 |
Датчики реактивного сопротивления
|
|
|
|
К датчикам реактивного сопротивления относятся индуктивные и емкостные датчики.
Индуктивные датчики работают на переменном токе. Принцип действия их основан на изменении индуктивности катушки с магнитопроводом при перемещении якоря. Если к якорю прямо или косвенно присоединить рабочий механизм, то величину его перемещения можно определить по величине воздушного зазора d между якорем и сердечником электромагнита. Индуктивность контура обратно пропорциональна величине d, поэтому при увеличении d увеличивается ток в катушке датчика вследствие уменьшения индуктивного сопротивления контура.
; 
; 
, (30)
где r, xL, z – активное, индуктивное, полное сопротивление контура; w - угловая частота; f – частота питающей сети.
При постоянных U, R, f ток датчика зависит только от 
:
, (31)
где k – коэффициент чувствительности датчика по току.
Статическая характеристика индуктивного датчика нелинейна в области малых и больших d. Большинство датчиков рассчитывают для работы при частотах питающей сети до 5000 Гц, поскольку при высоких частотах значительно возрастают потери в стали на перемагничивание и реактивное сопротивление. Область применения – измерение линейных и угловых перемещений объекта, а также давления.
Рисунок 36 – Схемы индуктивных датчиков
Индуктивные датчики используются в четырех основных исполнениях (рис.2): с подвижным якорем (а); с подвижным сердечником (б); с поворотным якорем (в); магнитоупорного типа (г).
Датчик с подвижным якорем имеет два сердечника с двумя симметрично расположенными катушками индуктивности и якорем, связанным с измеряемым объектом. При нулевом положении якоря воздушные зазоры d1 и d2 с обеих сторон равны, как и индуктивные сопротивления катушек. Следовательно, токи I1 и I2, проходящие по резисторам R1 и R2, равны и направлены встречно. Выходное напряжение, снимаемое с резисторов, равно нулю. При смещении якоря нарушится баланс токов, поэтому появится выходное напряжение, пропорциональное величине перемещения якоря с учетом знака (фазы) перемещения. Такой датчик можно назвать двухтактным или реверсивным. Если использовать половину датчика (с одним сердечником), то можно получить следующее соотношение тока от перемещения δ:
|
|
|
, (32)
где μ0 – магнитная проницаемость воздушного зазора; Sδ – активная площадь электромагнита.
Датчик с подвижным сердечником имеет две симметричные катушки индуктивности цилиндрической формы, которые расположены на одной оси. Внутри катушек вдоль их оси перемещается сердечник, связанный с измеряемым объектом. Принцип действия аналогичен датчику с подвижным якорем, но с меньшей точностью. Оба датчика используют для измерения линейных перемещений.
Для измерения угловых перемещений применяется датчик с поворотным якорем – трансформаторный датчик. Он является реверсивным и учитывает не только величину углового перемещения, но и его знак. Когда якорь находится в нулевом положении (симметричен относительно сердечника), то наведенные в обмотках w1 и w2 электродвижущие силы равны по величине и направлены встречно друг другу. Напряжение Uвых = 0. При разбалансе якоря 
, где q – угол поворота якоря (вала).
Магнитоупругий датчик используется для измерения давления в среде. Индуктивность датчика изменяется вследствие изменения магнитной проницаемости ферромагнитных материалов под действием механических напряжений. Имеет большую погрешность.
Рисунок 37 – Типы емкостных датчиков
Емкостные датчики применяют для измерения линейных и угловых перемещений. На рисунке 37 показаны типы емкостных датчиков. Простейшим из них является датчик на плоском конденсаторе (рисунок 37,а), емкость которого равна
|
|
|
, (33)
где e - диэлектрическая проницаемость; S – активная площадь пластин конденсатора; d - расстояние между пластинами.
Одна из пластин должна быть подвижной и связанной с объектом, линейные перемещения которого измеряются. Емкость датчика от 10 до 100 пФ при частоте выше 1кГц, а точность – 0,1…0,01 мкм. Форма пластин может быть цилиндрической. Тогда емкость равна
, (34)
где r1 и r2 – радиусы внутреннего и наружного цилиндров;
На рисунке 3б изображен датчик с переменной S как датчик углового перемещения. Это воздушный конденсатор с набором параллельных пластин, часть которых способна поворачиваться на некоторый угол. Емкость датчика определяется по соотношению
, (35)
где α – угловое перемещение; S – активная площадь конденсатора при α = 0.
Датчик с переменной диэлектрической средой (рисунок 3в) представляет собой трубу, изолированную с внутренней стороны. В трубе расположен изолированный стержень, который вместе с трубой используется как электроды конденсатора. Датчик может быть использован для определения уровня жидкости, если поместить трубу в резервуар с жидкостью. Образуется коаксиальный конденсатор, емкость которого пропорциональна объему жидкости в трубе.Как и индуктивные емкостные датчики могут выполняться однотактными и двухтактными.
|
|
|
