Индуктивный датчик

Индуктивный датчик - бесконтактный датчик, который предназначен для контроля положения объектов из металла [4]. Датчик к другим материалам не чувствителен.

Принцип действия индуктивных датчиков основан на изменении индуктивности L (коэффициента самоиндукции) или взаимоиндуктивности обмотки с сердечником, вследствие изменения магнитного сопротивления R_m 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 датчиков следует отнести влияние колебания частоты питающего напряжения на точность работы и возможность работы лишь на переменном токе.

Индуктивные датчики используются на относительно низких частотах (до 3000–5000 Гц), так как на высоких частотах резко растут потери в стали на перемагничивание и вихревые токи.

Рассмотрим принцип действия простей­шего (одинарного) индуктивного датчика на одном сердечнике, изображенного на рисунке 1.1.6.

Рисунок 1.1.6. Конструкция простейшего (одинарного) индуктивного датчика

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.

Физика процесса преобразования (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 (при данном постоянном напряжении питания) изменится величина тока I~, которая измеряется прибором 4, одновременно являющимся нагрузкой данной схемы. В итоге приходим к выводу, что выходная величина - ток I зависит от входной величины - длины воздушного зазора δ_в, т. е. I=f(δ_в). Эта зависимость называется выходной характеристикой датчика.

Обычно на практике такие датчики применяются в тех случаях, когда необходимо ступенчатое релейное управление, например, в качестве бесконтактных датчиков положения, концевых выключателей, вспомогательных механизмов прокатных станков, тележек (при прохождении стальной оси тележки над магнитопроводом срабатывает реле), датчиков положения кабин лифтов и др. Конструктивно датчик выполняют таким образом, чтобы якорь его перемещался не в плоскости магнитопровода, а параллельно этой плоскости.

Структура индуктивного датчика приведена на рисунке 1.1.7.

Рисунок 1.1.7. Структура индуктивного датчика

Индуктивные бесконтактные выключатели могут состоять из следующих основных узлов:

• Генератор создает электромагнитное поле взаимодействия с объектом.

• Триггер Шмидта обеспечивает гистерезис при переключении.

• Усилитель увеличивает амплитуду сигнала до необходимого значения.

• Светодиодный индикатор показывает состояние выключателя, обеспечивает контроль работоспособности, оперативность настройки.

• Компаунд обеспечивает необходимую степень защиты от проникновения твердых частиц и воды.

• Корпус обеспечивает монтаж датчика, защищает от механических воздействий. Выполняется из латуни или полиамида, комплектуется крепежными изделиями.