Индуктивные датчики

Датчики основаны на изменении индуктивного сопротивления электромагнитного дросселя при перемещении одной из подвижных его деталей, обычно якоря. Они широко применяются для измерения малых угловых и линейных механических перемещений, деформаций, а также для управления следящими системами.

Индуктивный датчик (рис. 4.4) представляет собой электромагнитный дроссель с переменным воздушным зазором δ, обмотка 1 которого включена последовательно с сопротивлением нагрузки Z_H.

Рис. 4.4. Индуктивные датчики: а - схема включения индуктивного датчика дроссельного типа; б - поворотно-трансформаторный датчик

Магнитопровод 2 и якорь 3 обычно выполнены из магнитомягкого материала. При изменении воздушного зазора δ (входная величина) меняется индуктивность обмотки дросселя L_др, а также сопротивление обмотки Z_др.

Индуктивность обмотки дросселя

, (7)

где W — число витков обмотки дросселя; S_В — площадь сечения воздушного зазора, мм²; μ_о — магнитная проницаемость вакуума, Гн/м; δ — длина воздушного зазора, мм.

Полное сопротивление обмотки дросселя

, (8)

где r_др - активное сопротивление обмотки дросселя, Ом; ω - угловая частота источника переменного тока, Гц.

При включении активно-индуктивной нагрузки ток в измерительной цепи, А:

I_Н =, (9)

где Z_Н - полное сопротивление нагрузки, куда составной частью входит индуктивное сопротивление дросселя, Ом;

U - напряжение питания датчика, В.

При увеличении длины зазора δ индуктивность обмотки дросселя уменьшается, а это, в свою очередь, приводит за счет уменьшения Z_др к увеличению тока в нагрузке.

К достоинствам нереверсивного индуктивного датчика следует отнести: высокую чувствительность, надежность и долговечность, отсутствие контактных устройств, значительную величину выходной мощности (до сотен вольт-ампер), простоту конструкции и удобство эксплуатации. Реверсивные датчики имеют чувствительность в 2 раза выше.

Принцип действия поворотно-трансформаторного датчика основан на изменении взаимной индукции потокосцепления и значения ЭДС в обмотках датчика при перемещении ферромагнитного сердечника с обмоткой W_В. На обмотку возбуждения W_В, расположенную на среднем стержне, подается напряжение питания U_вх, а с обмоток W₁, которые расположены на крайних стержнях, снимается выходное напряжение U_вых:

, (10)

где α - угол между осями двух обмоток ротора W_В и статора W₁.

При симметричном положении ротора ЭДС в обмотках W₁ равны между собой. В этом случае напряжение U_вых = 0. При смещении ротора от симметричного положения в обмотках W₁ создаются разные по значению ЭДС, в результате этого происходит изменение напряжения U_вых от 0 до максимального (α = 90°).