studiul analitic si numeric al senzorilor inductivi cu inductoare planare spiralate - dinescu ionut...

7/25/2019 STUDIUL ANALITIC SI NUMERIC AL SENZORILOR INDUCTIVI CU INDUCTOARE PLANARE SPIRALATE - Dinescu Ionut D

1/24

Facultatea de Inginerie Electric

Universitatea POLITEHNICA din Bucureti

Splaiul Independenei 313, 060042, Sala EB225, Bucureti, RomniaTel !4 021 402"#144$ %a& !4 021 31'"10"16

((("elt)"up*"ro$e+mailoice"elt) -up*"ro

UNIVERITATEA POLITEHNICA! BUCURETI

FACULTATEA "E IN#INERIE ELECTRICA

PROIECT "E CERCETARE

TU"IUL ANALITIC I NU$ERIC AL EN%ORILOR

IN"UCTIVI CU IN"UCTOARE PLANARE

PIRALATE

C&&rd&nad&r stiinti'ic( C&n') "r) Ing) I&si' Ne*&ianu

A+s&lvent( I&nut "aniel"INECU

,-./
http://www.elth.upb.ro/http://www.elth.upb.ro/mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]://www.elth.upb.ro/


2/24

CUPRIN

1" I.TR/ERE1"1 I/RT. TE7./8/9IEI SE.S/RI8/R1"2 RTERISTII8E SE.S/RI8/R1"3 SE.8E E IESIRE TIIE, 8E SE.S/RI8/R

2" SE.:/RI E R/;IITTE2"1 SE.:/RI E R/;IITTE I.TI


3/24

1. INTRODUCERE

1.1 Importana tehnologiei sensorilor.

reterea deo>e*it? a automati@?rii >i>temelor de producie nece>it? olo>irea unorcomponente care >? ie capa*ile >? primea>c? i >? tran>mit? inormaii reeritoare la proce>ulde producie" Sen>orii indelpine>c ace>te uncii i importana lor a cre>cut An ultimii ani An

proce>ul de m?>urare i de control al proce>elor te)noloice" Sen>orul urni@ea@? inormaiileunui controler >u* orma unor Caria*ile deproce>" rin Caria*ile de proce> >e inele m?rimii@ice care caracteri@ea@? proce>ul te)noloic re>pectiCtemperatur?, pre>iune, or?, lunime,un)i de rotaie, niCel, de*it, etc"

E&i>t? >en>ori pentru maDoritatea m?rimilor i@ice care reacionea@? la una din ace>tem?rimi i tran>mit >emnale releCante"

1.2 Caracteristicile sensorilor:

n >en>or e>te un conCertor care tran>orm? o m?rime i@ic? de e&emplutemperatur?, di>tan?, pre>iuneF intr+o alt? m?rime mai uor de eCaluat + An mod u@ual,o m?rime electric?"

n >en>or nu tre*uie >? enere@e Antotdeauna un >emnal electric" e e&emplu o CalC?pneumatic? enerea@? un >emnal pneumatic la ieire >u* orma unei >c)im*?ri depre>iune"

Sen>orii >unt di>po@itiCe care pot >? opere@e att cu aDutorul unui contact, de e&empluun comutator, un >en>or de or?, >au, ?r? contact, de e&emplu *arier? de lumin?,

*arier? de aer, >en>or manetic" n >implu comutator poate i un >en>or"

Sen>orul e>te un di>po@itiC care poate monitori@a un proce> prin >emnali@area eroriloranali@area ace>tora i tran>miterea inormaiilor c?tre alte componente"

li termeni utili@ai pentru >en>ori conCertor + conCerter enle@?Fcodiicator + encoder> enle@?F

detector + detector enle@?F

traductor + tran>ducer enle@?F

Ali termeni utilizai.

+ Sensor component+ prin >en>or component >e Anelee acea parte a >en>orului care primete

m?rimea m?>urat? dar nu permite o utili@are independent? a ace>teia deoarece e>te nece>ar? oproce>are a >emnalului"

+ Si>tem de >en>ori G un >i>tem de >en>ori con>t? din componente dierite de m?>urare ieCaluare al c?ror num?r depinde de uncia >emnalelor din proce>ul re>pectiC"omponentele>unt ade>ea reali@ate modular"

+ Si>tem multi>en>or + un >i>tem de >en>ori alc?tuit din >en>ori de acelai tip >au de tipuridierite"

E&emple

n >en>or de temperatur? i umiditate >au de pr>iune i temperatur?, iecare ?cndparte din acelai di>po@itiC"


4/24

/ com*inaie de ciCa >en>ori de pro&imitate care >e>i@ea@? m?rimea i materialulpie>elor de prlucrat"

/ com*inaie de mai muli >en>ori c)imici pentru a@e prin care >en>orii au unr?>pun> treapt? i prin intermediul unei eCalu?ri inteliente urni@ea@? mai multeinormaii caAntre, decAt ca un >en>or indiCidual"

1.3 Semnale e ie!ire tipice" ale sensorilor

unoaterea dieritelor tipuri de >emnale electrice de ieire e>te important? pentru utili@areacorct? a >en>orilor"

Semnal tip A - semnal de ieire binar.

>tel de >en>ori >unt cei de pro&imitate, de pre>iune, de niCel, de temperatur?*imetalF"

e reul? aceti >en>ori pot i conectai direct la 8 proramma*le loical controller>F"

Semnal tip B - semnal pulsatoriu

E&emplu>en>ori de cretere a lunimii i a un)iului de rotaie"Hn eneral >untcompati*ili cu 8 cu condiia olo>irii unei interee adecCate"

Semnal tip C - semnal analogic.

ceti >en>ori nu au ampliicator interat i nu reali@ea@? conCer>ia electronic?$ eleurni@ea@? >emnale de ieire analoice oarte mici, de ordinul mau >emnale care >e eCaluea@? numai prin utili@area unui circuit au&iliar"E&emple+ >en>ori pie@ore@i>tiCi >au pie@oelectrici

+celule termoelectrice

+>en>or manetic

+ >onde pentru m?>urarea p7+ului >au a conductiCit?ii

+ poteniometru linear

Semnale de tip D - semnale analogice care trebuie evaluate imediat.

ce>t tip de >en@or conine un ampliicator interat i reali@ea@? conCer>ia electronic?"

Semnale de tip E

ce>te >emnale >unt urni@ate de >en>ori i de >i>teme de >en>ori care urni@ea@? >emnale deieire >tandardi@ate" e e&empluRS+232+, RS+422+, RS+4'5 >au cu intera? pentru *u>de date cum ar i ield *u> proi*u>, >en>or G actuator G *u>F"

Sen>orii pot >? tran>orme Cariaia m?rimilor i@ice An >emnale electrice *inare >au analoice"

Sen>orii care urni@ea@? >emnale *inare >unt


5/24

>en>orii de temperatur?, de pro&imitate, de pre>iune, de niCel, CalCe"

Sen>orii analoici urni@ea@? la ieire >emnale electrice analoice + ten>iuni >au cureni"

E&emple de >en>ori analoici

Sen>ori pentru lunime, di>tan?, de depla>are, Sen>ori pentru micare linear? >au de rotaie Sen>ori pentru >upraa?, coniuraie, eometrie, Sen>ori de or?, Sen>ori de reutate, Sen>ori de pre>iune, Sen>ori de cuplu, Sen>ori de de*it Sen>ori de niCel, Sen>ori de temperatur? Sen>ori optici, Sen>ori acu>tici, Sen>ori de radiaie Sen>ori pentru >u*>tane c)imice"

2. SEN#ORI DE $RO%I&IT'TE

(eneralit)i.

.oiunea de pro&imitate >e reer? la radul de apropiere dintre dou? corpuri$ An in>talaiilete)nice >e Antalne>c ca@uri An care contrtolul po@iiei unui di>po@itiC a? de altul ace partedin An>?i proce>ul te)noloic" ontrolul po@iiei dintre di>po@itiCele alate An micare, dintrecare unul repre@int? >i>temul de reerin? >e ace cu aDutorulsenzorilor de preximitate"ce>tcontrol >e ace ?r? e&i>tena unui contact direct Antre corpurile alate An micare"

De*iniie: sen+orii e pro,imitate s-nt ispo+itie care permit etectarea !i semnali+areapre+enei -nor o/iecte 0n c0mp-l lor e aci-ne *)r) contact *i+ic c- o/iectele respectieSen@orii de pro&imitate au o caracteri>tic? tip releu + tot >au nimic G adic? >emnalul de ieirerepre@int? pre@ena >au a*>ena o*iectului controlat"

Sen@orii depro&imitate au o lar? utili@are An toate domeniile indu>triale datorit? aCantaDelorpe care le oer?

>iuran? An uncionare, po>i*ilitate de relaD intern? >au e&tern? prin modiicarea po@iieiF, ia*ilitate mare,

a*arit e&trem de redu> con>um eneretic redu>


6/24

Clasi*icarea sen+orilor e pro,imitate >e ace dup? principiul de uncionare

InductiCi apacitiCi

anetici /ptici

2.1 SEN#ORI DE $RO%I&IT'TE INDUCTII

$rincipi-l e *-ncionare.

%uncionarea >e *a@ea@? pe proprietatea potriCit c?reia m?rimea de m?>urat produce oCariaie a inductiCit?ii unei *o*ine care ace parte din circuitul o>cilant R8 al >en@orului"

InductiCitatea proprie >au mutual? a @onei actiCe a >en@orului e>te modiicat? de aceleelemente care in luenea@? eometria + lunimea Antreierului, aria >eciunii Antreierului >aupermea*ilitatea + J a circuitului manetic"

InductiCitatea unei *o*ine alc?tuit? din . >pire di>pu>e pe un mie@ manetic depermea*ilitate relatiC? Jr>upraaa >eciunii tran>Cer>ale i lunimea l e>te dat? de relaia

LK "

Ltiind c? R K e>te reluctana manetic? atunci inductiCitatea 8K " umnum?rul de >pire al *o*inei >en@orului odat? reali@at? nu poate i modiicat, >oluia pentureali@area >en@orului cu Cariaie a inductiCit?ii e>te de a produce modiic?ri ale reluctaneimanetice"

Hn ace>t >en> >e reali@ea@? circuite manetice cu arm?tura mo*il? An care ca@ m?rimeaneelectric? determin? po@iia arm?turii a? de re>tul circuitului manetic"

Schema /loce>te pr@entat? An iura

6

mpul manetic care e>te direcionat>pre ieire, e>te enerat de o *o*in? cuMun mie@ de erit? de>c)i>"

nd >en@orul e>te alimentat, circuitul

o>cilantenerea@? un curent


7/24

rincipala caracteri>tic? a >en@orilor inductiCi e>te dimen>iunea *o*inei cu ctacea>ta e>te mai mare cu att di>tana de comutare e>te mai mare" Traductoarele inductiCe pot

pune An eCiden? depla>?ri de >ute de milimetri"

entru determinarea corect? a di>tanei de comutare, An alc?tuirea >en@orilor depro&imitate inductiCi e&i>t? un electrod de cali*rare, reali@at din oel moale de 1mmro>ime, >tandardi@at

De rein-t n-mai materialele con-ctoare e electricitate pot *i etectate prin intermei-l

sen+orilor e pro,imitate in-ctii.

%olo>irea dieritelor materiale conduce la o reducere a di>tanei de comutare eectiC?"

ulidintre>en@oriidepro&imitateinductiCi>untcon>truii Anaael Anct>? conere>iuran?operaiilor

rotecie la inCer>area polarit?iiAmpotriCa aCariilor re@ultate din cone&iuniinCer>ateF

rotecie la >curt circuit rotecie la >upraten>iuni rotecie AmpotriCa eectelor Antreruperii irelor ieirea e>te *locat? dac? alimentarea

e>te deconectat?F"

Sen@orii de depla>are inductiCi >unt lar r?>pndii An aplicaii indu>triale datorit?ro*u>teii i compactit?ii lor i datorit? inluenei redu>e a actorilor de mediu" %uncionarea

>e *a@ea@? pe principiul circuitului manetic" E&i>t? dou? tipuri de >en@ori inductiCi >en@orieneratori i >en@ori pa>iCi" rimul tip urni@ea@? la ieire o m?rime actiC?, de reul?ten>iune, care e>te enerat? prin micarea unui conductor An camp manetic prin enomenulde inducieF >au prin Cariaia cmpului electromanetic An care >e al? >ituat conductorul" Hnace>t en de aplicaii, cmpul manetic tre*uie >? >e modiice cu o anumit? recCen? >emnalalternatiCF, iar depla>area conductorului apare ca o modulaie An amplitudine, adic?amplitudinea ten>iunii alternatiCe >e modiic? cu di>tana >au depla>area" Sen@orii pa>iCinece>it? o >ur>? >uplimentar? de enerie" epla>area >e traduce prin modularea ten>iuniiurni@ate de acea>ta"

rincipiile de *a@? ale uncion?rii >en@orilor inductiCi >e pot e&plica pe circuitul>implu din iura 1"


8/24

Fig) . Circuit

n>am*lul de mai >u> deCine >en@or de depla>are dac? Antreierul Caria@?" Hn ace>tecondiii reluctana circuitului manetic e>te compu>? din dou? p?ri" atorit? aptului c?

permea*ilitatea relatiC? a mie@ului eromanetic e>te mult mai mare cteCa miiF a? depermea*ilitatea aerului 1F, Cariaia de reluctan? Ca i An limite lari pentru Cariaii mici aleAntreierului"

in punct de Cedere >en@orii inductiCi de depla>are lucrea@? dup? dou? principii cureluctan? Caria*il? cu arm?tur? mo*il?F i cu inductan? Caria*il? mie@ mo*ilF" Hn am*eleca@uri Cariaia m?rimii electrice, uncie de depla>are, e>te neliniar?" entru liniari@are >eolo>e>c metode diereniale dup? cum >e Ca Cedea An continuare"

2.2 Sen+or e eplasare in-cti c- arm)t-r) mo/ile

Sen@orii cu reluctan? Caria*il? >e *a@ea@? pe modiicarea reluctanei c?ii lu&uluimanetic" ce>t en de traductoare Ai ?>e>c aplicaii An >pecial la m?>urarea acceleraiei, dar>e pot olo>i cu >ucce> i la m?>urarea depla>?rilor >au a Cite@elor"


9/24

Fig) ,en0&r de de1lasare inductiv cu ar*tur *&+ile

2.3 Sen+or e eplasare in-cti i*erenial c- arm)t-r) mo/il)

entru a o*ine o caracteri>tic? liniar? >e olo>ete modelul dierenial, cu dou?mie@uri identice i o arm?tur? mo*il? Antre ele ca An iura 3"

Fig) 2 en0&r de de1lasare inductiv di'eren3ial cu ar*tur *&+il

entru m?>urarea depla>?rilor >e utili@ea@? traductorul inductiC cu o >inur?inductiCitate i mie@ mo*il >au cu arm?tur? mo*il?"

Traductorul inductiC cu mie@ mo*il iura 4F e>te ormat dintr+o *o*in? cilindric?lun?, i&?, An interiorul c?reia >e poate depla>a a&ial un mie@ mo*il din materialeromanetic, de aceeai lunime cu *o*ina, >olitar cu pie>a a c?rei depla>are >e m?>oar?"


10/24

InductiCitatea *o*inei Caria@? An uncie de po@iia mie@ului Antre Calorile 80 >i 8ma&core>pun@?toare mie@ului >co> din *o*in?, re>pectiC complet introdu> An *o*in?"

Fig) 4 Traduct&r inductiv cu *ie0 *&+il

Traductoarele inductiCe reali@ea@? o dependen? uncional? i nu o tran>ormareF

Antre o m?rime neelectric? de intrare o*inuit o depla>are NlNF i m?rimea de ieire electric?,o Cariaie a inductanei 8" ependena 8 K lF dintre cele dou? m?rimi de natur? dierit?,con>tituie caracteri>tica >tatic? a traductorului"

rincipial traductoarele inductiCe pot i reali@ate cu o *o*in? >au mai multe *o*ine,>imple >au cuplate aCnd circuite >au poriuni de circuit eromanetic" E&ceptnd unele>oluii con>tructiCe >peciale, traductoarele inductiCe, >e cla>iic? An trei rupe principale

O >i>teme An care e>te inluenat? o >inur? inductana *o*ine >imple i du*leF$

O >i>teme An care >unt inluenate dou? inductane An >en>uri contrare *o*inedierenialeF$

O >i>teme An care >unt inluenate inductane mutuale tran>ormatoare dierenialeF"

?>ur?rile cu aDutorul ace>tor traductoare au la *a@? modiicarea parametrilorcircuitului manetic, ca o con>ecin? a >c)im*?rii po@iiei relatiCe a unor poriuni aleace>tuia, An proce>ul de m?>urare" 8a m?>ur?rile e&perimentale e>te nece>ar >? >e utili@e@e

poriunea cea mai conCena*il? a caracteri>ticii >tatice, aceea c?reia Ai core>punde o>en>i*ilitate >uicient de mare, i in >pecial, din @ona liniar? a ace>teia"

aracteri>ticile >tatice ale traductoarelor inductiCe cu *o*ine >imple re>pectiC diereniale>unt


11/24

pre@entate An iura 5"

Fig)5 c6e*e 1rinci1iale i caracteristicile statice a'erente ale traduct&arel&r inductive(

a7 +&+ina di'eren3ial8 +7 +&+ina si*1l 9.!,:+&+ine8 2:*ie0 'er&*agnetic7

?rimea de m?>urat >e poate aplica traductorului, cu >au ?ra contact mecanic" Hnprimul ca@ traductorul are arm?tur? mo*il? proprie" 8a m?>ur?torile ?r? contact, rolul dearm?tur? mo*il? Al are An>?i pie>a eromanetic? a c?rei po@iie >e determin?"

Sc)emele electrice de m?>urat, de>tinate traductoarelor inductiCe, preC?d utili@areanumai de >ur>e de >emnal de curent alternatiC" Traductoarele inductiCe uncionea@? de celemai multe ori la recCena reelei 50 7@F" entru m?>ur?ri dinamice i de mare preci@ie e>te

nece>ar? alimentarea montaDelor cu >emnale de recCen? Analt? 1 P7@ """ 50 P7@F"

tructiC? a unui traductor inductiC de tip tran>ormator dierenial pentrucontrol dimen>ional e>te pre@entat? An iura 6"

Fig)/ Varianta c&nstructiv a unui traduct&r inductiv de ti1 di'eren3ial( .:+&+ina8,:*ie0

'er&*agnetic82:g6ida; cu +ile84:arc85:ca1 1entru 1al1are

2. Tra-ctoarele in-ctie>unt reali@ate din *o*ine An?urate pe un mie@eromanetic, mie@ care poate aCea, con>tructiC, un Antreier,


12/24

rincipiul de m?>ur? >e *a@ea@? pe modiicarea lunimii a Antreierului >u* aciunea

m?rimii de intrare" Hntruct , Ca re@ulta c? reluctana An mie@ e>te neliDa*il? Anraport cu cea a aerului" >tel, >e poate >crie c? inductana traductorului Ca i

"

Fig) ..

Fig) .,

rincipiul de uncionare a unui traductor inductiC de or? e>te pre@entat An iura 11on>tat?m c?, >u* aciunea orei, >e modiic? Antreierul ceea ce conduce la Carierea lui

4,"

um lu&ul manetic e>te proporional cu inten>itatea curentului ce trece prin *o*in?

Q K 8I i innd >eama de e&pre>ia care deinete inductana *o*inei, , >e poatedetermina Caloarea curentului ce trece prin *o*in? atunci cnd Antreierul Caria@?

"

Traductoarele de tip tran>ormator >unt di>po@itiCe care utili@ea@? dou? An?ur?ri ac?ror inductan? mutual? poate i modiicat? >u* aciunea m?rimii de intrare ie prinmodiicarea po@iiei mie@ului >au Antreierului, ie prin modiicarea po@iiei An?ur?rii

primare, printr+o micare liniar? i" 13F >au de rotaie liniar?"

Traductoarele cu mie@ mo*il i" 14F >unt de> utili@ate An conCertirea depla>?rilormecanice Antr+o m?rime electric?, de o*icei o ten>iune alternatiC?" Ele con>tau dintr+o *o*in?cu mie@ mo*il, m?rimea de intrare acionnd a>upra ace>tui mie@"


13/24

Fig) .2 Traductor inductiC de tip

tran>ormator cu modiicareaAntreierului

Fig) .4 Traductor inductiC de

depla>are cu mie@ mo*il

tili@area traductoarelor inductiCe An proce>e indu>triale

3. Stai-l act-al al moelarii in-ctoarelor spiralate integrate

e+a lunul anilor te)noloiile de a*ricatie a inductoarelor >piralate au eColuat, in>a dincau@a co>tului ridicat al reali@arii de prototipuri, >+au de@Coltat dierite te)nici de modelare aace>tor inductoare" Te)nicile de modelare au rolul de a e&trae, modele ce permit >tudiereacomportamentului componentei modelate in dierite >ituattii conectarea intr+un circuitF,inainte ca acea>ta >a ie reali@atapractic" In pre@ent, >e eCidentti@a doua te)nici de inductoare

!. modelul de circuit cu parametri concentrati"

#. modelul de circuit cu parametri distribuiti.

3.1 &oele c- parametri concentrati


14/24

ircuitele care contin un numa init de elemente ideale >imple, caracteri@ate de para+metrii lor re@i>tiCi, capacitiCi >au inductiCi, >unt numite circuite cu parametri concentrati"Elementele pot i pa>iCe re@i>toare, inductoare, conden>atoareF >au actiCe >ur>e,eneratoareF" odelul pentru un inductor >piralat contine o >erie de paramtetri, ce >unt intr+o>tran>a leatura cu proprietatile eometrice ale >pirei"

Teoria circuitelor electrice cu parametrii concentrati >e ela*orea@a prin particulari@areateoriei campului electromanetic, in anumite ipote@e >impliicatoare" ractic, modelarea >ere@uma la a>irea unui circuit ec)iCalent, care pentru a aCea o acuratete ridicata tre*uie >amodele@e principalele eecte para@ite, intr+o ama de recCente cat mai e&tin>a" rincipalulneaDun> al modelelor cu parametri concentrati e>te acela ca >unt Cala*ile numai pentrurecCente de ma&im 2597@"

rin urmare, teoria cu parametri concetrati nu poate ra>punde cerintelor circuitelor inte+

rate de inalta recCenta, a>tel incat, in ace>t conte&t, o noua teorie tre*uie a*ordata, teoriecare >a ia in calcul toate eectele campului electromanetic >au >a ie mai putin re>trictiCadecat teoria cu parametri concentrati"

3.2 &oele c- parametri istri/-iti

odelul cu parametri di>tri*uiti oera o acuratete mai mare decatmodelul cu parametri

concentrati, in>a comple&itatea modelului e>te mult mai mare" curatetea modelului proCinedin aptul ca >e ia in con>iderare interactiunea reciproca a eectelor campului electro+manetic, iar comple&itatea proCine din aptul ca modelul e>te de>cri> de ecuatii cu deriCate

partiale" odelul cu parametri di>tri*uiti, de>cri> de ecuatiile lui a&(ell, completat curelatiile con>itutiCe de material >i cu conditiile pe rontiera, e>te un model continuu, ininitdimen>ional" entru a o*tine un model di>cret, cu o dimen>iune inita, >e olo>e>te o metodanumerica pentru a di>creti@a ecuatiile lui a&(ell, dintre care cele mai importante >unt %Emetoda elementului initF, % metoda dierentelor initeF >i BE metoda elmentelor de

rontieraF, numita >i o metoda momentelorF"

a >i conclu@ie enerala, indierent de metoda numerica olo>ita pentru di>creti@areaecuatiilor lui a&(ell o, %T, %E, %ITF, pro*lema >e Ca reduce, tot timpul, la

re@olCarea unui >i>tem liniar" e aceea, tipul matricei >i>temului rara, plina, >imetrica,ne>imetrica, comple&a, reala, po@itiC deinita, diaonal dominanta, etcF, re@ultata in urmaaplicarii metodei numerice, e>te oarte important in aleerea unei metode adecCate dere@olCare, directa >au iteratiCa"

3.3 $rincipi-l e *-nctionare

%unctionarea >en@orului inductiC >e *a@ea@a pe Cariatia inductantei unei *o*ine

alimentate in curent alternatiC" odiicarea inductantei are loc datorita modiicarii circuitului


15/24

manetic prin depla>area mie@ului *o*inei >au a unei parti din mie@" Ina>urand . >pire pe unmie@ manetic >e o*tine o *o*ina a carei inductanta e>te

8 K .2URmV8WSIK 7 7enrXF 1F

unde Rme>te reluctanta a circuitului manetic

RmK l1!l2FUuoYu rYSF ! dUu oYSaF 2F

cu

1" l1>i l2+ lunimea circuitului manetic din mie@ul eromanetic$

2" d + di>tanta parcur>a de liniile de camp manetic prin aer$

3" SK aria >ectiunii mie@ului$

4" SaK aria >ectiunii intreierului$

5" . K numarul de >pire al *o*inei$

6" uo+ permea*ilitatea manetica a Cidului$

M" ur+ permea*ilitatea relatiCa a mie@ului manetic"

$. SEN#ORI INDUCTII

E&i>t? mai multe >u*>pecii de >en@ori ce olo>e>c eecte electromanetice pentru a

raporta >c)im*?ri de po@iie >au Cite@e depla>?ri, rotaiiF, multe Cariante con>tructiCe Ci@nd


16/24

uncionarea An medii rele temperaturi e&treme, ume@eal?, ap?, pra, ni>ip, r?>imi,

re@iduuri indu>trialeF"

ele mai >imple traductoare din acea>t? amilie >e *a@ea@? pe acelai principiu al

induciei olo>it An tran>ormatoarele i mainile electrice, principiu o*>erCat de ic)ael

%aradaX An urm? cu aproape dou? >ecole apariia unui curent electric printr+un conductor

electric ce >e mic? Antr+un cmp maneticF"

ar i modul de e&ploatare a ace>tui principiu a condu> la o am? diCer>? de concepii

pentru >en@ori comutatoare de pro&imitate, >en@ori de inductan? Caria*il?, >en@ori de

reluctan? Caria*il?, >en@ori Z>Xnc)ro[, tran>ormatoare diereniale Caria*ile liniareUrotatiCe

8unt utili@ai pentru a >emnala apropierea >au Andep?rtarea unei inte metalice

ei >e comport? ca un comutator, iind olo>ii mai ale> An aplicaiile indu>triale An care


17/24

pre@ena unui comutator mecano+electric nu ar ace a? din cau@a mediului diicil ap?,

mi@eriiF"

n pic mai complicai, >en@orii de inductan? >au de reluctan?F Caria*il? enerea@?

un >emnal electric proporional cu depla>area unui o*iect eromanetic u@ual un ar*ore de

oelF a? de o *o*in? parcur>? de curent alternatiCF" rin con>trucie, ei >unt concepui >? ie

mai >en>i*ili la depla>are nu doar prin >e>i@area praului, precum >en@orii de pro&imitateF,

iind preerai An aplicaii precum monitori@area depla>?rii pi>toanelor An cilindru An

>i>temele pneumatice >au )idrauliceF, unde *o*ina poate i pla>at? a>tel Anct c)iar pi>tonul

>? con>tituie Zmie@ manetic["

Sen@orii de tip Z>Xnc)ro[ urm?re>c cuplaDul inductiC dintre dou? *o*ine alate Anmicare de rotaie una a? de cealalt?, actiCnd Antr+o ormaiune de tip rotor+>tator iind

deci aplica*ili pentru determinarea un)iului de rotaieF" 9radul cre>cut de comple&itate e>te

Du>tiicat >emnalul enerat iind oarte preci>F mai ale> An aplicaii de metroloie, >au de

control al orient?rii antenelor, )elio>tatelor i tele>coapelor" atorit? co>tului ridicat, ei >unt

de>eori Anlocuii de >en@ori de tip Zre>olCer[ o Cariant? con>tructiC? la care doar >tatorul are

An?ur?rile alimentate An circuitF"

Sen@orii de tip 8uri e doar un pa>"F

Ro*u>teea con>tructiC?, precum i aptul c? >emnalul electric enerat are >uicient?

putere, >unt arumentele ce ac >en@orii inductiCi potriCii pentru lucrul An medii rele i

oarte rele, ne mai nece>itnd locali@area An >trict? Cecin?tate a circuitelor de prelucrare a

>emnalelor" e partea cealalt? a *alanei >tau AmpotriC?F arumente precum a*arit, reutate

>au An ca@ul >en@orilor >oi>ticaiF condiii deo>e*ite la *o*inare i co>t" e>iur, nu >unt

aplica*ili An medii cu pertur*are eletromanetic? >emniicatiC?"


18/24

ei eneraiile mai Cec)i de >en@ori inductiCi purtau >peciicaii mai cla>ice cu

>tandardi@are >la*? An priCina aliment?rii electrice >au a cone&iunii cu circuitele din aCalF, An

ultimii ani ei Cin An pac)ete mai acce>i*ile din per>pectiCa proiect?riiUinter?rii olo>e>c

B+uri mai miniaturale i electronic? diital? An locul circuitelor analoice i cu

tran>ormatoareF, iar eerCe>cena din ace>t domeniu catali@at? a>tel i prin relaii /EF

aduce ctiuri priCind preci@ia, ma>a, Columul i co>tul >en@orilor"

ce>t capitol a pre@entat >tadiul actual atat al metodelor de modelare, cat >i celormaiimportante prorame de modelare e&i>tente" rima parte a ace>tui capitol a pre@entatmetodade modelare cu parametri concentrati, conclu@ionan ca ipote@ele >impliicatoare aleace>teiteorii >unt prea re>trictiCe pentru modelarea componentelor din circuitele interatede inaltarecCenta, implicit >i a inductoarelor >piralate" S+a >ta*ilit ca pentru inductoarele>piralate, cea

mai *una metoda de modelare, e>te metoda ce olo>e>te modele cu parametric di>tri*uiti" Inace>t >en> au o>t pre@entate principalele metode de di>creti@are a ecuatiilorlui a&(ell"

.1 &oelarea in-ctoarelor spiralate integrate

odelarea electromanetica a componentelor pa>iCe din circuitele interate de inalta

recCenta, pre>upune e&traerea unui circuit electric liniar cu parametri concentrati alcatuit

din elementele ideale R, 8, , >ur>e comandate liniar, cu parametri independenti de

recCentaF, care >a ai*a o comportare pe la *orne cat mai apropiata de comportamentul

componentei reale" entru a reali@a ace>t lucru, e>te nece>ara modelarea apro&imatiCa a

tuturor eectelor campului electromanetic de inalta recCenta, cum >unt eectul pelicular,curentii tur*ionari, intar@ierea prin propaare, etc" ce>t lucru nece>ita re@olCarea numerica

ecuatiilor lui a&(ell care de>criu toate ace>te eecte ale campului elctromanetic" rin

modelare nu >e urmare>te doar o*tinerea >olutiei numerice, ci e&traerea modelului de ordin

redu>"

In ca@ul de ata nu are releCanta Cariatia >ptiala a >olutiei, ci doar comportarea >i>temuluipe la *ornele >ale" entru a atine ace>t o*iectiC, >unt parcur>e mai multe etape ale modelariielectromanetice modelarea i@ica, matematica, analitca, numerica, iar in inal reducereaordinului"


19/24

9eometria tipica a unui inductor >piralat interat

%odelarea &izica

ro*lemele ce Cor i anali@ate con>tau din unul >au douainductoare >piralate, pla>ate intr+un circuit interat cu >u*>trat de >iliciu te)noloia Bi/SF" eci, iecare pro*lema Ca

aCea trei >u*domenii rectanulare Si, Si/2>i er, conductoarele din l, alandu+>e in >tratulde o&id" Ele Cor i anali@ate in ama de recCente 1+6097@, deci aleerea reimului deunctionare, tre*uie >a tina cont de recCenta, a>tel incat modelul >a contina toate eectelereleCante ale campului electromanetic atat la recCente Doa>e, cat >i la recCente inalte"entru a de>crie toate eectele campului electromanetic din >u*>tratul de >iliciu, la recCentede 6097@, tre*uie con>iderat reimul %\" Tot reim %\ tre*uie olo>it >i in modelarea>tarului de o&id Si/2, in>a, pentru modelarea conductoarelor, cel mai potriCit model e>te]S, deoarece, in l, curentii de depla>are au den>itatea ^K_NEF mult mai mica decat ceide conductie ^cK E"

rocedand a>tel, Cor i modelate urmatoarele eecte ale campului de inalta >i Doa>arecCenta"

Eectele campului electromanetic

entru a e&trae modelul inductorului, care >a con>idere toate eectele campului elec+tromanetic de recCenta inalta, tre*uie re@olCata o pro*lema de camp electromanetic, *ineormulata >i cuplata cu o pro*lema de circuit electric e&terior" /rice pro*lema de camp arecadate cuno>cute domeniul de calcul, proprietatile de material >i >ur>ele de camp, care >ati>acconditiile de unicitate"

.ecuno>cutele pro*lemei >unt componentele campului electromanetic, de>cri> deecuatiile lui a&(ell in reim eneral Caria*il %\F, re>pectiC E, , B, 7, ^" entru


20/24

proiectantul de circuite interate, componetele campului electromanetic >i modul cumCaria@aele in >patiu >au timp, nu are o prea mare releCanta" e pre@inta intere>, e>te modul incare o componeta interactionea@a cu e&teriorul" ai e&act, care >unt relatiile con>titutiCe intrecurentii >i ten>iunile componentei re>pectiCe"

Se Cor con>idera primele m terminale, din cele n terminale ale di>po@itiCului, alimentate

in ten>iune, iar re>tul de n + m + 1F alimentate in curent, a>tel ca >e pot deini

>emnalele de intrare, ace>tea repre@entand >i >ur>ele de camp, ca iind

vk(t)= CK D

Edr , k=1,m

3"1F

ik( t)= Sk

Hdr , k=m+1,n1 3"2F

>i >emnalele de ie>ire

ik(t)= Sk

Hdr , k=1,m 3"3F

vk( t)= Ck D

Edr , k=m+1,n1 3"4F


21/24

Elementul Electromanetic de ircuit

Teorema lui Timotin completea@a ormularea corecta a pro*lemei de camp

electromanetic cu conditii de rontiera adecCate" In conclu@ie, pro*lema de camp a>ociataunui element electromanetic de circuit de>cri> de ecuatiile lui a&(ell, conditii pe rontiera,conditii initiale nule, cu terminalele e&citate in ten>iune >i curent >au lu& are >olutie unica"

In conclu@ie, >emnalele de ie>ire ale terminalelor >unt uniCoc determinate de eColutia intimp a >emnalelor de intrare" %iind o pro*lema liniara, operatorii de impedanta, admitanta >i)i*ri@i, care leaa >emnalele de intrare de cele de ie>ire, Cor i operatori liniari" aca

elemenul unctionea@a in reim armonic, atunci ace>ti operatori >e repre@inta in comple&, camatrice de impedante >au admitante comple&e, dependente de recCenta"

/*iectiCul inal al modelarii inductoarelor nu con>ta in re@olCarea pro*lemei de camp,ormulata anterior, ci in e&traerea din >olutia ei a unui model compact de ordin redu>" entrua o*tine modelul compact de ordin redu>, >e aplica te)nici de reducerea ordinuluimodelelor"In proce>ul de modelare, de>cri> anterior, primul pa> de reducere a ordinului modelelor, trecede la modelul ininit continuu, la un model init di>cret, dar de dimen>iune oarte mare, prindi>creti@area ecuatiilor lui a&(ell olo>ind o metoda numerica" Se impune, deci, aplicareaunei noi metode de reducerea ordinului modelelor, care are ca re@ultat, modelul compact, careare un ordin oarte mic in comparatie cu ordinul modelului di>cret"

ractic, pro*lema o*tinerii modelului de ordin redu>, are ca date de intrare eometriadi>po@itiCului de modelat, iar ca date de ie>ire modelul compact"


22/24

/.8:II

n >en>or e>te un conCertor care tran>orm? o m?rime i@ic? de e&emplutemperatur?, di>tan?, pre>iuneF intr+o alt? m?rime mai uor de eCaluat + An mod u@ual,o m?rime electric?"

n >en>or nu tre*uie >? enere@e Antotdeauna un >emnal electric" e e&emplu o CalC?pneumatic? enerea@? un >emnal pneumatic la ieire >u* orma unei >c)im*?ri de

pre>iune"

Sen>orii >unt di>po@itiCe care pot >? opere@e att cu aDutorul unui contact, de e&empluun comutator, un >en>or de or?, >au, ?r? contact, de e&emplu *arier? de lumin?,

*arier? de aer, >en>or manetic"

n >implu comutator poate i un >en>or"

.umai materialele conductoare de electricitate pot i detectate prin intermediul>en@orilor de pro&imitate inductiCi"

Sen@orii de pro&imitate >unt di>po@itiCe care permit detectarea i >emnali@areapre@enei unor o*iecte An cAmpul lor de aciune ?r? contact i@ic cu o*iectelere>pectiCe

rincipala caracteri>tic? a >en@orilor inductiCi e>te dimen>iunea *o*inei cu ct

acea>ta e>te mai mare cu att di>tana de comutare e>te mai mare"

tili@area circuitelor imprimate permite >en@orilor >a ie imprimati cu >u*>traturi

le&i*ile >u*tiri, care pot eradica, de a>emenea, neCoia de ca*luri traditionale >iconectori"

CantaDe importante+ co>t redu>$+ preci@ie cre>cuta$+ reutate redu>a$+ ininerie mecanica >impliicata$+ dimen>iune compacta$+ >impliicarea interetei electrice"


23/24

BIB8I/9R%IE

1" , pentru u@ul

ma>teran@ilor %acult?ii de Ininerie Electric?, anul I, proramul de >tudii Si>temeInteliente de In>trumentaie i ?>urare SIIF G epartamentul de Electrote)nic?,

niCer>itatea /8ITE7.I din Bucureti, 2010

3" I"tin + ?>ur?ri electrice i electronice" Bucureti, Editura IE, 1##M

5" arin Saracin, ri>tina Saracin niCer>itatea Nolite)nicaN Bucure>tiF G

SRRI E8ETR/.IE SI SISTEE E SRR

6" Emil itatea te)nica 9)" >ac)i[ Ia>iF + SRRI E8ETRIE

SI E8ETR/.IE

M" B/9/E


24/24

10" RER, on>tantin" ?>ur?ri electrice, electronice, manetice i traductoare

Vcur>W" on>tantin ruceru" 9alai, 1#'0

11" %ETE=, 9riore" ?>ur?ri electrice i electronice" 9riore %etec?u" Bucureti

Editura idactic? i edaoic?, 2003

12" IS, Euenia" ?>ur?ri electrice i electronice" In" Euenia I>ac" Bucureti

Editura idactic? i edaoic?, 1##1

13" Ilie>cu " a>urari electrice >i electronice,Editura idactica >i edaoica,

Bucure>ti,1#'4

14" anole>cu " a>urari electrice >i electronice,Editura idactica >i edaoica,

Bucure>ti, 1#'0

15" BooeCici .", Electrote)nica >i ma>urari electrice, Ed" idactica >i pedaoica,

Bucure>ti, 1#M#

16" Sen@ori >i traductoare +

)ttp>UUmecatronica>tiintaCiitorului"(iPi>pace>"comUSE.:/RI+SI+TRT/RE

1M" Traductoare +)ttpUU((("cur>uri"le&orm"roUcour>e>U82UdocumentUluD+

.apocaUrupa4URu>`ariaU>iteU

1'" Sen@ori + )ttpUU(e**ut"unit*C"roUarti20on+lineUBSUBSUcapitol4"pd

19.Traductoare inductiCe + )ttpUUiota"ee"tuia>i"roUbc@etU8ucrari20de

20la*oratorUSen@TradU8M20TradeplInd"pd
https://mecatronicastiintaviitorului.wikispaces.com/SENZORI-SI-TRADUCTOAREhttp://www.cursuri.flexform.ro/courses/L2/document/Cluj-Napoca/grupa4/Rus_Maria/site/http://www.cursuri.flexform.ro/courses/L2/document/Cluj-Napoca/grupa4/Rus_Maria/site/http://www.cursuri.flexform.ro/courses/L2/document/Cluj-Napoca/grupa4/Rus_Maria/site/http://webbut.unitbv.ro/Carti%20on-line/BSM/BSM/capitol4.pdfhttp://iota.ee.tuiasi.ro/~czet/Lucrari%20de%20laborator/SenzTrad/L7%20TradDeplInd.pdfhttp://iota.ee.tuiasi.ro/~czet/Lucrari%20de%20laborator/SenzTrad/L7%20TradDeplInd.pdfhttps://mecatronicastiintaviitorului.wikispaces.com/SENZORI-SI-TRADUCTOAREhttp://www.cursuri.flexform.ro/courses/L2/document/Cluj-Napoca/grupa4/Rus_Maria/site/http://www.cursuri.flexform.ro/courses/L2/document/Cluj-Napoca/grupa4/Rus_Maria/site/http://webbut.unitbv.ro/Carti%20on-line/BSM/BSM/capitol4.pdfhttp://iota.ee.tuiasi.ro/~czet/Lucrari%20de%20laborator/SenzTrad/L7%20TradDeplInd.pdfhttp://iota.ee.tuiasi.ro/~czet/Lucrari%20de%20laborator/SenzTrad/L7%20TradDeplInd.pdf

studiul analitic si numeric al senzorilor inductivi cu inductoare planare spiralate - dinescu ionut...

Documents