Индуктивные преобразователи

В применяемых в настоящее время индуктивных преобразователях изменение индуктивного сопротивления катушки чаще всего достигается посредством изменения величины воздушного зазора d между якорем и неподвижной частью сердечника катушки (рисунок 1, а) или изменением площади зазора S (рисунок 1, б). Характеристика преобразователя Z=w(d) (рисунок 3, а) нелинейная, но если ограничить рабочий участок преобразователя Δd=d_max-d_min, то можно считать, с некоторой погрешностью, что передаточное отношение постоянно. Передаточное отношение преобразователя возрастает по мере уменьшения зазора. Причем если взять два одинаковых рабочих участка Δd, но с различными значениями d₀ то нелинейность характеристики (непостоянство величины K_ИП) будет больше у преобразователя с меньшим d₀.

Преобразователи с переменным зазором позволяют получать высокие передаточные отношения.

а) б)

Рисунок 3 – Статические характеристики преобразователей

С целью получения более линейной зависимости, не уменьшая величины Δd, применяют индуктивные преобразователи, принцип действия которых показан на рисунке 4, а. Преобразователь имеет две магнитные цепи с общим якорем. Под действием измеряемой величины оба зазора изменяются одинаково, но с различными знаками. Такой преобразователь обычно называют дифференциальным.

При соответствующем включении обеих катушек в измерительную схему (например в соседние плечи мостовой схемы) дифференциальный преобразователь имеет примерно в два раза большую чувствительность по сравнению с недифференциальным, менее чувствителен к колебаниям окружающей температуры, питающего напряжения и его частоты.

а) б) в) г)

д) е)

Рисунок 4 – Схемы индуктивных преобразователей

Поэтому эти преобразователи находят самое широкое применение в приборах для линейных измерений.

Индуктивные преобразователи с переменной площадью воздушного зазора имеют линейную характеристику Z=w(S) (рисунок 3, б), но не высокую чувствительность, используются для измерения больших перемещений. Дифференциальная схема данного типа преобразователя (рисунок 4, б) обладает аналогичными преимуществами.

Для измерения перемещений нескольких десятков миллиметров применяются преобразователи с разомкнутой магнитной цепью, так называемые преобразователи соленоидного типа.

На рисунке 4 в, г приведены схемы дифференциального и недифференциального преобразователя соленоидного типа.

Преобразователь представляет собой катушку, внутри которой помещен ферромагнитный сердечник (якорь). При вхождении якоря внутрь катушки индуктивность последней изменяется.

Для целей повышения чувствительности катушка заключается в ферромагнитный кожух. Характеристика соленоидного преобразователя линейна, но в значительной степени зависит от качества намотки катушек. Катушки по всей своей длине должны быть строго идентичны как по числу витков так и по геометрическим размерам. Особую группу составляют преобразователи трансформаторного типа, в которых используется влияние линейного перемещения якоря на индуктивную связь между двумя катушками. На рисунке 4, д показана принципиальная схема индуктивного преобразователя трансформаторного типа. Обмотка 1 питается от источника переменного тока. К зажимам второй обмотки 2 подключен вольтметр. При изменении воздушного зазора изменяется магнитное сопротивление магнитопровода, а следовательно и величина магнитного потока. В результате изменяется индуктированная во вторичной обмотке электродвижущей силы (ЭДС).

Схема недифференциального трансформаторного преобразователя (рисунок 4, д) мало чувствительна.

Значительно лучшими свойствами обладает дифференциальный трансформаторный преобразователь (рисунок 4, а).

Две одинаковые первичные катушки I обоих сердечников включены последовательно, благодаря чему при симметричном положении якоря магнитные потоки в обеих магнитных цепях равны. Вторичные катушки 2, также имеет одинаковые параметры, но включены навстречу друг другу. Поэтому при среднем положении якоря индуктированные в них ЭДС уравновешивают друг друга и ток в измерителе равен нулю, При перемещении якоря из среднего положения магнитные сопротивления, а следовательно и магнитные потоки пронизывающие коричные катушки, будут неодинаковыми, и л измерителе появится ток, определяемый разностью индуктированных во вторичных обмотках ЭДС.

Трансформаторные преобразователи обычно используются в схемах с усилителем, они позволяют осуществить дифференциальную схему сравнения выходных сигналов без гальванической связи между цепями входа и выхода.