Типы индуктивных преобразователей

На рис. 4.46,а представлен преобразователь с изменяющей­ся в соответствии со значением измеряемой величины пло­щадью воздушного зазора.

Рис. 4.46. Разновидности индуктивных преобразователей.

Преобразователи такого типа применяются при измерений перемещений порядка 5…20мм.

На рис. 4.46,б представлен преобразователь с разомкнутой магнитной цепью. Он состоит из катушки 1, внутри которой помещен стальной сердечник 2. Перемещение сердечника, а следовательно, и изменение индуктивности катушки является функцией измеряемой механической величины.

В преобразователе (рис. 4.46, в) при введении в воздушный зазор коротко замкнутого витка 1 индуктированные в витке токи создают активные потери, что эквивалентно введению в магнитную цепь реактивного магнитного сопротивления Х_М. Введение Х_М наряду с уменьшением площади рабочего воз­душного зазора вызывает увеличение общего магнитного со­противления, пропорционального перемещению витка.

Изменяя профиль диска в преобразователе (рис. 4.46,г), можно получить любой вид зависимости индуктивности от угла поворота диска. Преобразователи данного типа исполь­зуются для измерения угловых перемещений до 180…360°.

В преобразователе, применяемом для измерения угловых перемещений до 90° (рис. 4.50,д), магнитопровод состоит из не­подвижного сердечника 1 и подвижного, поворачиваемого сердечника 2. Оба сердечника выполняются из шихтованной: стали, при совпадении направлений шихтовки в сердечниках вторичные токи в пластинах сердечника 2 будут минимальны­ми, а индуктивность обмотки—максимальной. Если повер­нуть сердечник 2 относительно сердечника 1, то размагничи­вающее действие вторичных токов будет возрастать, а индук­тивность обмотки уменьшаться.

В практике нашли применение почти исключительно диф­ференциальные преобразователи. На рис. 4.47 представлены разновидности дифференциальных преобразователей.

Рис. 4.47. Разновидности дифференциальных преобразователей (разработка Ткачевой Т.А. с использованием микровинтов конструкции завода «Калибр»)

Электрическое сопротивление индуктивного преобразова­теля можно выразить в виде

(4.19)

где Z_М.СТ - комплексное магнитное сопротивление стали.

Нетрудно видеть, что Z связано с длиной d воздушного зазора гиперболической зависимостью (рис. 4.48), вследствие чего при начальном зазоре d₀ линейный участок характеристики ограничен значением Dd, равным (0,1…0,15) d₀..

Рис. 4.48. Изменение магнитного сопротивления стали от величины воздушного зазора.

Увеличить линейный участок характеристики можно путем использова­ния дифференциальных преобразователей, обе катушки кото­рых включены обычно в два соседних плеча. При Р=0 (рис. 4.51,а) якорь 1 расположен симметрично относительно обеих катушек и магнитные сопротивления для потоков, соз­даваемых катушками, одинаковы. Изменения магнитных со­противлений, происходящие под воздействием измеряемой величины, имеют противоположные знаки. Ток в измеритель­ной диагонали моста может быть выражен как

(4.20)

где k - постоянный множитель, имеющий размерность В/Ом²; Z₁ и Z₂ - полные сопротивления катушек преобразова­теля.

При начальном значении измеряемой неэлектрической ве­личины мост уравновешен (Z₁=Z₂). При использовании симметричного моста (Z₃₌Z₄) под действием измеряемой вели­чины ток изменяется согласно выражению

(4.21)

На рис. 4.49 изображены функции Z₁ = f₁(d); Z₂ = f₂(d) и (Z₁ - Z₂)=f₃(d) применительно к рис.4.51,а. Из характера функций видно, что линейный участок характеристики диф­ференциального преобразователя расширился по сравнению с одинарным преобразователем.

Рис. 4.49. Зависимости Z = f(d) при дифференциальном включении преобразователей.

Это позволяет увеличить рабочее перемещение Dd якоря, до Dd = 0,3…0,4 (рис. 4.49). Широкое применение дифференциальных преобразователей объясняется не только большей линейностью, но значительно меньшими погрешностями.