Принцип преобразования. В индуктивных приборах используется свойство катушки изменять свое реактивное сопротивление при изменении некоторых ее параметров

 

В индуктивных приборах используется свойство катушки изменять свое реактивное сопротивление при изменении некоторых ее параметров, определяющих индуктивность L.

Сопротивление такой катушки

(18)

где R_a — сопротивление катушки постоянному току;

— индуктивное сопротивление, ;

— круговая частота питающего напряжения;

fo — частота, Гц;

W — число витков катушки;

R_M — магнитное сопротивление магнитной цепи катушки.

Если связать перемещение якоря с измеряемой линейной величиной δ при постоянных параметрах напряжения питания, то возникает функциональная зависимость между δ и электрическим сопротивлением :

. (19)

Устройство, которое преобразует линейные перемещения в изменения электрического параметра с помощью описанной катушки, называется индуктивным преобразователем.

 

Рис. 43. Принципиальные схемы индуктивных преобразователей:

а — схема, в которой измеряемая величина вызывает изменение длины воздушного зазора ; б — схема, в которой измеряемая величина вызывает изменение площади воздушного зазора; 1 — катушка преобразователя; 2 — магнитопровод; 3 — якорь; 4 — пружина, создающая измерительное усилие; 5 — контролируемая деталь

 

 

Рис. 44. Блок – схема индуктивного прибора

 

Удобный для измерения другой электрический параметр (напряжение, силу тока); электронный усилитель 4; указательное устройство 5; устройство для подачи команд 6 и источник питания 7.

Чувствительность индуктивного прибора

(20)

где — чувствительность преобразователя;

или — чувствительность измерительной схемы;

U_c и Ic — напряжение и ток на выходе схемы;

— чувствительность усилителя;

Uy — выходное напряжение усилителя;

— чувствительность указывающего устройства;

— перемещение указателя.

 

Таким образом,

(21)

 

В применяемых в настоящее время индуктивных преобразователях изменение индуктивного сопротивления катушки чаще всего достигается посредством изменения воздушного зазора между якорем и неподвижной частью сердечника катушки (см. рис. 43, а) или изменением площади зазора S (см. рис. 43, б). Характеристика преобразователя (рис. 45) нелинейна, но, если ограничить рабочий участок преобразователя , можно добиться того, что степень нелинейности характеристики не будет превышать заданной. Чувствительность преобразователя, Ом/мм,

(22)

 

Графически K₁ можно определить, как тангенс угла а (или, например, ), образованного осью абсцисс и касательной к кривой , проходящей через точку, для которой определяют K1. Чувствительность преобразователя возрастает по мере уменьшения зазора. Нелинейность характеристики может быть определена как

или в процентах

где — наибольшее отклонение характеристики от прямой;

— изменение сопротивления катушки преобразователя при перемещении якоря на весь диапазон измерения .

 

Рис. 45. Характеристика индуктивного преобразователя с переменной длиной воздушного зазора

С целью улучшения линейности характеристики без уменьшения применяют дифференциальные индуктивные преобразователи.

Рис. 46. Принципиальные схемы дифференциальных индуктивных преобразователей:

а — с переменной длиной воздушного зазора; б — с переменной площадью воздушного зазора

 

В связи с высокой чувствительностью, которую можно получить в приборах с преобразователями с переменной длиной зазора, некоторые приборы с данными преобразователями построены без усилителей. Однако эти преобразователи имеют сравнительно большие габаритные размеры и достаточно большое измерительное усилие. Их применяют для построения приборов, предназначенных для контроля малых перемещений.

Индуктивные преобразователи с переменной площадью воздушного зазора имеют линейную характеристику z=f(S). Однако их чувствительность сравнительно невысока. Эти преобразователи, используемые для построения импульсных дискретных преобразователей при измерении больших линейных или угловых перемещений, находят широкое применение в станках с программным управлением.

Индуктивный круговой дискретный преобразователь образован двумя одинаковыми магнитными цепями, катушки которых включены в дифференциальную схему, питаемую напряжением промышленной частоты. Магнитная цепь состоит из двух концентричных зубчатых сердечников, между вершинами зубьев которых имеется воздушный зазор .

При повороте вала с роторами полные электрические сопротивления катушек изменяются по периодическому закону. Цена деления углового дискретного сигнала в этом случае равна .

Высокая точность отсчета зубчатого кругового преобразователя обеспечивается компенсацией ошибок нарезания зубчатых венцов. Влияние других факторов компенсируется применением дифференциальной схемы.