Индуктивные чувствительные элементы

Принцип действия индуктивных чувствительных элементов дат­чиков основан на изменении тока в обмотке индуктивной катушки или трансформатора в зависимости от магнитного сопротивления сердечника.

На рис.9.7. приведен индуктивный чувствительный элемент, со­стоящий из обмотки катушки 1, намотанной на неподвижный сердеч­ник 2, продолжением которого является подвижный сердечник 3.

Между неподвижным и подвижным сердечниками имеется зазор 6, который зависит от положения подвижного сердечника 3, связан­ного с объектом, для которого необходимо измерить перемещение X. На обмотку катушки подается переменное синусоидальное напряже­ние Ui с частотой f. В сердечнике с магнитным сопротивлением R_M циркулирует магнитный поток Ф.

Рисунок 9.7 - Индуктивный чувствительный элемент: 1- обмотка катушки; 2-

неподвижный сердечник; 3- подвижный сердечник; U1- входное переменное

напряжение; U2-выходной сигнал; Z- сопротивление нагрузки.

В цепи обмотки протекает ток, величина которого зависти от за­зора <5:

где постоянная датчика: μ₀ - магнитная постоянная;

S- площадь сечения сердечника.

Выходной сигнал равен

и₂ =ZI = кδФ,

Т.к. магнитный поток также зависит от зазора 5, то зависимость тока от зазора является нелинейной, особенно в начале и в конце за­висимости I=f(δ).

Для повышения чувствительности применяют дифференциальное включение двух обмоток в мост. Широко используется трансформа­торная схема включения, когда одна из обмоток питается внешним напряжением, а во второй наводится напряжение в зависимости от магнитного сопротивления, т.е. зазора между сердечниками. Индук­тивные датчики широко применяются для измерения малых переме­щений и вибраций 0,1—0,5 мкм.

9.2.5, Индукционные чувствительные элементы

Индукционные преобразователи подразделяются на два типа: с катушкой, имеющей ферромагнитную деталь, перемещающуюся от­носительно неподвижной катушки (рис.9.8а) и перемещающуюся (вращающуюся) относительно постоянного магнита (рис. 9.86).

Индукционный датчик с катушкой 1, намотанной на сердечник 2, и перемещающейся ферромагнитной деталью 3 изображен на рис.9.8а. Ферромагнитная деталь 3 механически связана с переме­щающейся деталью 4 (вращающимся со скоростью со валом). В этом случае катушка 1 периодически пронизывается переменным магнит­ным потоком Ф, в результате чего в ней возникнет электродвижущая сила:

где ψ- коэффициент потокосцепления индукционного датчика; t - время.

При вращении вала 4 на выходе катушки возникают импульсы напряжения. Период возникновения импульсов точно соответствует частоте вращения вала f= ω /2π:

Т=1/f=2π/ω.

Частота появления импульсов f равна частоте вращения вала. Для подсчета этой частоты применяют счетчики импульсов.

Рисунок 9.8 - Индукционные чувствительные элементы: а - с перемещающейся ферромагнитной деталью;

б - тахогенератор.

К индукционным устройствам относятся тахогенераторы (рис. 12.86), которые представляют собой миниатюрные генераторы с возбуждением от постоянных магнитов или дополнительных обмоток возбуждения.

Магнитное поле создается постоянными магнитами N-S. Якорь 2 тахогенератора содержит катушку 3, вращающуюся от вала 3 со ско­ростью ω. Выходное напряжение снимается со щеток 1.

Для большинства индукционных преобразователей статическая характеристика является линейной (погрешности составляют 0,5 ... 1,5%) . выходное напряжение пропорционально скорости вращения вала.