変位計 : 回路、種類、働きとその応用

位置センサーは、デバイス/マシン内または特定の近くにあるオブジェクトの位置内の変化を監視および測定し、送信、処理、または制御に適した信号に変化するために使用されるデバイスの一種です。変位トランスデューサが特定の種類の位置センサである場合、さまざまな種類の位置センサが利用可能です。一般に、通常のセンサーは物体の存在を感知しますが、変位センサーは、物体がある場所から別の場所に移動すると、単に変位を検出します。したがって、変位検出の量によって、オブジェクトの厚さと高さを簡単に判断できます。この記事では、 変位変換器 – アプリケーションの操作。

変位計とは？

変位トランスデューサは、物体の動きを静電信号、電磁気信号、または磁気電気信号に変換するために使用される電気機械デバイスであり、これらの信号は読み取られてデータに解釈されます。リニアおよびロータリーなどの幅広い変位変換器があります。これらのトランスデューサは、センサーとターゲット間の物理的距離の測定にも役立ちます。ほとんどの変位トランスデューサは静的および動的変位を測定するため、物体の振動を測定するために頻繁に使用されます。測定された変位は、マイクロ インチから数フィートの範囲です。

変位トランスデューサの動作原理は、非常に信頼性の高い誘導測定原理に基づいています。これらの変換器は頑丈で、非常に使いやすく、高精度を達成できます。変位変換器は、製造、研究、開発のさまざまな分野で信頼できる測定結果を提供します。

変位トランスデューサ回路図

以下の回路で使用されている変位トランスデューサは、誘導トランスデューサです。この回路は、誘導トランスデューサで変位を測定するために使用されます。

上記の回路では、トランスには一次巻線と2つの二次巻線が含まれています。 2 つの二次巻線のエンドポイントは互いに接続されているため、これらの 2 つの巻線は単純に逆直列に接続されていると宣言できます。

「VP」電圧はトランスの一次巻線に印加され、すべての二次巻線に発生する電圧を 𝑉𝑆1 𝑉𝑆2 とします。したがって、「V0」出力電圧は、二次巻線の最初のポイントで受信されます。したがって、出力電圧は V0 = VS1 – VS2 と書くことができます。上記の回路で使用されているトランスは、VS1 と VS2 の間の相違点である o/p 電圧を生成するため、差動トランスです。

コアが中心点に配置されている場合、2 つの巻線 S1 と S2 にかかる誘導電圧は等しくなります。したがって、出力電圧 V0=0 となります。この状態を変位なしと言います。

コアが中心位置よりも上に変位した場合、コイル S1 内で生成される起電力はより大きくなります。つまり、V1>V2 です。

同様に、コアが中心位置よりも下にずれている場合、S2 コイル内で生成される起電力はより大きくなります。つまり、V2>V1 です。

したがって、これら 2 つのケースでは、上向きと下向きの 2 つの変位があります。これら 2 つのケースでは、出力電圧「V0」の大きさは、中心に対するコア位置に比例します。

したがって、ボディの変位を測定したい場合は、ボディを中心コアに接続する必要があります。したがって、ボディが直線的に移動すると、コアの中間点が変化するため、V0 などの o/p 電圧もそれに応じて変化します。この状態では、o/p 電圧を測定するだけで変位を得ることができます。したがって、出力電圧の位相と大きさは、対応する物体の変位と方向を表します。

変位トランスデューサの校正

一般に、トランスデューサの校正は、測定システムから得られる結果の精度、再現性、および信頼性を維持するために不可欠な要件です。これらのトランスデューサは、学術および産業用アプリケーションで一般的です。そのため、通常は校正に時間がかかりますが、校正装置を使用すると、ノブを回してボタンを押すだけで簡単に校正できます。

変位トランスデューサの校正システムは、これらのトランスデューサを 13 ミクロンの分解能で最大 50.8 mm の変位で校正するための完全なソリューションです。 NIシステムで一度使用すると、すばやく簡単にキャリブレーションできるカスタムソフトウェアが付属していますが、どのシステムでも使用できます。

変位トランスデューサの種類

ポテンショメータ、ひずみゲージ、静電容量式、LVDT などの変位センサとしても知られる、さまざまなタイプの変位トランスデューサが利用可能です。したがって、各タイプについて以下で説明します。

抵抗トランスデューサ

抵抗変換器は、可変抵抗変換の原理で動作するため、可変抵抗変換器とも呼ばれます。この変換器は、圧力、変位、力、温度、振動などのさまざまな物理量を測定し、それらを電気信号に変換するために使用される、最も頻繁に使用される変位変換器の 1 つです。

容量性トランスデューサ

容量性トランスデューサは、外部電源を使用して動作するパッシブ トランスデューサです。このトランスデューサーは、主に圧力、変位、動き、力、速度、およびその他のパラメーターを測定するために使用されます。この変換器は可変静電容量の原理で動作するため、この変換器の静電容量は、誘電率、プレートの重なり、プレート間の距離内の変化などの多くの理由により変化します。これは、誘電体を介して分離されたコンデンサ プレートに印加された電圧により、プレート上に等しい & 反対の電荷が生成されるパッシブ タイプです。

リニア可変差動トランス

LVDT または線形可変差動変圧器は、一種の変位変換器です。この変換器には、一次コイルが中央コイルで、残りの 2 つのコイルが二次コイルである 3 つの対称的に配置されたコイルが含まれています。これらは主に直列に接続され、メインコイルに対して均等に配置されます。詳細については、このリンクを参照してください – LVDT .

誘導トランスデューサ

誘導トランスデューサは、変換または電磁誘導原理で動作する一種の変位トランスデューサです。力、変位、速度、圧力、加速度、トルクなどの必要な物理量を測定するには、相互または自己インダクタンスが変化します。このトランスデューサの最も良い例は LVDT です。詳細については、このリンクを参照してください。 誘導トランスデューサ .

歪みゲージ

圧力、変位、荷重などの物理量を機械的ひずみに変換するためにひずみゲージ式変位変換器が使用され、この機械的ひずみは弾性体に取り付けられたひずみゲージによって電気的な o/p に変換されます。ひずみゲージ式変位変換器は、主に0～10mmの範囲の変位を測定するために使用されます。このトランスデューサは、LVDT に比べて本体の長さが短く、電磁影響を受けません。これらのひずみゲージ変換器は、非常に安定した信頼性の高い性能を備えています。詳細については、このリンクを参照してください。 歪みゲージ .

長所と短所

変位トランスデューサの利点については、以下で説明します。

• 変位計は直線性に優れています。
• それらは非常に高い精度を持っています。
• 最大 0.01 µm の優れた分解能を備えています。
• これらは、高磁場、放射性環境、および広い温度範囲に耐性があります。
• それらは強力なデザインと優れた安定性を備えています。
• これらの変換器は、どの方向にも取り付けることができます。
• LVDT の消費電力は低いです。
• これらは非常に敏感で、調整と保守が非常に簡単です。
• これらのトランスデューサは、ヒステリシス損失が低くなっています。
• 測定範囲が高くなります。
• このトランスデューサは摩擦のないデバイスです。

変位変換器の欠点 以下で説明します。

• 変位トランスデューサは、高電圧を生成するために非常に大きな変位を必要とします。
• 磁場に非常に反応するため、シールドが必要です。
• トランスデューサの性能は、振動や温度変化の影響を受ける可能性があります。
• DC 出力を得るには、外部復調器が必要です。
• このトランスデューサの動的応答は制限されています。

アプリケーション

変位トランスデューサのアプリケーションには、次のものがあります。

• 変位トランスデューサは、センサ先端と回転シャフト間の相対運動を測定するために使用されます。
• 剛性の高い機械の中で、シャフトから機械のケーシングに非常に小さな振動が伝わる場合に使用されます。
• これらは、産業部門だけでなく、機械自動化、航空宇宙および航空機、パワータービン、油圧などの公共部門でも使用されています。
• LVDT は、mm から cms までの範囲の変位を測定するために使用されます。
• これらは、CNC マシンで変位の測定に使用されます。
• これらは、圧延された金属板の厚さおよび測定に使用されます。
• これらは張力測定用のチャネル内で使用されます。
• RVDT 変位変換器は、飛行制御システム内で使用されます。
• ポテンショメータ タイプは、力、加速度、および圧力の測定に使用されます。

したがって、これは変位の概要です トランスデューサー – 作動中 アプリケーションで。物体がある位置から別の位置に直線内で移動した場合、その後、それらの 2 つの位置の間の長さは変位と呼ばれます。変位は、速度、温度、力などの物理量です。

そのため、変位トランスデューサは、機械的な振動/運動、特に直線運動を電気信号、可変電流、または電圧に変換するために使用されます。変位変換器の例は次のとおりです。変位と曲げひずみ 通常の変位の測定、コンクリート内の亀裂の測定、および桁の曲げ。ここで質問です。トランスデューサの機能は何ですか?