابجايي خازني
• دو صفحه اي
– غير خطي
– با تغيير dتغيير Cبصورت هيپربوليك است
– حساسيت ( )C/ dمتناسب با 1/d2است
• سه صفحه اي (تفاضلي)
– خروجي خطي
– اگر در حالت تعادل C1=C2باشد و فاصله در دو طرف dباشد و جابجايي xدر صفحه مشترك صورت
گيرد ظرفيت ها بصورت:
))C1=0 (A/(d+x
))C2=0 (A/(d-x
اگر ولتاژ اعمال شده ، Veولتاژ خروجي بصورت خطي تغيير خواهد كرد:
C2
C1
x
Vout V1 V2 Ve
V
(
) e
d
(C1 C2 ) (C1 C2 )
در اين صورت حساسيت سيستم Vout / xبطور معكوس با dمتناسب است
استفاده از تغيير اندوکتانس در سلف
Inductive Transducers
•
•
•
•
اندوکتانس با ضريب هدايت مغناطيس ی هسته آن متناسب است.
مزيت :عدم نياز به كنتاكتور لغزنده در پتانسيومتر
ضعف :فقط با جريان ACكار مي كنند
در اين مبدلها از تغييرات خواص مغناطيس ی مدارهای الکتريکی در اثر
جابجايي اجسام يا هر حرکت مکانيکی ( تغيير مکان) استفاده می شود.
.1مبدلهای خود القايي با يک يا دو سيم پيچ
Variable self inductance T
.2مبدل های القاء متقابل Variable mutual
inductance
– دو سيم پيچه
– سه سيم پيچه
خاصيت خود القايي
•
•
•
•
•
:Lضريب القايي بر حسب هانری
:Nتعداددور سيم پيچ
:lطول متوسط سيم پيچ
:نفوذ پذيری مغناطيسی هسته
:Aسطح مقطع سيم پيچ
مرور مدار مغناطيس ي
• از بسياري جهات مثل مدار الكتريكي است ( MMFمتناظر با ولتاژ كه
باعث جاري شدن فلوي مغناطيس ي مي شود)
MMF=. = ni
• مي توان نشان داد كه خود القايي Lتابعي از رالكتانس است
)L=(n2/
• رالكتانس نيز :
V=I.R
)= (l / A
ايجاد فاصله هوايي باعث تغيير رالكتانس و در نتيجه تغير فلوي مغناطيس ي مي
شود
مثال دور شمار مغناطيس ي كه فركانس سيگنال خروجي با دور متناسب است
مدار ساده القايي
• با تغيير مکان هسته permeabilityمسير شار تغيير کرده و
ضريب القايي تغيير می کند
• با اعمال ولتاژ متناوب به دو سر
سيم پيچ با حرکت هسته بداخل سيم پيچ
جريان افزايش می يابد
مقاومت (امپدانس) مدار xL=L :يا = 2L
• حرکت هسته می تواند خروجی هر نوع
مبدل مکانيکی مثل مبدل فشار
تغيير مکان باشد
القاء متقابل Variable Mutual induction
اندازه گيری ديناميکی از نوع
Linear Displacement Transducer , LDT
اندازه گيری استاتيکی از نوع
رالکتانس متغير
ترانسفورماتور تفاضلی متغير خطی )(LVDT
LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER
• متشکل از يک سيم پيچ اوليه و دو ثانويه که به صورت سری مخالف
بسته می شوند و يک هسته متحرک.
• اوليه توسط منبع ولتاژ ACتغذيه می شود
• وقتی هسته در وسط قرار دارد ولتاژ القايي در ثانويه ها برابر و ولتاژ خروجی
صفر خواهد بود
• با حرکت هسته ولتاژ خروجی به صورت
vout= v1 –v2تغيير می کند
• ولتاژ خروجی در محدوده های کوچک جابجايي خطی است
vout= Cd
: Cضريب زاويه منحنی مشخصه مبدل
مناسب حركت خطي و شبه دوراني
پايه تئوری LVDT
ولتاژ سينوس ی )V(t)=Vmax sin(t
)VA = kA sin(t-
)VB = kB sin(t-
اختالف فاز بين سيم پيچ اوليه و دو سيم پيچ ثانويه است
kAو kBضرائب تبديل مربوط به کوپلينگ بين اوليه و ثانويه است
در حالت تعادل kAو kBبرابر هستند در نتيجه دو ولتاژ ثانويه برابر
و ولتاژ خروجی صفر خواهد بود
در غير حالت تعادل
)Vout = )kA -kB( sin(t-
ولتاژ خروجی می تواند يکسو شود و يا اينکه به صورت RMS
نمايش داده شود
ولتاژ متناوب
ورودی
اوليه
(هسته )مغزی
1 سيم پيچ
2 سيم پيچ
ولتاژ خروجی
Linear Variable Differential
Transformers are ideal for applications
in harsh industrial environments such
as high temperature and pressure
applications, dynamic applications and
long term cycles.
ميله فريتي
ً
•دو سر وسط عموما اوليه هستند
• با ولتاژ حدود 24ولت كار مي كنند
• فركانس بين 50 Hzتا 25 kHz
ً
• معموال سيگنال خروجي دستگاه به DCتبديل مي شود
• براي محدوده حركتي از 25/0تا 500ميلي متر
ً
• نسبتا گران و براي كار هاي تحقيقاتي
مبدل های مکانيکی
•
•
•
برای تبديل کميت های فيزيکی (نيرو ،فشار ،دما ،رطوبت )..،به
حرکت مکانيکی و جابجايی
با توجه به اينکه ميدان اندازه گيری کميتهای فوق ( در صنعت و
ً
کال همه امور) بسيار وسيع می باشد ،حس کردن هر يک از آنها در
تمام محدوده آنها با يک حسگر امکان پذير نيست
محدوده ها به نواحی کوچکتر تقسيم و در هر مورد حسگر
مخصوص استفاده می شود
.1
مبدل فشار به تغيير مکان (فانوس ) Bellow
لوله هاي بوردون
•
•
•
•
•
همراه با پتانسومتر براي تشخيص جابجايي
بطور محسوس رفتار غير خطي
خطاي هيسترزيس ) 1تا % 2انحراف كامل(
تا فشار هاي )(100000 psi
براي فشار هاي كم ) (1000 psiنوع مارپيچي و يا تابيده spiral
– جابجايي بيشتر ايجاد مي كنند
• باالترين دقت قابل حصول % 1/0
فانوسBellow
•
•
•
•
خطي تر از لوله بوردون
برگشت پذير ( هيسترزيس كم)
برای حس کردن فشار (در سيستم هاي پنوماتيك)
متشکل از حلقه های فلزی کنار هم
• مجهز به فنر ) (Range Springمختلف
• جهت محدوده های مختلف
• مجموعه فنر و فانوس به گونه ای بايد انتخاب شوند
که به صورت خطی عمل کند
-2نمايشگر (حسگر) سطح مايعات
• ساده ترين سنسور
• با تغيير اتصاالت مکانيکی می توان
دقت و حساسيت حسگر را با ال برد
• کاربرد در کولر ها ،مخازن مواد شيميائی
باک سوخت و کاربراتور
-3دور سنج های مکانيکی
• در واقع مبدل شتاب (نيرو) به تغيير مکان است
• R2
• به عنوان دور سنج در پمپ انژکتور (گاورنر) و دلکو
• بعنوان کليد قطع و وصل در موتور کولر
ترانديوسر کميت های فيزيکی به عالئم پنوماتيکی
• تبديل کميتهای مختلف ( تغيير مکان ،درجه حرارت )...،به تغييرات
فشار هوا ( از 3تا )PSIG 15
عالئم
پنوماتيکی
مبدل حرکت به عالئم پنوماتيکی
حرکت
مکانيکی
ترانسديوسر پنوماتيکی
کميت فيزيکی
حس کننده
اصول کار
•
•
•
•
•
متشکل از فالپر و نازل Flapper & nozzle
فالپر به عنوان ورودی عالئم مکانيکی
هوای تغذيه بطور استاندارد 20 PSIGيا 2.76 bar
فشار خروجی تابعی از فاصله فالپر است (حداکثر )0.15 mm
قطر Orificeحدود نيم ميلی متر و قطر نازل دو برابر آن
عالئم مکانيکی
0.15mm
فشار پشت نازل cm HG
50
فالپر
تغذيه هوا 20 psi
P1
نازل )(1.0 mm
)Orifice (0.5 mm
فاصله فالپر
عالئم پنوماتيکی
ترانسديوسر های پيزوالکتريک piezoelectric
• تبديل انرژی مکانيکی به الکتريکی piezo means pressure in Greek
• پديده ايجاد الکتريسيته از طريق اعمال فشار بر کريستال ها و تغيير ابعاد
• اعمال فشار سبب پوالريزه شدن کريستال و ايجاد ولتاژ می گردد (مثل ميکروفون های
پيزوالکتريک)
• اثر برگشت پذير (اعمال ولتاژ به دو وجه روبرو باعث تغيير ابعاد ان مي شود)
• مواد پيزو الكتريك بصورت بلور يا سراميك هستند
• Electrets are solids which have a permanent
electrical polarization. (These are basically the
electrical analogs of magnets, which exhibit a
permanent magnetic polarization).
الکتريکی) دارند
• این کريستال ها ساختمانی شبيه الکتريت ها (دوقطبی
ِ
• اعمال فشار سبب تغيير فرم دوقطبي ها گرديده به گونه ای که بارها کامل خنثی نمی
شوند
• كريستال كوارتز و نمك روشل خاصيت پيزو الكتريك دارند ولي اثر ان ضعيف است
• تركيبات پيزو الكتريك مصنوعي (سراميك هاي فروالكتريك) اثر بيشتر
– بر خالف كريستال ها به هر شكلي و اندازه اي توليد مي شوند
– مخلوط هايي از تيتانات باريم ،زيركونات سرب و متانيوبات سرب
P
E=gtp
A
t
• gحساسيت ولتاژ که به صورت
نسبت ميدان الکتريکی
توليد شده و فشار اعمال شده
• اين نسبت به جنس ماده و جهت
بريده شدن کريستال بستگی دارد
E gtp
g
ترانسديوسر فتوالکتريک
• جهت تبديل پرتو های نوری به عالئم الکتريکی
I=S
:Iجريان فتو الکتريک (امپر)
:شدت رو شنايي تابيده شده به کاتد (لومن)
:Sحساسيت بر حسب آمپر بر لومن
• عوامل موثر
– پوشش المپ
– طول موج پرتو ( اکثر مواد در محدوده
0.2 - 0.8ميکرون)
• مناسب اندازه گيری شدت نور
ترانسديوسرهای نور رسانا
• با برخورد نور به بعض ی نيمه رساناها
مقاومت آنها کاهش می يابد
• جريان در مدار زياد می شود
• بعنوان اندازه گيری تشعشع در تمام
طول موج ها
نور
آمپر متر
ماده نيمه رسانا
ترانسديوسر يا سلول های فتو ولتايی
•
•
•
•
متشکل از پايه فلزی ،ماده
نيمه رسانا و اليه نازک
شفاف فلزی
در اثر تابش نور ولتاژ
القاءمی شود
ولتاژ خروجی بستگی به
مقاومت ( Rتقريبا“
لگاريتمی)
در مقاومت های کمتر نزديک
به خطی می شود
اليه نازک فلزی
نيمه هادی
Eo
R
پايه فلزی
+
اساس کار باتری های خورشيدی
ترانسديوسر يونش ی ionization Transducer
•
•
•
•
شامل المپ گازی در فشار پايين ،ژنراتور
RFو صفحات تابش ی
در اثر ميدان RFولتاژی در دو سر الکترود
های المپ ايجاد می شود که بستگی به
تقارن صفحات نسبت به الکترود ها دارد
در حالت تقارن ولتاژ ( )dcصفر است
وسيله ای مناسب برای اندازه گيری
جابجايي
RF Gen.
صفحات
جابجايی
المپ گازی
E
سنجش ميدان مغناطيس ی متغير
• سيم پيچ با Nدور در ميدان
قرار می گيرد
• ولتاژ خروجی:
)E=N (d/dt
• سيگنال ميدان مغناطيس ی
(متغير) را به ولتاژ تبديل می
کند
ترانسديوسر برای ميدانهای ثابت
• بايد سيم پيچ در ميدان حرکت نمايد
• از سيم پيچ نوسانی يا چرخان
1
nAB
2
Erms
:Bچگالی شار بر حسب وبر بر متر مربع
:Aمساحت حلقه بر حسب متر مربع
:سرعت زاويه ای ( راديان بر ثانيه)
مثال :شدت ميدان مغناطيس ی را برای يک
کالف دوار با 10دور ،
مساحت ، 5 cm2سرعت دورانی rpm
100با ولتاژ 40 mVرا مشخص کنيد
)2 (0.04
2
)(10)(5 10 4 ) (100
60
2 Erms
B
nA
1.08wb / m
B
1.08
H
8.6 A / m
7
Air 4 10
2
ترانسديوسر متکی بر اثر هال
اساس کار:
اگر بر يک ماده هادی يا نيمه هادی
که حامل جريان الکتريکی است در جهت
عمود بر جريان ،ميدان مغناطيسی عبور
داده شود ولتاژ در جهت عرضی ايجاد می شود
ميدان در جهت عمود بر صفحه
جنس صفحه بايد از مواد نيمه رسانا باشد
:Iآمپر
:Bگوس
:dسانتی متر
برای مقادير ( KHضريب هال) به کتاب هوملن مراجعه شود
برای آ نتيمونيد ايريديم که در ساخت اثر هال استفاده می شود برابر 20ولت بر تسال است
B
IB
VH K H
d
کاربرد اثر هال
• اندازه گيری دور با استفاده از چرخ دنده با دندانه های آهن
ربايی
– در سيستم ترمز های ABS
– سيستم های کنترل کشش و لغزش در تراکتور
ترانسديوسر جريان
• مانند يک ترنسفورماتور
ميدان مغناطيسی در يک
سيم هادی را متمرکز می
کند
• نياز به يک Air Gap
هست تا بتوان ترانسديوسر
اثر هال را در آن قرار داد
• می توان جريان مستقيم و
متناوب را اندازه گيری
نمود
ترانسميتر Transmitter
•
•
•
•
•
•
•
•
•
در واحد های بزرگ صنعتی و گلخانه ها تمام دستگاههای کنترل يا اندازه گيری را در اتاقی به نام اتاق فرمان يا مرکز کنترل قرار می دهند.
اندازه گيری و کنترل کليه متغيرها توسط اپراتور انجام می گيرد
الزم است سيگنال ها و فرمانها از محوطه به اتاق کنترل و بر عکس منتقل شود
برای اين منظور از ترانسميتر ها در نقاط اندازه گيری استفاده می شود
از سه قسمت تشکيل می شود
در نوع الکتريکی و پنوماتيکی هستند ( انتقال از طريق سيم يا لوله)
عملکرد هر سه قسمت خطی است (تابع تبديل انها ثابت است)
قسمت مبدل و تقويت کننده در تمام ترانسميتر ها يکسان است ،فقط حس کننده فرق می کند
خروجی الکتريکی در 100درصد تغيير در ورودی بين 4تا 20ميلی آمپر و در پنوماتيکی بين 3تا Psi ، 15تغيير می کند
عالئم
خروجی
کميت ورودی
تقويت کننده
مبدل
ترانسميتر
حس کننده
تقويت کننده در ترانسديوسرها
•
•
•
•
•
عالئم خروجی از مبدلها به صورت ولتاژ ،فرکانس ،تغيير ظرفيت
هستند
ً
اين عالئم اکثرا بدليل ضعيفی قابل استفاده برای کار انداز نيستند
بايد تقويت شوند
در اکثر وسايل صوتی (بلند گو) آمپلی فاير ضروری است
امروزه مدارهای مجتمع ICاين کار را به راحتی و به روش ی ارزان
انجام می دهند
استفاده از فيدبک منفی در مبدل ها
• بمنظور پايداری در مبدل هايي که عالوه بر تبديل عالئم را تقويت نيز می کنند.
• خنثی کردن بخش ی از عالئم ورودی به مبدل
• با اينکار ضريب تقويت Gainمبدل کم می شود
• با فيد بک منفی به قيمت از دست دادن حساسيت پايداری آن زياد می شود.
X=Xi - Xf
y
عالئم خروجی 4- 20 mA DC
فيد بک مغناطيسی
حرکت ورودی
xi
k
F
Xf =Fy
تکيه گاه
تقويت کننده
اندوکتانس متغير
y kx