Индуктивные и трансформаторные измерительные преобразователи

ЗАДАНИЕ 1. ИНДУКТИВНЫЕ И ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.

Преобразователь – устройство, которое преобразует изменения входной величины в соответствующий выходной сигнал, удобный для дальнейшего использования, и служит воспринимающим органом ряда элементов (датчиков с промежуточным преобразованием). Преобразователи устройств весьма разнообразны. Наибольшее распространение получили преобразователи, ис­пользующие принцип изменения индуктивности, т. е. индуктивные преобразователи.

Индуктивные преобразователи.

При создании индуктивных преобразователей широко использу­ются методы, основанные на электромагнитных явлениях.

Индуктивные преобразователи имеют по сравнению с резисторными преобразователями существенные преимущества, например, надежность и отсутствие скользящих контактов. К недостаткам ин­дуктивных преобразователей можно отнести наличие остаточного сигнала, чувствительность к изменению напряжения питания, а также наличие фазовых искажений.

Индуктивные преобразователи служат для измерения и преоб­разования угловых и линейных перемещений.

 В индуктивных датчиках перемещение стального
якоря вызывает изменение индуктивного сопротивления катушки
со сталью. Эти датчики служат для преобразования углового или линейного механического перемещения в изменение величины переменного тока.
 Индуктивные датчики применяют для измерения размеров небольших деталей, сортировки штучных изделий, как бесконтакт­ные переключающие устройства и т. п.

: Индуктивный датчик (рис. 1) представляет собой магнитную цепь, .состоящую из катушки 3 со стальным сердечником 2 и подвижиого якоря 1, перемещающегося под действием измеряемого параметра (усилия, перемещения) по оси х или по оси у. В первом случае это вызывает изменение длины воздушного зазора d, во втором - площади S воздушного зазора. 

Индуктивность L электромагнитной цепи в виде магнитопровода с обмоткой и воздушным зазором без учета рассеяния магнитного потока определяют как

где w — число витков обмотки; z_M—полное магнитное сопротивле­ние цепи; R_M и x_M —активная и реактивная составляющие магнит­ного сопротивления магнитопровода; R_d —магнитное сопротивление воздушного зазора.

Изменяя величину ак­тивной составляющей магнитного сопро­тивления

( R_M + R_{d )}  реактивной составля­ющей магнитного сопротивления х_м, а также число витков обмотки w, можно изменять индуктивность. Эти принципы используются при создании индуктивных преобразователей, в которых изменение индуктивного сопротивления обмотки происходит при перемещении стального сердечника, проводящей пластины за счет изменения магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника под воздействием механических напряжений, температуры и т. д. Если магнитная цепь имеет не одну, а две обмотки, то между ними существует взаимная индуктивность, характеризуемая коэф­фициентом М:

где  w₁ и w₂   -  число витков

Следовательно, изменяя величину первой и второй обмоток. магнитного сопротивления Z_M цепи можно изменять взаимную индуктивность между обмотками. На изменении взаимной индуктивности между двумя обмотками при перемещении стального сердечника или обмотки основаны взаимо­индуктивные, трансформаторные преобразователи.

Индуктивные датчики отличаются простотой устройства и надежностью в работе, отсутствием скользящих контактов, спо­собностью отдачи большой мощности в выходную цепь, возмож­ностью работы на переменном токе промышленной частоты.

Однако им   свойственны   также   существенные   недостатки: наличие остаточного сигнала I _ОСТ , чувствительность к изменению напряжения и частоты питания, зависимость выходной величины от изменений температуры.

Индуктивные датчики обладают высокой надежностью, боль­шим коэффициентом усиления, что и обусловливает широкое при­менение их в автоматических системах.

ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Трансформаторные преобразователи основаны на изменении взаимной индуктивности между двумя системами обмоток.