Індукційні датчики

Індукційні датчики працюють на принципі зміни індуктивності або взаємоіндуктивності.

Принципова схема індукційного датчика, що працює на принципі зміни індуктивності, показана на рис. 1.3, a, a його характеристика — на рис. 1.3,6. Датчик являє собою котушку індуктивності зі змінним повітряним зазором у сердечнику. Вхідним параметром датчика є величина механічного переміщення якоря — повітряний зазор у магнітопроводі δ, зміна якого приводить до зміни індуктивності котушки, а отже, і величини струму I, що протікає по ній. Таким чином, вихідним параметром датчика є струм I або напруга, що знімає з опору навантаження, включеного послідовно з обмоткою датчика. Звичайно величина повітряного зазору становить частки міліметра й датчик має лінійну вихідну характеристику

Де К - коефіцієнт підсилення датчика, рівний для розглянутого випадку сотням ампер на міліметр переміщення якоря.

Рис. 1.3. Індуктивний однотактний датчик:

а - пристрій; б - вихідна характеристика

Однак в області більших і малих зазорів δ лінійність ідеальної характеристики датчика (пунктир на рис. 1.3, б) порушується. Це обумовлено тим, що при малих зазорах магнітний опір магнітопроводу обмежується властивостями матеріалу сердечника, а при більших зазорах індуктивний опір обмотки зменшується й стає рівним її активному опором. Реальна характеристика датчика показана на рис. 1.3, б суцільною лінією.

Істотним недоліком найпростішого індукційного датчика є порівняно більша сила притягання якоря до магнітопроводу. Крім того, при зміні повітряного зазору змінюється кут зрушення фази між напругою й струмом у ланцюзі датчика.

Для усунення зазначених недоліків застосовують з'єднання датчиків по диференціальній і мостовій схемах або використають двотактні датчики, що працюють на принципі взаємоіндукції (трансформаторні датчики).

На рис. 1.4,а наведена схема індукційного датчика, статор якого являє собою Ш - образний сердечник, а якір виконаний у вигляді сектора. На середньому стрижні сердечника розміщена первинна обмотка ω1, до якої підводять напругу живлення U _пзмінним струмом. Вторинні обмотки ω 2й ωЗ з'єднані послідовно й включені зустрічно. При середньому положенні якоря е.р.с., що наводять у вторинних обмотках, рівні (Е 2 = Е 3) і вихідна напруга датчика, рівна їхньої різниці, дорівнює нулю (U _вих = E 2 - E 3 = 0).

Рис. 1.4. Індукційний двотактний датчик:

а — пристрій; б — вихідна характеристика

При повороті якоря в ту або іншу сторону порушується рівність е.р.с. у вторинних обмотках і на виході датчика з'являється сигнал, фаза якого залежить від напрямку, а амплітуда - від кута повороту якоря. Залежність вихідної напруги датчика від кута повороту якоря показана на рис. 1.4,6.

До достоїнств індукційних датчиків варто віднести відсутність ковзних контактів, високу розв'язну здатність (до 10^-3 – 10^-4 мм); великий коефіцієнт підсилення (до 200 — 300 В/мм).

З недоліків індукційних датчиків можна відзначити недостатньо високу стабільність (розкид характеристик досягає 3 - 5%), можливість роботи тільки на змінному струмі, труднощі балансування при одночасній роботі від декількох датчиків, тому що необхідно вирівнювати сигнали не тільки по амплітуді, але й по фазі.