مبدل القایی

مبدل القایی به عنوان مبدل القایی متغیر نیز نامیده می شود. هنگامی که یک کمیت فیزیکی که باید اندازه گیری شود، مانند حرکت، جابجایی، ارتعاش، شتاب، نیرو، سرعت و غیره، تغییراتی در خواص القایی سیم پیچ حسگر، یا خواص مغناطیسی مواد هسته یا خواص الکتریکی مدارهای مغناطیسی ایجاد می کند، این حسگرها یا مبدل ها سنسورهای القایی/ مغناطیسی نامیده می شوند و در دسته مبدل های القایی قرار می گیرند.
اغلب، تغییر در خواص القایی به عنوان اثر کمیت فیزیکی که باید اندازه‌گیری شود، منجر به تغییر در خواص الکتریکی مانند تغییر ولتاژ AC (یا EMF) و یا جریان AC می‌شود که می‌توان مستقیماً اندازه‌گیری کرد و از این رو می‌توان آن را بر حسب واحد کالیبره کرد. اندازه گیری برای یک محدوده

•  مبدل مبتنی بر القایی خود
•  مبدل مبتنی بر اندوکتانس متقابل
•  مبدل نوع رلوکتانس متغیر
•  ترانسفورماتور دیفرانسیل – LVDT & RVDT

سایر مبدل های القایی نوع خود مولد به شرح زیر است:

• ژنراتور کویل متحرک
•  نوع الکترو مغناطیسی
•  نوع الکترودینامیک
•  نوع جریان گردابی

اصل کار مبدل القایی

از آنجایی که چندین پیکربندی برای مبدل های القایی و مغناطیسی وجود دارد، اصول کار مبدل القایی و مبدل های مغناطیسی را می توان با موارد زیر درک کرد:

مبدل مبتنی بر القایی خود

خود القایی خاصیت سیم پیچ حامل جریان (سلف) است که با تغییر جریانی که از خود عبور می کند مخالف است یا مقاومت می کند. این عمدتاً به دلیل EMF خود القا شده در خود سیم پیچ رخ می دهد. جهت EMF القایی مخالف ولتاژ اعمال شده است که باعث می شود جریان از سیم پیچ عبور کند.
از فرمول های خود القایی، مشخص می شود که خود القایی تابعی از تعداد دور سیم پیچ، رلوکتانس، نفوذپذیری و عامل هندسی است، بنابراین زمانی که یک متغیر فرآیند به عوامل زیر تغییر می کند، می توان آن را با تشخیص تغییر در خود اندازه گیری کرد. اندوکتانسی که می تواند به شکل تغییر ولتاژ در آن یا جریان عبوری از آن تبدیل شود و ممکن است بر حسب واحد متغیر فرآیند کالیبره شود.

مبدل مبتنی بر اندوکتانس متقابل

هنگامی که دو سیم پیچ به قدری نزدیک باشند که شار مغناطیسی ایجاد شده به دلیل یک سیم پیچ حامل جریان به گونه ای به هم وصل شود که یک EMF در سیم پیچ ثانویه تولید می شود که با تغییر جریان عبوری از سیم پیچ مخالف یا مقاومت می کند. این پدیده که جریان و ولتاژ یک سیم پیچ ثانویه را تحت تأثیر قرار می دهد یا تغییر می دهد، اندوکتانس متقابل نامیده می شود.
از آنجایی که می دانیم یک اندوکتانس متقابل می تواند در حضور دو یا چند سیم پیچ متصل به یک میدان مغناطیسی وجود داشته باشد. در اینجا می توانیم اندوکتانس متقابل را همانطور که در زیر نشان داده شده است استخراج کنیم-

از فرمول های اندوکتانس متقابل، واضح است که اندوکتانس متقابل تابعی از خود القایی هر دو سیم پیچ L1، L2 و ضریب جفت (K) است. ضریب کوپلینگ (K) به فاصله و جهت بین دو سیم پیچ بستگی دارد و بنابراین می توان جابجایی را اندازه گیری کرد. و خود القایی سیم پیچ باز هم تابعی از تعداد دور سیم پیچ، رلوکتانس، نفوذپذیری و عامل هندسی است.
بنابراین هنگامی که یک متغیر فرآیند به عوامل زیر تغییر می‌کند – مانند ضریب کوپلینگ خود القایی فردی سیم‌پیچ‌ها، می‌توان آن را با تشخیص تغییر در اندوکتانس متقابل اندازه‌گیری کرد که می‌تواند به شکل تغییر ولتاژ در سیم پیچ ثانویه یا جریان عبوری از سیم پیچ تبدیل شود. و ممکن است بر حسب واحد متغیر فرآیند کالیبره شود.

مبدل نوع رلوکتانس متغیر

از آنجایی که همه ما می دانیم که عدم تمایل مدارهای مغناطیسی اساساً مشابه مقاومت در مدارهای الکتریکی است که تمایل به مخالفت با تغییر شار مغناطیسی موجود در مدارهای مغناطیسی دارد. به عنوان نسبت نیروی محرکه مغناطیسی (یا MMF) به شار مغناطیسی (ɸ) تعریف می شود. نفوذپذیری معکوس بی میلی نامیده می شود که از تغییر شار مغناطیسی از طریق مدارهای مغناطیسی پشتیبانی می کند. تعاریف دیگر برای رلوکتانس مغناطیسی (R) به عنوان ویژگی مسیر یا هسته مغناطیسی برای مخالفت با شار تعریف شده است و به نفوذپذیری (µ) و هندسه (G) هسته بستگی دارد.

از آنجایی که نتیجه گیری عدم تمایل مدار مغناطیسی / ماده هسته تابعی از پارامترهای داده شده در بالا است، هرگونه تغییر در این پارامترها توسط کمیت فیزیکی مانند جابجایی، نیرو، سرعت، سرعت زاویه ای و غیره منجر به تغییر در رلوکتانس می شود که می تواند با ترکیب پایه اندازه گیری شود. مدارهای الکترونیکی را می توان از نظر کمیت فیزیکی کالیبره کرد و اندازه گیری کرد. مبدل‌های رلوکتانس متغیر که سنسور VR نیز نامیده می‌شود. سنسور تغییر در حضور یا نزدیکی اجسام آهنی را تشخیص می دهد. به غیر از آن سنسورهای VR برای موقعیت، سرعت خطی، سرعت زاویه ای، گشتاور، سرعت زاویه ای و غیره استفاده می شوند. یک مثال ساده از سنسور VR، حسگر مجاورتی است.

ترانسفورماتور دیفرانسیل – LVDT & RVDT

نوع دیگری از مبدل القایی ترانسفورماتور دیفرانسیل است که اساساً یک ترانسفورماتور هسته متحرک است و ولتاژ خروجی الکتریکی متناسب با جابجایی هسته متصل به جسم متحرک تولید می کند. دو پیکربندی ممکن وجود دارد – یکی برای جابجایی خطی به نام “ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی یا LVDT” و دیگری برای جابجایی زاویه ای / چرخشی به نام “ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر چرخشی یا RVDT” استفاده می شود . LVDT و RVDT هر دو مبدل غیرفعال و نوعی مبدل الکترومکانیکی هستند. ساخت ساده ترانسفورماتور دیفرانسیل به صورت زیر نشان داده شده است:

ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی یا LVDT

ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر روتاری یا RVDT

مبدل های القایی نوع خود مولد

مبدل الکترومغناطیسی

مبدل های الکترومغناطیسی مبدل های القایی فعال / خود تولید هستند که در آنها سیگنال ولتاژ یا EMF به دلیل حرکت نسبی بین یک آهنربای دائمی و یک هسته آهنی / هسته مواد فرو مغناطیسی دیگر القا می شود. از یک آهنربای دائمی ثابت تشکیل شده است که یک سیم پیچ روی آن زخمی شده و یک هسته آهنی نزدیک به آهنربا قرار می گیرد تا شار مغناطیسی آهنربای دائمی را بتوان به هسته آهنی متحرک متصل کرد. هنگامی که حرکت هسته وجود دارد، شار مغناطیسی نیز تغییر می کند و بنابراین EMF را در سیم پیچ تولید می کند که قابل اندازه گیری است. به این ترتیب، پیک مغناطیسی نیز می گویند. مفیدترین کاربرد مبدل الکترومغناطیسی اندازه گیری سرعت شفت روتور است که در آن یک پیک مغناطیسی در نزدیکی دندانه ها یا چرخ دنده چرخان شفت قرار می گیرد و از این رو اندازه گیری سرعت با کالیبره کردن پیک برای تشخیص سرعت با دقت بسیار بالا انجام می شود.

مبدل الکترودینامیک (مولد سیم پیچ متحرک)

مبدل الکترودینامیک یا یک مولد سیم پیچ متحرک نیز مبدل فعال خود مولد است که در آن یک سیم پیچ در میدان مغناطیسی تولید شده توسط آهنربای دائمی حرکت می کند و بنابراین EMF را در سراسر سیم پیچ تولید می کند و در اینجا می توان از آن برای سرعت استفاده کرد. یک نمودار برای مبدل ژنراتور سیم پیچ متحرک به صورت زیر نشان داده شده است:

مبدل جریان گردابی

هنگامی که یک هادی/صفحه رسانا در نزدیکی سیم پیچی که جریان متناوب دارد قرار می گیرد. این جریان های دایره ای را در هادی ایجاد می کند که دارای میدان مغناطیسی خاص خود است که با جریان AC از طریق سیم پیچ مخالف است. صفحه رسانایی که جریان در گردش را حمل می کند جریان گردابی نامیده می شود. این جریان های دایره ای را جریان های گردابی می نامند. القای جریان های گردابی در هادی منجر به کاهش شار مغناطیسی و در نتیجه تغییرات در اندوکتانس سیم پیچ می شود که قابل تشخیص است. اصل جریان گردابی برای کاربردهای زیر استفاده می شود:

•  تشخیص مجاورت صفحات رسانا با استفاده از سنسور مجاورت
•  لرزش در تجهیزات دوار مانند کمپرسور، پمپ، توربین و غیره با استفاده از پروب های ارتعاشی،
•  تشخیص عیب / اندازه گیری نقص در صفحات رسانا / اشیاء،
•  یافتن قطعات گمشده در محصولات رسانای نهایی و غیره