מהו עקרון העבודה של חיישן מד מהירות?

חיישני מד מהירות ממירים מהירות של עצם לאות חשמלי הניתן למדידה (כגון מתח, תדר או ספירת דופק), אשר לאחר מכן מעובד אלקטרונית כדי להניע מחט או להציג ערך מהירות על מסך. עקרון הליבה שלהם מבוסס על אינדוקציה אלקטרומגנטית, אפקט הול, האפקט הפוטואלקטרי או אפקט הדופלר. להלן מבט על איך סוגים שונים של חיישני מד מהירות עובדים ולמה הם משמשים:
I. חיישן מהירות אינדוקציה אלקטרומגנטית
איך זה עובד: לפי חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית של פאראדיי, כאשר מוליכים (כגון סלילים) נעים בשדה מגנטי, חיתוך קווי שדה מגנטי יוצר כוח אלקטרומגנטי (EMF) (מתח). גודל ה-emf האינדוקציה הוא פרופורציונלי למהירות שבה המוליך חותך את קו השדה המגנטי, כדלקמן:
E.L.v.
אֵיפֹה,
כיתה ב'
זה עוצמת השדה המגנטי,
l/
הוא האורך האפקטיבי של הסליל, ו
נ' מבוא
זו מהירות החיתוך.
מִבְנֶה:
ליבות וסלילים מגנטיים: קבועים בבית החיישן ליצירת שדה מגנטי יציב.
ציר הליבה המגנטי המחובר לעצם הנמדד: כאשר האובייקט זז, הוא מניע את ציר הליבה להסתובב, מה שגורם לסליל לחתוך את קו השדה המגנטי.
אות פלט: הכוח האלקטרומוטיבי המושרה (מתח) הוא פרופורציונלי למהירות ואינו דורש אספקת חשמל חיצונית (עיצוב פסיבי).
בַּקָשָׁה:
חיישן מהירות מנוע: מותקן על בית ציר הינע או בית תמסורת, אותות זרם חילופין נוצרים על ידי סיבוב של גלגל מגנטי (רוטור עם גלגלי שיניים). משרעת האות פרופורציונלית למהירות, והתדר משקף את המהירות.
ניטור רעידות: לדוגמה, חיישן המהירות SZ-6K מנטר את המהירות, המשרעת ותדירות הרעידות על מנת לספק התרעה מוקדמת על תקלות במכונות סיבוביות כגון משאבות ומאווררים.
חוזקות וחולשות:
חוזקות: מבנה פשוט, אמין, תגובה בתדר נמוך, אין צורך באספקת חשמל חיצונית.
חולשות: גודל קטן, לא מתאים למדידת מהירות; רגיש לטמפרטורה, דורש למעגלי פיצוי.
ii. חיישן מהירות של אפקט הול
איך זה עובד: כאשר זרם חשמלי עובר דרך מוליך למחצה (אלמנט הול) המוצב בשדה מגנטי, הוא יוצר הפרש מתח (מתח הול) בניצב לכיוון הזרם והשדה המגנטי. ככל שעוצמת השדה המגנטי משתנה, כך מתח ההול משתנה, ומייצר פעימות גל ריבועיות- פרופורציונליות למהירות.
מִבְנֶה:
אלמנט אולם: מספק זרם עבודה קבוע.
גלגל הדק/גלגל מוט מגנטי: משנה את עוצמת השדה המגנטי ככל שהציר הנמדד מסתובב.
אות פלט: התדר פרופורציונלי למהירות, משרעת היא נדרשת עיצוב מעגל לאחר מכן.
מטרה: חיישן מיקום גל ארכובה/גל זיזים לרכב: הדק מעגלי הצתה והזרקת דלק.
חיישן מהירות גלגל (ABS): מזהה את מהירות הגלגל כדי למנוע נעילה בעת בלימה.
חוזקות וחולשות:
יתרונות: מדידה ללא מגע, תוחלת חיים ארוכה, מהירות תגובה מהירה, עיבוד אותות פלט דיגיטלי נוח.
חולשות: יש צורך באספקת חשמל חיצונית, יש צורך להפעיל מטרה (גיר/עמוד).
III. חיישן מהירות אפקט פוטואלקטרי
איך זה עובד: המהירות נמדדת לפי פליטה, חסימה או השתקפות של אור. אור ממקור אור (כגון LED) מאיר את פני השטח של עצם מסתובב (או דיסק מחורר/שיניים), בעוד שמקלט רגיש לאור (כגון aa photodiode) מזהה שינויים באור ומפיק אות דופק.
מבנה: מקור אור ומקלט: ממוקמים זה מול זה (שידור) או באותו צד (השתקפות).
דיסק קוד/סמן רפלקטיבי: משנה את נתיב האור במהלך הסיבוב, ומייצר פולסים.
אות פלט: התדר הוא פרופורציונלי למהירות ודורש עיבוד מעגלים עוקבים.
מטרה: מנועי סרוו, כלי מכונת CNC, מדפסת ומדידות אחרות-בדיוק גבוה.
מדידת מהירות עכבר אופטית: מהירות התנועה מחושבת על ידי זיהוי שינויים באור המוחזר על שולחן העבודה.
חוזקות וחולשות:
חוזקות: ללא מגע, דיוק גבוה, זמן תגובה מהיר.
חולשות: רגיש לזיהום, עלול להיות מופרע מאור הסביבה, מבנה מורכב.
IV. מבוא מבוא חיישן מהירות אפקט דופלר
איך זה עובד: כאשר מקור גל נע ביחס לצופה, תדירות הגלים שמקבל הצופה משתנה (הסטת דופלר). חיישנים פולטים גלים אלקטרומגנטיים (גלי מכ"ם או לייזרים), שתדירותם פרופורציונלית למהירות העצם (v) והתדר הוא בין הגלים המוחזרים והפולטים (Δf):
Vf
שימושים: משמש למדידת מהירות: מדי מהירות מכ"ם, מדי מהירות לייזר.
ניטור תעשייתי: מדידת מהירות חוט של יריעות מתכת ונייר.
מדידת מהירות נוזל: מדדי מהירות דופלר בלייזר (LDVs) מודדים את מהירות הזרימה של נוזל או גז.
יתרונות וחסרונות
חוזקות: מדידה ללא מגע,-לטווח ארוך, דיוק גבוה.
חולשות: עלות גבוהה, דורשת התמקדות במטרה, זווית המשפיעה על תוצאות המדידה (צורך בפיצוי קוסינוס).
V. יישומים ספציפיים יישומים של חיישני מד מהירות במכוניות
תצוגת מהירות רכב: אות הפלט של החיישן מעובד באופן אלקטרוני, ומחוון נסיעה או מסכים מראים מהירות.
מד מהירות אלקטרומגנטי: מניע את סטיית המצביע באמצעות אות זרם, דיוק גבוה.
מד מהירות דיגיטלי: מציג מספרים ישירות, אולי משולב בלוח מכשירים או במסך בקרה מרכזי.
פונקציות בקרה
בקרת סרוו מהירות סרק מנוע: כוונן את מהירות הסרק, הפחתת צריכת הדלק.
העברת הילוכים אוטומטית: קבע את תזמון ההילוכים על סמך מהירות ומהירות מנוע.
בקרת שיוט: שמור על מהירות מוגדרת כדי להפחית את עייפות הנהג.
בקרת מאוורר קירור: כוונן את מהירות המאוורר בהתאם למהירות וטמפרטורת המנוע.