Типы преобразователей и их конструктивные особенности

Индуктивные датчики

Индуктивный датчик - это преобразователь параметрического типа, принцип действия которого основан на изменении индуктивности L или взаимоиндуктивности обмотки с сердечником, вследствие изменения магнитного сопротивления R_М магнитной цепи датчика , в которую входит сердечник.

Широкое применение индуктивные датчики находят в промышленности для измерения перемещений и покрывают диапазон от 1мкм до 20мм. Также можно использовать индуктивный датчик для измерения давлений, сил, уровней расхода газа и жидкости и т. д. В этом случае измеряемый параметр с помощью различных чувствительных элементов преобразуется в изменение перемещения и затем эта величина подводится к индуктивному измерительному преобразователю. В случае измерения давлений, чувствительные элементы могут выполняться в виде упругих мембран, сильфонов, и т. д. Используются они и в качестве датчиков приближения, которые служат для обнаружения различных металлических и неметаллических объектов бесконтактным способом по принципу “да” или “нет”.

Возможные области применения датчиков чрезвычайно разнообразны, можно выделить лишь отдельные сферы:

· промышленная техника измерения и регулирования,

· робототехника,

· автомобилестроение,

· бытовая техника,

· медицинская техника.

Достоинства:

- простота и прочность конструкции, отсутствие скользящих контактов;

- возможность подключения к источникам промышленной частоты;

- относительно большая выходная мощность (до десятков Ватт);

- значительная чувствительность.

Недостатки:

-точность работы зависит от стабильности питающего напряжения по частоте;

- возможна работа только на переменном токе.

Типы преобразователей и их конструктивные особенности

По схеме построения датчики можно разделить на одинарные и дифференциальные. Одинарный датчик содержит одну измерительную ветвь, дифференциальный – две.

Тип датчика	Переменный зазор	Переменная площадь зазора	Соленоидные
Индуктивные	Одинарные
Дифференциальные
Взаимоиндуктивные	Одинарные
Дифференциальные

В дифференциальном датчике при изменении измеряемого параметра одновременно изменяются индуктивности двух одинаковых катушек, причем изменение происходит на одну и ту же величину, но с обратным знаком.

Как известно, индуктивность катушки:

,

где W– число витков; Ф – пронизывающий ее магнитный поток; – проходящий по катушке ток. Ток связан с МДС соотношением:

.

Откуда получаем:

,

где – магнитное сопротивление преобразователя.

Рассмотрим, например, одинарный индуктивный датчик. В основу его работы положено свойство дросселя с воздушным зазором изменять свою индуктивность при изменении величены воздушного зазора.

Состоит из ярма 1, обмотки 2, якоря 3- удерживается пружинами.

На обмотку 2 через сопротивление нагрузки R_н подается напряжение питания переменного тока.

Ток в цепи нагрузки определяется как :

где r_д - активное сопротивление дросселя ;

L - индуктивность датчика.

Т.к. активное сопротивление цепи величина постоянная, то изменение тока I может происходить только за счет изменения индуктивной составляющей

X_L=IR_н ,

которая зависит от величены воздушного зазора d.

Т.о. , каждому значению d соответствует определенное значение I , создающего падение напряжения на сопротивлении R_н:

U_вых=IR_н -

представляет собой выходной сигнал датчика.

Можно вывести аналитическую зависимость U_вых=f(d), при условии что зазор достаточно мал и потоками рассеяния можно пренебречь, и пренебречь магнитным сопротивлением железа R_мж по сравнению с магнитным сопротвлением воздушного зазора R_мв.

Приведем конечное выражение:

В реальных устройствах активное сопротивление цепи намного меньше индуктивного, тогда выражение сводится к виду:

Т.о. зависимость U_вых=f(d) имеет линейный характер (в первом приближении).

Реальная характеристика имеет вид:

Отклонение от линейности в начале объясняется принятым допущением R_мж<< R_мв.