Электромагнитные преобразователи Индуктивные преобразователи
На рис. 3.20 приведена конструкция индуктивного датчика и его статическая характеристика.
к
лапан
Рис. 3.20. Индуктивный датчик
Индуктивный датчик состоит из сердечника, клапана и катушки.
При протекании тока через катушку в магнитной системе с разрывом в виде клапана возникает пульсирующий магнитный поток, величина которого зависит от положения клапана. При смещении клапана вниз, магнитное сопротивление магнитному потока уменьшается, что вызывает увеличение ЭДС самоиндукции в катушке датчика. Согласно второму закону Кирхгофа при постоянстве питающего напряжения новое равновесие наступит при меньшем токе через катушку.
Согласно закону Ома, ток через катушку для переменного тока равен
где ω – круговая частота; W – число витков катушки; G – проводимость магнитному потоку; μ – магнитная проницаемость магнитопровода; S – сечение магнитопровода; L – индуктивность катушки; δ – зазор между клапаном и сердечником; Rк – активное сопротивление катушки.
Выходной величиной индуктивного датчика может быть ток в катушке или индуктивность катушки, показанной на рис. 3.21.
Рис. 3.21. Статическая характеристика индуктивного датчика
Недостатки индуктивного датчика:
- наличие тока холостого хода;
- мал линейный участок статической характеристики;
- зависимость выходного сигнала от частоты питающего напряжения;
- фаза выходного сигнала не реагирует на смену знака входной величины;
- зависимость выходного сигнала от параметров окружающей среды;
- наличие электромагнитных сил притяжения между клапаном и сердечнико.
Другие конструкции индуктивного датчика приведены на рис. 3.22а, б,в.
а б с
Рис. 3.22. Индуктивный датчик
1. Якорь в индуктивном датчике (рис.3.22а) выполнен в виде ферромагнитного сердечника. По мере вхождения ферромагнитного сердечника в зазор магнитное сопротивление пульсирующему магнитному потоку уменьшается, что приводит к увеличению ЭДС самоиндукции в катушке и увеличению тока в ней.
2. Индуктивный датчик плунжерного типа, где индуктивное сопротивление датчика определяется положением плунжера в катушке.
3. В индуктивном
датчике (рис. 3.22в)
роль клапана для изменения магнитного
сопротивлению пульсирующему магнитному
потоку выполняет медная гильза.
Перемещение гильзы (10-20) мм.
Iн
В зазор вводится медная гильза, образующая короткозамкнутый виток. ЭДС, наводимая в гильзе пульсирующим магнитным потоком, вызовет токи Фуко, которые создадут вторичный магнитный поток, направленный навстречу основному магнитному потоку. Так как магнитные потоки пересекаться не могут, поэтому внешний магнитный поток будет обходить вторичный магнитный поток. Магнитное сопротивление внешнему магнитному потоку возрастает, что вызовет уменьшение ЭДС самоиндукции в катушке. Индуктивность катушки будет уменьшаться и, по второму закону Кирхгофа, ток в катушке будет возрастать пропорционально перемещению медной гильзы.
Погрешности индуктивного датчика:
- нелинейность статической характеристики;
- влияние электромагнитной силы на клапан;
- температурная погрешность.
Для расширения рабочей зоны и исключения влияния температуры, влажности и внешних магнитных полей применяются дифференциальные индуктивные датчики, включенные по схеме с применением трансформатора со средней точкой и мостовой схеме.