Ποια είναι η αρχή λειτουργίας ενός αισθητήρα ταχύμετρου;

Οι αισθητήρες ταχύμετρου μετατρέπουν την ταχύτητα ενός αντικειμένου σε ένα μετρήσιμο ηλεκτρικό σήμα (όπως τάση, συχνότητα ή μέτρηση παλμών), το οποίο στη συνέχεια υποβάλλεται σε ηλεκτρονική επεξεργασία για να κινήσει μια βελόνα ή να εμφανίσει μια τιμή ταχύτητας σε μια οθόνη. Η βασική αρχή τους βασίζεται στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, στο φαινόμενο Hall, στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ή στο φαινόμενο Doppler. Ακολουθεί μια ματιά στο πώς λειτουργούν διαφορετικοί τύποι αισθητήρων ταχύμετρου και σε τι χρησιμοποιούνται:
I. Αισθητήρας ταχύτητας ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής
Πώς λειτουργεί: Σύμφωνα με τον νόμο ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής του Faraday, όταν αγωγοί (όπως πηνία) κινούνται σε ένα μαγνητικό πεδίο, η κοπή των γραμμών μαγνητικού πεδίου δημιουργεί μια επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη (EMF) (τάση). Το μέγεθος του επαγωγικού emf είναι ανάλογο με την ταχύτητα με την οποία ο αγωγός κόβει τη γραμμή του μαγνητικού πεδίου, ως εξής:
E.L.v.
Οπου,
Β τάξη
Είναι η ισχύς του μαγνητικού πεδίου,
l/
είναι το πραγματικό μήκος του πηνίου, και
v. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Είναι η ταχύτητα κοπής.
Δομή:
Μαγνητικοί πυρήνες και πηνία: στερεωμένοι στο περίβλημα του αισθητήρα για να σχηματίσουν ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο.
Άξονας μαγνητικού πυρήνα που συνδέεται με το αντικείμενο που μετράται: Όταν το αντικείμενο κινείται, οδηγεί τον άξονα του πυρήνα στην περιστροφή, με αποτέλεσμα το πηνίο να κόβει τη γραμμή του μαγνητικού πεδίου.
Σήμα εξόδου: Η επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη (τάση) είναι ανάλογη της ταχύτητας και δεν απαιτεί εξωτερική παροχή ρεύματος (παθητικός σχεδιασμός).
Εφαρμογή:
Αισθητήρας ταχύτητας κινητήρα: τοποθετημένος σε περίβλημα κινητήριου άξονα ή περίβλημα κιβωτίου ταχυτήτων, τα σήματα εναλλασσόμενου ρεύματος παράγονται από την περιστροφή ενός μαγνητικού τροχού (ρότορας με γρανάζια). Το πλάτος του σήματος είναι ανάλογο της ταχύτητας και η συχνότητα αντανακλά την ταχύτητα.
Παρακολούθηση κραδασμών: Για παράδειγμα, ο αισθητήρας ταχύτητας SZ-6K παρακολουθεί την ταχύτητα, το πλάτος και τη συχνότητα των κραδασμών, προκειμένου να παρέχει έγκαιρη προειδοποίηση για δυσλειτουργίες σε περιστροφικά μηχανήματα, όπως αντλίες και ανεμιστήρες.
Πλεονεκτήματα και αδυναμίες:
Πλεονεκτήματα: Απλή δομή, αξιόπιστη, απόκριση χαμηλής συχνότητας, δεν απαιτείται εξωτερική παροχή ρεύματος.
Αδυναμίες: Μικρό μέγεθος, ακατάλληλο για μέτρηση ταχύτητας. ευαίσθητο στη θερμοκρασία, απαιτούν κύκλωμα αντιστάθμισης.
ii. Αισθητήρας ταχύτητας εφέ Hall
Πώς λειτουργεί: Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από έναν ημιαγωγό (στοιχείο Hall) τοποθετημένο σε μαγνητικό πεδίο, δημιουργεί μια διαφορά τάσης (τάση Hall) κάθετη προς την κατεύθυνση του ρεύματος και του μαγνητικού πεδίου. Καθώς η ένταση του μαγνητικού πεδίου αλλάζει, το ίδιο συμβαίνει και με την τάση Hall, παράγοντας τετραγωνικούς-παλμούς κυμάτων ανάλογους της ταχύτητας.
Δομή:
Στοιχείο Hall: Παρέχει σταθερό ρεύμα εργασίας.
Γρανάζας σκανδάλης/Τροχός με μαγνητικό πόλο: Αλλάζει την ένταση του μαγνητικού πεδίου καθώς περιστρέφεται ο μετρούμενος άξονας.
Σήμα εξόδου: η συχνότητα είναι ανάλογη της ταχύτητας, το πλάτος είναι η επακόλουθη διαμόρφωση κυκλώματος απαιτείται.
Σκοπός: Αισθητήρας θέσης στροφαλοφόρου/εκκεντροφόρου άξονα αυτοκινήτου: Κυκλώματα ανάφλεξης σκανδάλης και ψεκασμού καυσίμου.
Αισθητήρας ταχύτητας τροχού (ABS): Ανιχνεύει την ταχύτητα του τροχού για να αποτρέψει το κλείδωμα κατά το φρενάρισμα.
Πλεονεκτήματα και αδυναμίες:
Πλεονεκτήματα: Μέτρηση χωρίς επαφή, μεγάλη διάρκεια ζωής, γρήγορη ταχύτητα απόκρισης, βολική επεξεργασία σήματος ψηφιακής εξόδου.
Αδυναμίες: Απαιτείται εξωτερικό τροφοδοτικό, στόχος που απαιτείται να ενεργοποιηθεί (γρανάζι/πόλος).
III. Αισθητήρας ταχύτητας φωτοηλεκτρικού εφέ
Πώς λειτουργεί: Η ταχύτητα μετριέται από την εκπομπή, το μπλοκάρισμα ή την αντανάκλαση του φωτός. Το φως από μια πηγή φωτός (όπως το LED) φωτίζει την επιφάνεια ενός περιστρεφόμενου αντικειμένου (ή ενός διάτρητου/οδοντωτού δίσκου), ενώ ένας φωτοευαίσθητος δέκτης (όπως η φωτοδίοδος) ανιχνεύει αλλαγές στο φως και παράγει παλμικό σήμα.
Δομή: Πηγή φωτός και δέκτης: τοποθετούνται το ένα απέναντι από το άλλο (μετάδοση) ή στην ίδια πλευρά (αντανάκλαση).
Κωδικός δίσκος/Ανακλαστικός δείκτης: Μεταβάλλει τη διαδρομή του φωτός κατά την περιστροφή, παράγοντας παλμούς.
Σήμα εξόδου: Η συχνότητα είναι ανάλογη της ταχύτητας και απαιτεί μετέπειτα επεξεργασία κυκλώματος.
Σκοπός: σερβοκινητήρες, εργαλειομηχανές CNC, εκτυπωτής και άλλες μετρήσεις υψηλής{0}ακρίβειας.
Μέτρηση ταχύτητας οπτικού ποντικιού: Η ταχύτητα κίνησης υπολογίζεται ανιχνεύοντας αλλαγές στο ανακλώμενο φως στην επιφάνεια εργασίας.
Πλεονεκτήματα και αδυναμίες:
Πλεονεκτήματα: Χωρίς αφή, υψηλή ακρίβεια, γρήγορος χρόνος αντίδρασης.
Αδυναμίες: Ευαίσθητο στη ρύπανση, μπορεί να διαταραχθεί από το φως του περιβάλλοντος, πολύπλοκη δομή.
IV. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Αισθητήρας ταχύτητας φαινομένου Doppler
Πώς λειτουργεί: Όταν μια πηγή κύματος κινείται σε σχέση με έναν παρατηρητή, η συχνότητα των κυμάτων που λαμβάνει ο παρατηρητής αλλάζει (μετατόπιση Doppler). Οι αισθητήρες εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα (κύματα ραντάρ ή λέιζερ), η συχνότητα των οποίων είναι ανάλογη με την ταχύτητα του αντικειμένου (v) και η συχνότητα μεταξύ των ανακλώμενων και των εκπεμπόμενων κυμάτων (Δf):
Vf
Χρήσεις: Χρησιμοποιείται για μέτρηση ταχύτητας: Ταχύμετρα ραντάρ, ταχύμετρα λέιζερ.
Βιομηχανική Παρακολούθηση: Μέτρηση ταχύτητας σύρματος μεταλλικών φύλλων και χαρτιού.
Μέτρηση ταχύτητας ρευστού: Τα ταχύμετρα λέιζερ Doppler (LDV) μετρούν την ταχύτητα ροής ενός υγρού ή αερίου.
Τα υπέρ και τα κατά
Πλεονεκτήματα: Χωρίς αφή, μέτρηση μεγάλης-εμβέλειας, υψηλή ακρίβεια.
Αδυναμίες: Υψηλό κόστος, απαίτηση εστίασης στο στόχο, γωνία που επηρεάζει τα αποτελέσματα μέτρησης (ανάγκη για αντιστάθμιση συνημιτόνου).
V. Ειδικές Εφαρμογές Αισθητήρες Ταχύμετρων σε αυτοκίνητα
Ένδειξη ταχύτητας οχήματος: το σήμα εξόδου του αισθητήρα υποβάλλεται σε ηλεκτρονική επεξεργασία και η ένδειξη κίνησης ή οι οθόνες δείχνουν ταχύτητα.
Ηλεκτρομαγνητικό ταχύμετρο: Οδηγεί την εκτροπή του δείκτη μέσω του σήματος ρεύματος, υψηλής ακρίβειας.
Ψηφιακό ταχύμετρο: Εμφανίζει αριθμούς απευθείας, πιθανώς ενσωματωμένους σε πίνακα οργάνων ή κεντρική οθόνη ελέγχου.
Λειτουργίες ελέγχου
Σερβο έλεγχος ταχύτητας ρελαντί κινητήρα: ρυθμίστε την ταχύτητα στο ρελαντί, μειώστε την κατανάλωση καυσίμου.
Αυτόματη αλλαγή κιβωτίου ταχυτήτων: προσδιορίστε το χρόνο αλλαγής με βάση την ταχύτητα και την ταχύτητα του κινητήρα.
Cruise control: Διατηρήστε τη ρυθμισμένη ταχύτητα για να μειώσετε την κόπωση του οδηγού.
Έλεγχος ανεμιστήρα ψύξης: ρυθμίστε την ταχύτητα του ανεμιστήρα ανάλογα με την ταχύτητα και τη θερμοκρασία του κινητήρα.