1. Принцип действия датчика.

Как было показано на Рисунке 2 первичным измерительным преобразователем, воспринимающим измеряемый параметр – приближение «проводника» - ПО, является обмотка катушки индуктивности, расположенная в ферритовом сердечнике броневого типа типоразмера Б22 из феррита 2000НМ1. Обмотка L1 (120 витков) и L_oc (45 витков) намотаны «в навал» проводом ПЭВ-2 0,2 мм. Преобразователь реагирует на приближение «проводника» только с открытой стороны магнитопровода.

Эквивалентная схема первичного измерительного преобразователя показана на Рисунке3.

Рисунок 3.

Где L-индуктивность катушки,

RCu -потери в меди катушки,

RFe -потери на вихревые токи в ферритовом сердечнике и «проводнике».

Коэффициент добротности катушки определяется по формуле:

,

где ω - круговая частота,

Rs - общие потери.

Общее сопротивление катушки определяется по формуле: Z= R_S + jωL.

Первичный измерительный индуктивный преобразователь основан на изменении сопротивления вследствие размагничивающего действия вихревых токов, генерируемых магнитным потоком катушки в «проводнике», расположенном вблизи катушки.

Рисунок 4

Чтобы преобразовать изменение сопротивления, а следовательно, и добротности в электрический ток (напряжение) необходимо включить катушку в одну из измерительных цепей, выбор которой зависит от конкретных условий.

В лабораторной установке измерительная цель выполнена в виде автогенератора собранного на транзисторе VT1, включённого по схеме с ОЭ (Рисунок 4).

Обмотка катушки L1 измерительного преобразователя включенного в колебательный контур L1C1.Обмотка катушки L_oc включена в базовую цепь транзистора VT1 и является звеном положительной обратной связи, индуктивно связанного с катушкой L1.

Таким образом, элементы VT1, L1, L_oc, Rl, R2, R3, С1, С2, С4 образуют автогенератор LC -типа.

Первоначально колебания в автогенераторе устанавливаются с помощью резистора R2. Амплитуда колебаний автоматически поддерживается на требуемом уровне, что соответствует установившемуся стационарному режиму автоколебаний.

Частота колебаний генератора определяется по формуле:

.

Переменное напряжение с коллектора транзистора VT1 через конденсатор С2 поступает на выпрямитель на диодах VD1 и VD2. Значение выпрямленного постоянного напряжения соответствует высокому (для микросхем КМОП) логическому уровню. Это напряжение поступает на компаратор DA1, включённый по схеме триггера Шмитта. Переменным резистором (R8) устанавливается порог срабатывания триггера Шмитта.

Если проводящий объект ПО «проводник» см. Рисунок1 находится вне зоны действия магнитного поля катушки L1 датчика, то автогенератор LC-типа работает в режиме автоколебаний на грани срыва. Этого добиваются регулировкой с помощью резистора R2. Выход «Вых» при этом в пассивном состоянии и индикатор HL1 не светится.

При перемещении «проводника» в зону действия магнитного поля катушки L1 потери на вихревые токи R_Fe возрастают пропорционально степени приближения «проводника» и соответственно уменьшается добротность θ и амплитуда колебаний падает до нуля из-за потерь энергии в колебательном контуре. При этом триггер Шмитта на DA1 срабатывает и через усилитель мощности на VT2 переводит выход «вых» в активное состояние и индикатор HL1 светится. Порог срабатывания триггера Шмитта определяется расстоянием между «проводником» и индуктивным преобразователем датчика и настраивается резистором R2 от нескольких мм до нескольких десятков мм.

На Рисунке 5 приведена типовая характеристика датчика.

Рисунок 5

U₁ - напряжение на нагрузке R_H высокого уровня;

U₂ - напряжение на нагрузке R_H низкого уровня;

L₁ - расстояние от поверхности торца датчика до шунта при переходе выходного напряжения от высокого уровня к низкому;

L₂ - расстояние от поверхности торца датчика до шунта при переходе выходного напряжения от низкого уровня к высокому;

ΔL - разница расстояний (гистерезис) L₁ и L₂. ΔL= L₁ - L₂