How PWM Sensors Work and How to Test Them

تعداد فزاینده‌ای از سیستم‌های صنعتی در حال جایگزینی سیگنال‌های آنالوگ سنتی با مدولاسیون عرض پالس تمیز و مقاوم در برابر نویز هستند. از آنجایی که خروجی PWM به جای حفظ سطح آنالوگ ثابت، روشن و خاموش می‌شود، منجر به مصرف توان کمتر و تولید گرمای کمتر می‌شود. ما عملیات روشن و خاموش را بعداً در ویدئو توضیح خواهیم داد. سنسورهای مدولاسیون عرض پالس یا PWM اکنون همه‌جا هستند. در این ویدئو، به تفصیل توضیح خواهیم داد که چگونه یک سیگنال سنسور PWM می‌تواند یک متغیر فرآیند را نشان دهد و به شما نشان دهیم که چگونه آن را با مولتی‌متر دیجیتال قابل اعتماد خود آزمایش کنید. سنسورهای PWM در کاربردهای مختلفی استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، آنها موقعیت و جابجایی، فشار و نیرو را اندازه‌گیری می‌کنند، سرعت و دور در دقیقه را در میان سایر عملکردها نظارت می‌کنند. بیایید با شناسایی دو سنسور آنالوگ که توسط سنسورهای PWM جایگزین می‌شوند، شروع کنیم. پتانسیومترها زمانی انتخاب ارجح برای بسیاری از کاربردهای اندازه‌گیری موقعیت بودند. آنها همچنین در جوی استیک‌ها، اهرم‌ها و پدال‌ها رایج بودند. چرا آنها توسط دستگاه‌های PWM جایگزین می‌شوند؟ یک پتانسیومتر دارای یک پاک‌کن فلزی است که روی یک ماده مقاوم مالیده می‌شود تا یک مقاومت متغیر ایجاد کند. با گذشت زمان، آنها کثیف شده و فرسوده می‌شوند. تمیز کردن آنها تقریباً غیرممکن است. بنابراین، آنها اغلب جایگزین می‌شوند. با این حال، آنها کاملاً ناپدید نشده‌اند و احتمالاً برای مدتی طولانی در دسترس خواهند بود. بسیار خوب. در مورد انکودرهای شفت چطور؟ انکودرهای نوری دهه‌هاست که برای تعیین موقعیت شفت استفاده می‌شوند. انکودرهای مطلق PWM وجود دارند که مقاومت بهتری در برابر گرد و غبار، روغن، لرزش و ضربه ارائه می‌دهند. آنها برای تولید سیگنال خروجی به منبع نور LED و دیسک کد متکی نیستند. از از دست دادن سود ناشی از خرابی‌های برنامه‌ریزی نشده خسته شده‌اید؟ تیم خود را آموزش دهید تا سریع‌تر عیب‌یابی کنند و قبل از وقوع خرابی‌ها را پیشگیری کنند با کسب‌وکار RealPars. به realpars.com/business مراجعه کنید و فرم را پر کنید. تیم ما به زودی با شما تماس خواهد گرفت. بسیار خوب، اکنون که در مورد اینکه کجا ممکن است سنسورهای PWM را بیابید و چرا بحث کردیم، بیایید ادامه دهیم و نحوه کار آنها را توضیح دهیم. به زبان ساده، PWM شامل تنظیم چرخه وظیفه یک شکل موج دیجیتال با فرکانس ثابت است. با یک سنسور PWM، تغییرات در چرخه وظیفه، تغییرات در یک پارامتر فیزیکی مانند چرخش، موقعیت یا فشار را منعکس می‌کند. بنابراین، چرخه وظیفه چیست؟ بیایید با بحث در مورد فرکانس شروع کنیم. در آمریکای شمالی، همه ما با فرکانس ۶۰ هرتز ولتاژ خط AC آشنا هستیم. در اسیلوسکوپ، ولتاژ خط AC به صورت یک موج سینوسی نشان داده می‌شود که در ۶۰ چرخه در ثانیه تکرار می‌شود. با استفاده از ریاضیات ساده، می‌توانیم تعیین کنیم که زمان تکمیل یک چرخه که دوره نامیده می‌شود، ۱۶.۶۷ میلی‌ثانیه است. چگونه این را به دست می‌آوریم؟ دوره معکوس فرکانس است. P دوره یک چرخه است. همه شکل‌های موج تکراری سینوسی یا متناوب در قطبیت مانند ولتاژ خط نیستند. شکل موج‌های دندان‌اره‌ای و شکل موج‌های مربعی برای نام بردن از چند مورد وجود دارد. PWM یک شکل موج تکراری است که در آن هر نیمه چرخه ممکن است در مدت زمان متفاوت باشد. هر چرخه شکل موج دارای زمانی است که ولتاژ روشن است و زمان دیگری که خاموش است. چرخه وظیفه نسبت زمان روشن به دوره یا مدت زمان یک چرخه است. چرخه وظیفه به صورت درصد بیان می‌شود. بیایید به یک مثال نگاه کنیم. ما یک سنسور PWM داریم که یک سیگنال خروجی با دوره ۲ ثانیه و زمان روشن ۰.۵ ثانیه تولید می‌کند. چرخه وظیفه نسبت زمان روشن به کل دوره است. در این مثال، این ۰.۵ ثانیه تقسیم بر ۲ ثانیه است. به یاد داشته باشید، ما چرخه وظیفه را به صورت درصد بیان می‌کنیم، بنابراین ۲۵٪ است. دستگاه سری Megatron HTP 36 یک انکودر مطلق تک دور با خروجی PWM است. این دستگاه با فرکانس ۲۴۴ هرتز کار می‌کند. چرخه وظیفه از ۱۰٪ تا ۹۰٪ متغیر است. که مربوط به چرخش ۰ تا ۳۶۰ درجه است. با ولتاژ تغذیه ۵ ولت DC، می‌توانیم فرض کنیم که پالس ولتاژ روشن ۵ ولت DC است. چرا چرخه وظیفه از ۱۰٪ تا ۹۰٪ متغیر است؟ این محدوده برای سنسورهای PWM رایج است، اگرچه ۵٪ تا ۹۵٪ نیز معمول است. محدوده کامل ۰٪ تا ۱۰۰٪ برای اهداف تشخیصی استفاده نمی‌شود. سیگنالی کمتر از ۱۰٪ یا بیشتر از ۹۰٪ نشان‌دهنده یک وضعیت خطای بالقوه است. بیایید شکل موجی را که در یک اسیلوسکوپ قابل حمل با باتری Fluke 190 متصل به خروجی این انکودر مشاهده می‌کنیم، بررسی کنیم. در چرخش ۰ درجه، ما چرخه وظیفه ۱۰٪ را مشاهده می‌کنیم. دوره شکل موج ۴.۰ میلی‌ثانیه و زمان روشن ۰.۴ میلی‌ثانیه است. در چرخش ۳۶۰ درجه، ما چرخه وظیفه ۹۰٪ را مشاهده می‌کنیم. طبق معمول، دوره شکل موج ۴.۰ میلی‌ثانیه است. زمان روشن ۳.۶ میلی‌ثانیه است. شایان ذکر است که مشخصات حداکثر چرخه وظیفه ۹۰٪ را ذکر می‌کند که تقریباً ۳.۵ میلی‌ثانیه است. چرا این تفاوت؟ اساساً، این یک رویه استاندارد در برگه‌های اطلاعاتی است. سازنده مقادیر را برای سادگی گرد می‌کند. اگر می‌خواهید در مورد انکودرها بیشتر بدانید، دوره آموزشی "تسلط بر کنترل موتور: موتورهای پله‌ای، انکودرها و راه‌اندازهای نرم" را توصیه می‌کنیم. می‌توانید لینک را در توضیحات ویدئو پیدا کنید. خوب، عالی است اگر شما یا شرکتتان بتوانید یک اسیلوسکوپ قابل حمل گران‌قیمت تهیه کنید، اما بسیاری نمی‌توانند. تنها چیزی که واقعاً نیاز دارید یک DMM یا مولتی‌متر دیجیتال با چند گزینه ویژه مانند Fluke 875 است که می‌تواند فرکانس و چرخه وظیفه را اندازه‌گیری کند. یک سنسور PWM یک دستگاه فعال است برخلاف پتانسیومتر که غیرفعال است. برای کار کردن به برق نیاز دارد. هیچ آزمون اهم‌سنجی وجود ندارد که بتوانید برای تعیین اینکه آیا قابل سرویس‌دهی است انجام دهید. این مولتی‌متر خاص دارای دکمه‌ای با برچسب HZ با علامت درصد است. این دکمه به شما امکان می‌دهد فرکانس را بر حسب هرتز و چرخه وظیفه را به صورت درصد با یک فشار اندازه‌گیری کنید. برای اندازه‌گیری فرکانس، سیم‌ها را به پایانه‌های VAC DMM وصل کنید و سلکتور را روی AC ولت تنظیم کنید. سیم‌ها را همانطور که با اسیلوسکوپ انجام دادید وصل کنید. یک بار دکمه هرتز را فشار دهید و نمایشگر فرکانس را بر حسب هرتز نشان خواهد داد. به یاد داشته باشید که فرکانس PWM ثابت باقی می‌ماند. بنابراین، هنگام چرخاندن انکودر، خواندن نباید تغییر کند. برای اندازه‌گیری چرخه وظیفه، سیم‌های یکسان را متصل نگه دارید. دوباره دکمه هرتز را فشار دهید و نمایشگر اکنون چرخه وظیفه را به صورت درصد نشان خواهد داد. با چرخاندن انکودر از ۰ تا ۳۶۰ درجه، مقدار چرخه وظیفه را از ۱۰٪ تا ۹۰٪ مشاهده خواهید کرد. مشخص خواهد شد که آیا سنسور خراب، مشکوک یا ناپایدار است از روی خواندن DMM. اگر مولتی‌متر شما گزینه اندازه‌گیری فرکانس یا چرخه وظیفه را ندارد، همه چیز از دست نرفته است. شما هنوز هم می‌توانید ایده تقریبی از عملکرد یک سنسور PWM با تنظیم متر برای اندازه‌گیری ولت DC به دست آورید. در این حالت، DMM میانگین شکل موج پالس‌دار را نشان می‌دهد. با تغییر چرخه وظیفه با چرخش انکودر، ولتاژ متوسط DC نیز تغییر می‌کند. با افزایش چرخه وظیفه، ولتاژ DC اندازه‌گیری شده به طور متناسب افزایش می‌یابد. شما قادر نخواهید بود چرخه وظیفه را با این روش تعیین کنید. با این حال، اگر ولتاژ DC با چرخش انکودر بدون تغییر باقی بماند، سنسور PWM باید مشکوک تلقی شود. سنسورهای PWM به طرز شگفت‌آوری آسان برای آزمایش در میدان با یک مولتی‌متر دیجیتال هستند، به شرطی که چرخه وظیفه و فرکانس را درک کنید. اگر عضو Real PARS هستید و می‌خواهید در مورد عیب‌یابی با DMM بیشتر بدانید، کلاس زنده "چگونه با مولتی‌متر دیجیتال عیب‌یابی کنیم" را بررسی کنید. در RealPars، ما کلاس‌های زنده بیشتری مانند این داریم که به تیم شما کمک می‌کند تا مهارت‌های عملی را بسازند و نیروهای جدید را خیلی سریع‌تر مولد کنند. بیاموزید که چگونه کسب‌وکار RealPars می‌تواند از نیروی فنی شما در realpars.com/business پشتیبانی کند.