double arrow

Индуктивные преобразователи и датчики положения

Индуктивный измерительный преобразователь представляет собой дроссель без насыщения (см. [1] п. 5.1), который, в зависимости от конструкции, преобразует линейное или угловое перемещение x якоря в изменение индуктивности L своей обмотки. Когда к обмотке приложено переменное напряжение u (t)= Um sin ωt, она создает реактивное сопротивление XL= ωL в электрической цепи.

Для простейшего датчика на основе дросселя без насыщения выходной переменной является ток I в обмотке по величине обратно пропорциональный значению индуктивности L, так как I=U/XL = U/ωL, если не учитывать малое по величине активное сопротивления обмотки дросселя (U - действующее значение напряжения u (t)).

Как известно (см. [1] п. 5.1),

,

где μ 0 – магнитная проницаемость воздуха; Sρ – площадь воздушного зазора между сердечником и якорем дросселя; ρ – длина воздушного зазора, w -количество витков обмотки.

Чтобы получить линейную зависимость тока I от перемещения якоря, конструкцию датчика создают такой, чтобы при перемещении якоря изменялось значение ρ, а величина Sρ оставалась неизменной. Конструкция такого индуктивного датчика подобна конструкции электромагнитного механизма (см. [1] п. 4.1, п. 4.2, п. 4.3). Но это электромагнитный механизм обратного действия, так как входным сигналом является перемещение ρ якоря, выходным – изменение силы тока I, протекающего по виткам катушки.

Существенным недостатком является возникновение большой по величине электромагнитной силы тяги, действующей на якорь. Этот недостаток практически полностью устраняется в дифференциальном индуктивном датчике (ДИД). Функциональная схема, отражающая принцип построения ДИД, показана на рис. 8.6а.

 
 


Якорь ДИД поворачивается на угол ± α относительно вертикального положения, изменяя воздушные зазоры до левого и до правого полюсов магнитопровода. Максимальный угол поворота αmax. Электромагнитные силы, действующие на якорь от двух катушек, взаимно компенсируются (см. [1] п. 4.5). Конструкцию преобразователя и параметры схемы выбирают такими, что ток I1 пропорционален величине (αmax - α) и ток I2 ~ пропорционален величине (αmax + α). Коэффициент пропорциональности (обозначим через SI) называют чувствительностью по току. Выходное напряжение

,

где SU= 2 SIR – коэффициент, называемый чувствительностью по напряжению.

Действующее значение Uα напряжения на выходе датчика не зависит от знака входной величины α. Поэтому Uα = SU | α |. От знака входной величины зависит фаза φ напряжения Uα на выходе датчика. При переходе α через нулевое значение фаза φ изменяется на 180О. Величины Uα, φ характеризуют выход дифференциального датчика (рис. 8.5б). Характеристики управления датчика показаны на рис. 8.5в.

Увеличение диапазона изменения контролируемого датчиком угла почти до 360о позволяют получить индуктивные датчики иной конструкции, которую можно представить по рис. 8.5а, если вместо якоря в воздушный зазор поместить профилированный диск из ферромагнитного материала. При соответствующем профилировании диска можно получить зависимость L=f (α) практически любого вида. Если в зазор ввести диск из немагнитного электропроводящего материала, то это аналогично появлению в магнитной цепи короткозамкнутого витка. Тем самым в магнитной цепи создается магнитное сопротивление, которое зависит от формы диска, его электрической проводимости и положения в рабочем зазоре. При повороте диска изменяется магнитное сопротивление, а следовательно, индуктивность L и напряжение Uα на выходе датчика. С целью повышения чувствительности датчика индуктивный преобразователь может быть включен в колебательный контур с частотой 10…15 кГц [9].

Недостатком индуктивных датчиков является сильная зависимость их характеристик от частоты питающего напряжения ~U. Недостатками являются также: работа только на переменном токе, трудность регулировки датчиков. Основное достоинство индуктивных датчиков – высокая надежность, обусловленная отсутствием скользящих контактов. Положительными качествами являются также: больший, чем у потенциометрических датчиков, коэффициент усиления; высокая чувствительность. Разрешающая способность некоторых индуктивных датчиков при тщательной экранировке и регулировке может измеряться сотыми долями микрона.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: