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 δ, который зависит от положения подвижного сердечника 3, связанного с объектом, для которого необходимо измерить перемещение Х. На обмотку катушки подается переменное синусоидальное напряжение U₁ c частотой f. В сердечнике с магнитным сопротивлением R_м 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 δ:

I = δ Ф (2πf / μ_оS) = k δ Ф,

где: k =2πf / μ_оS- постоянная датчика; μ_о- магнитная постоянная; S- площадь сечения сердечника.

Выходной сигнал равен

U₂ = ZI = k δ Ф.

Т.к. магнитный поток также зависит от зазора δ, 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.