Индуктивные датчики

Индуктивные датчи­ки широко распространены в промышленности, так как они просты, надежны, бесконтактны, у них сравнительно большая отдаваемая мощность, могут работать на пе­ременном токе промышленной частоты. Они используют­ся в основном для измерения угловых и линейных пере­мещений, а также для измерения силы давления. Индук­тивные датчики разделяются на датчики с подвижным якорем, подвижным сердечником и поворотным якорем.

На рис. 1.7 показана конструкция индук­тивного датчика с подвижным якорем (а) и его характеристика (б) — зависимость тока I, протека­ющего в катушке, от воздушного зазора d между сердечником и якорем.

Рис. 1.7

Если перемещать якорь 1 датчика, воздушный зазор d будет изменяться, а следовательно, будет изменяться и индуктивность катушки 2. Индуктивность катушки об­ратно пропорциональна воздушному зазору, т. е. при больших зазорах индуктивность имеет малое значение, а при малых — большое.

Ток в катушке датчика определя­ется по формуле

?

где U – напряжение питания, Z – полное сопротивление катушки, R – активное сопротивление катушки, X_L = 2pfL – индуктивное сопротивление катушки, f – частота питающего напряжения, L – индуктивность катушки, зави­сящая от воздушного зазора d.

Как видно из формулы, при постоянных U, R n f ток ка­тушки зависит только от индуктивности (а следова­тельно, от воздушного зазора d). Таким образом, ток в катушке датчика пропорционален воздушному зазору d:

I= kd

где k — коэффициент пропорциональности или чувстви­тельности датчика по току.

Реальная характеристика индуктивного датчика отли­чается от идеальной (показана пунктиром на рис. 1.7, б) наличием некоторой нелинейности. Большинство индук­тивных датчиков предназначено для работы при относи­тельно низких частотах напряжений питающей сети (до 5000 Гц), так как при более высоких частотах в значительной степени растут потери в стали на перемагничивание и реактивное сопротивление обмотки.

Индуктивные датчики использовались в автоматических метеорологических станциях в схемах измерения атмосферного давления.

Емкостные датчики

Емкостный датчик представляет собой плоский кон­денсатор с изменяемой емкостью.

Емкостные датчики, как и индуктивные, работают на переменном токе, только в отличие от индуктивных в большинстве случаев работают на частотах выше 1 кГц.

Принцип действия их основан на изменении емкости кон­денсатора при перемещении обкладок конденсатора относительно друг друга. Это легко понять, если вспомнить формулу емкости плоского конденсатора

С=

где e —диэлектрическая проницаемость; S — площадь перекрывания пластин; d — расстояние между пластинами.

Из приведенной формулы видно, что емкость конден­сатора может быть изменена за счет изменения расстоя­ния между пластинами б, площади пластин S или ди­электрической проницаемости среды е.

На рис. 1.8 показаны разновидности конструкций емкостных датчиков.

а — с переменным расстоянием между пластинами, б — с переменной площадью пластин; в — с переменной диэлектрической проницаемостью.

Рис. 1.8

К преимуществам емкостных датчиков относятся большая чувствительность. Однако эти датчики получили небольшое распространение в наземной обслуживаемой аппаратуре, так как имеют серьезные недостатки. В частности, они непригодны для работы, на низких частотах и требуют специального высокочастотного генера­тора. Но эти условия выполнимы в радиозондах и метеорологических ракетах, где высокочастотные генера­торы используются в радиопередатчиках.