24. Индуктивные вторичные преобразователи

Принцип действия индуктивных датчиков основан на изменении индуктивности L (коэффициента самоиндукции) или взаимоиндуктивности обмотки с сердечником вследствие изменения магнитного сопротивления Rμ магнитной цепи датчика, в которую входит сердечник. Индуктивные датчики относятся к классу параметрических. Измеряемое механическое перемещение на входе датчика вызывает изменение параметров магнитной и электрической цепей его, что в свою очередь вызывает изменение выходной величины - электрического тока I.

С помощью индуктивных датчиков можно:

• контролировать механические перемещения, механические силы, температуру, свойства магнитных материалов;

• определять наличие дефектов или нежелательность примесей в телах материалов;

• контролировать диаметр стальной проволоки, толщину немагнитных покрытий на стали, движение жидкости и газов в резервуарах и др.

Индуктивные датчики имеют ряд достоинств:

• простота и прочность конструкций, надежность в работе (отсутствие скользящих контактов);

• возможность подключения к источникам промышленной частоты;

• относительно большая величина мощности на выходе преобразователя (до нескольких десятков ватт), что дает возможность подключать контрольный прибор непосредственно к преобразователю;

• значительная чувствительность и большой коэффициент усиления.

К недостаткам индуктивных преобразователей следует отнести влияние колебания частоты питающего напряжения на точность работы и возможность работы лишь на переменном токе. Индуктивные преобразователи используются на относительно низких частотах (до 3000–5000 Гц), так как на высоких частотах резко растут потери в стали на перемагничивание и вихревые токи. В отличие от индуктивных датчиков индукционные относятся к разряду генераторных преобразователей, так как при воздействии входной величины они способны генерировать электрическую энергию. Рассмотрим принцип действия простей­шего (одинарного) индуктивного датчика на одном сердечнике, изображенного на нижеследующем рисунке. На сердечнике 1 располагается обмотка 3, подключаемая к источнику переменного тока через сопротивление нагрузки (сопротивление измерительного прибора) 4. Ток I в обмотке 3 возбуждает переменный магнитный поток Ф. Между полюсами сердечников и перемещающимся якорем 2 имеется воздушный зазор δ_в.

Сердечник 1 и якорь 2 образуют магнитопровод датчика. Переменный магнитный поток Ф проходит через них и через два воздушных зазора δ_в, входящих в магнитную цепь датчика. Якорь механически связывается с объектом, перемещение которого необходимо контролировать, и в процессе работы смещается относи­тельно сердечника в направлениях, указанных стрелками. Преобразование механического перемещения в электрический сигнал состоит в том, что вследствие перемещения якоря и изменения величины воздушного зазора изменяются магнитное сопротивление магнитной цепи датчика и, следовательно, индуктивное и полное сопротивления обмотки. Соответственно изменится величина тока I, измеряемая прибором 4, одновременно являющимся нагрузкой данной схемы. В итоге приходим к выводу, что выходная величина ток I зависит от величины воздушного зазора δ_в, т. е.

 

I=f(δ_в).

 

Эта зависимость называется выходной характеристикой датчика. Индуктивные преобразователи имееют множество различных конструкций.