Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков Анемометр

Индуктивность
обмотки L и протекающий по ней ток I могут
изменяться за счет изменения зазора б
или его пло­щади S. На рис. 13.6, а
представлен датчик с изменяемым зазором
б, а на рис. 13.7, а — с изменяемой площадью
S зазора, пропорциональной координате
перемещения d. За­висимость индуктивности
и тока от зазора дана на рис. 13.6,6, а
зависимость индуктивности от площади
или коор­динаты d — на рис. 13.7, б.

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

увствительность
индуктивного датчика при изменении
зазора.

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

где
lo — начальное значение индуктивности
датчика

при
б=бо и S=S0; 60, S0 — длина зазора и его площадь
в нача­ле хода;

∆б
и ∆S — изменение зазора и площади.

Таким
образом, чувствительность Sδ является
нелиней­ной функцией ∆б. Для работы
с малой нелинейностью целе­сообразно
выбирать ∆б/бо<=0,2. На якорь описанных
выше датчиков действует сила, со­здающая
механическую нагрузку на элемент,
перемещение которого контролируется.
Эта сила

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Для
устранения этого недостатка применяются
диффе­ренциальные датчики.
Дифференциальный датчик содержит две
совершенно одинаковые и симметрично
расположенные электромагнитные системы.

Если
изменяется потокосцеп-ление, связанное
с проводником или катушкой, то в них
возникает ЭДС. Это происходит при
движении проводника в магнитном поле
или магнитного поля, пересекающего
не­подвижный проводник. ЭДС индукции
возникает и тогда, когда потокосцепление
изменяется в результате изменения
магнитной проводимости. Эти явления
лежат в основе работы индукционных
датчиков.

Индукционные
датчики часто используются как датчики
скорости. Если использовать дифференцирующие
и инте­грирующие цепочки, то можно
получить выходные величины, пропорциональные
ускорению и перемещению.

Простейший
индукционный датчик скорости линейного
перемещения показан на рис. 13.11. Выходной
сигнал сни­мается с обмотки, в которой
наводится ЭДС E=Blwv,
где
В

индукция, создаваемая в рабочем зазоре
кольцевым постоянным магнитом; Тл; l
— длина витка перемещающей­ся
измерительной обмотки, м; w
— число витков; и

ско­рость перемещения измерительной
обмотки, м/с. Чувстви­тельность датчика
S=Blw
может
быть увеличена за счет увеличения
индукции и числа витков. Для получения
сигнала, пропорционального перемещению,
сигнал с обмотки интегрируется с помощью
цепочки RC.
При
интегрировании с
малой
погрешностью постоянная времени T=RC
берется/
достаточно большой и сигнал уменьшается
в сотни раз.

Индуктивные датчики

Индуктивный датчик
– это преобразователь параметрического
типа, принцип действия которого основан
на изменении индуктивности L
или взаимоиндуктивности обмотки с
сердечником, вследствие изменения
магнитного сопротивления RМ
магнитной цепи датчика , в которую входит
сердечник.

Широкое применение
индуктивные датчики находят в
промышленности для измерения перемещений
и покрывают диапазон от 1мкм до 20мм.
Также можно использовать индуктивный
датчик для измерения давлений, сил,
уровней расхода газа и жидкости и т. д.
В этом случае измеряемый параметр с
помощью различных чувствительных
элементов преобразуется в изменение
перемещения и затем эта величина
подводится к индуктивному измерительному
преобразователю. В случае измерения
давлений, чувствительные элементы могут
выполняться в виде упругих мембран,
сильфонов, и т. д. Используются они и в
качестве датчиков приближения, которые
служат для обнаружения различных
металлических и неметаллических объектов
бесконтактным способом по принципу
“да” или “нет”.

Возможные области
применения датчиков чрезвычайно
разнообразны, можно выделить лишь
отдельные
сферы:

– простота и прочность
конструкции, отсутствие скользящих
контактов;

– возможность
подключения к источникам промышленной
частоты;

– относительно
большая выходная мощность (до десятков
Ватт);

– точность
работы зависит от стабильности питающего
напряжения по частоте;

– возможна работа
только на переменном токе.

Типы
преобразователей и их конструктивные
особенности

По схеме построения
датчики можно разделить на одинарные
и дифференциальные. Одинарный датчик
содержит одну измерительную ветвь,
дифференциальный – две.

В дифференциальном
датчике при изменении измеряемого
параметра одновременно изменяются
индуктивности двух одинаковых катушек,
причем изменение происходит на одну и
ту же величину, но с обратным знаком.

Как известно,
индуктивность катушки:

где W–
число витков; Ф
– пронизывающий ее магнитный поток;

Применение индуктивных датчиков


проходящий по катушке ток. Ток связан
с МДС

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков


магнитное сопротивление преобразователя.

Рассмотрим,
например, одинарный индуктивный датчик.
В основу его работы положено свойство
дросселя с воздушным зазором изменять
свою индуктивность при изменении
величены воздушного зазора.

Применение индуктивных датчиков

Состоит из ярма 1,
обмотки 2, якоря 3- удерживается пружинами.

На обмотку 2 через
сопротивление нагрузки Rн
подается напряжение питания переменного
тока.

Ток в цепи нагрузки
определяется как :

Применение индуктивных датчиков

где


активное
сопротивление дросселя ;

L
– индуктивность
датчика.

Т.к. активное
сопротивление цепи величина постоянная,
то изменение тока I
может происходить только за счет
изменения индуктивной составляющей

которая зависит от
величены воздушного зазора .

Т.о. , каждому значению

соответствует определенное значение
I
, создающего падение напряжения на
сопротивлении Rн:

представляет собой
выходной сигнал датчика.

Можно вывести
аналитическую зависимость Uвых=f(,
при условии что зазор достаточно мал и
потоками рассеяния можно пренебречь,
и пренебречь магнитным сопротивлением
железа Rмж
по сравнению с магнитным сопротвлением
воздушного зазора Rмв.

Применение индуктивных датчиков

В реальных
устройствах активное сопротивление
цепи намного меньше индуктивного, тогда
выражение сводится к виду:

Применение индуктивных датчиков

Т.о. зависимость
Uвых=f(
имеет линейный характер (в первом
приближении).

Реальная
характеристика имеет вид:

Применение индуктивных датчиков

Отклонение от
линейности в начале объясняется принятым
допущением Rмж
Rмв.

При малых 
магнитное сопротивление железа соизмеримо
с магнитным сопротивлением воздуха.

Отклонение при
больших 
объясняются тем, что при больших 
RL
становится
соизмеримой с величиной активного
сопротивления – Rн+rд.

В целом рассмотренный
датчик имеет ряд существенных недостатков
:

– не меняется фаза
тока при изменении направления
перемещения;

– при необходимости
измерять в обоих направлениях перемещение
нужно устанавливать начальный воздушный
зазор и, следовательно, ток I0,что
неудобно;

– ток в нагрузке
зависит от амплитуды и частоты питающего
напряжения;

– в процессе работы
датчика на якорь действует сила притяжения
к магнитопроводу, которая ничем не
уравновешивается, и значит вносит
погрешность в работу датчика.

Дифференциальные
(реверсивные) индуктивные датчики (ДИД)

ДИД представляет
собой совокупность двух нереверсивных
датчиков и выполняются в виде системы,
состоящей из двух магнитопроводов с
общим якорем и двумя катушками. Для ДИД
необходимы два раздельных источника
питания, для чего обычно используется
разделительный трансформатор 5.

По форме магнитопровода
могут быть ДИД с магнитопроводом Ш-
образной формы, набранные из мостов
электротехнической стали (при частотах
выше 1000Гц применяются железо- никелевые
сплавы- пермолой), и цилиндрические- со
сплошным магнитопроводом круглого
сечения. Выбор формы датчика зависит
от конструктивного сочетания его с
контролируемым устройством. Применение
Ш- образного магнитопровода обусловлено
удобством сборки катушки и уменьшением
габаритов датчика.

Для питания ДИД
используют трансформатор 5 с выводом
средней точки на вторичной обмотке .
Между ним и общим концом обеих катушек
включается прибор 4. Воздушный зазор
0,2-0,5 мм.

При среднем
положении якоря, когда воздушные зазоры
с обеих ? одинаковы, индуктивные
сопротивления катушек 3 и 3
одинаковы следовательно величины токов
в катушках равны
I1=I2
и результирующий ток в приборе равен
0.

Применение индуктивных датчиков

При небольшом
отклонении якоря в ту или иную сторону
под действием контролируемой величены
Х меняются величины зазоров и
индуктивностей, прибор регистрирует
разностный ток
I1-I2,он
является функцией смещения якоря от
среднего положения . Разность токов
обычно регистрируется с помощью
магнитоэлектрического прибора 4
(микроамперметра) с выпрямительной
схемой В на входе.

Характеристика
датчика имеет вид:

Применение индуктивных датчиков

Полярность выходного
тока остается неизменной независимо
от знака изменения полного сопротивления
катушек(для схемы Рис.1). При изменении
направления отклонения якоря от среднего
положения меняется на противоположную
(на 180°)
фаза тока на выходе датчика. При
использовании фазочувствительных
выпрямительных схем можно получить
индикацию направления перемещения
якоря от среднего положения.

Характеристика
ДИД с ФЧВ имеет вид:

Применение индуктивных датчиков

Погрешность
преобразования индуктивного датчика

Информативная
способность индуктивного датчика в
значитель­ной мере определяется его
погрешностью преобразования измеряе­мого
параметра. Суммарная погрешность
индуктивного датчика складывается из
большого числа составляющих погрешностей.
Можно выделить следующие погрешности
индуктивного датчика:

1) Погрешность от
нелинейности характеристики.
Мультиплика­тивная составляющая
общей погрешности. Из-за принципа
индук­тивного преобразования измеряемой
величины, лежащего в основе работы
индуктивных датчиков, является
существенной и в боль­шинстве случаев
определяет диапазон измерения датчика.
Обязательно подлежит оценке при
разработке датчика.

2) Температурная
погрешность. Случайная составляющая.
Ввиду большого числа зависимых от
температуры параметров составных частей
датчика составляющая погрешность может
достичь больших величин и является
существенной. Подлежит оценке при
разработке датчика.

3) Погрешность от
влияния внешних электромагнитных полей.
Случайная составляющая общей погрешности.
Возникает из-за индуцирования ЭДС в
обмотке датчика внешними полями и из-за
изменения магнитных характеристик
магнитопровода под действием внешних
полей. В произ­водственных помещениях
с силовыми электроустановками
обнару­живаются магнитные поля с
индукцией

Применение индуктивных датчиков

4) Погрешность от
магнитоупругого эффекта. Возникает
из-за нестабильности деформаций
магнитопровода при сборке датчика
(аддитивная составляющая) и из-за
изменения деформаций в про­цессе
эксплуатации датчика (случайная
составляющая). Расчеты с учетом наличия
зазоров в магнитопроводе показывают,
что влияние неста­бильности механических
напряжений в магнитопроводе вызывает
нестабильность выходного сигнала
датчика порядка

Применение индуктивных датчиков

5) Погрешность от
тензометрического эффекта обмотки.
Случай­ная составляющая. При намотке
катушки датчика в проводе созда­ются
механические напряжения. Изменение
этих механических напряжений в процессе
эксплуатации датчика ведет к изменению
сопротивления катушки постоянному току
и, следовательно, к из­менению выходного
сигнала датчика. Обычно для правильно
спроектированных датчиков

Применение индуктивных датчиков

6) Погрешность от
соединительного кабеля. Возникает из-за
нестабильности электрического
сопротивления кабеля под действи­ем
температуры или деформаций и из-за
наводок ЭДС в кабеле под действием
внешних полей. Является случайной
составляющей погрешности. При
нестабильности собственного сопротивления
ка­беля погрешность выходного сигнала
датчика

Применение индуктивных датчиков

.
Длина соединительных кабелей составляет
1–3 м и редко больше. При выполнении
кабеля из медного провода сечением

Применение индуктивных датчиков

сопротивление кабеля менее 0,9 Ом,
нестабильность сопротивления

Применение индуктивных датчиков

.
Поскольку полное сопротивление датчика
обычно больше 100 Ом, погрешность выходного
сигнала датчика может составить величину

Применение индуктивных датчиков

.
Следовательно, для датчиков, имеющих
малое сопротивление в рабочем режиме,
погрешность следует оце­нивать. В
остальных случаях она не является
существенной.

7) Конструктивные
погрешности. Возникают под действием
сле­дующих причин: влияние измерительного
усилия на деформации деталей датчика
(аддитивная), влияние перепада
измерительного усилия на нестабильность
деформаций (мультипликативная), влия­ние
направляющих измерительного стержня
на передачу измери­тельного импульса
(мультипликативная), нестабильность
передачи измерительного импульса
вследствие зазоров и люфтов подвижных
частей (случайная). Конструктивные
погрешности в первую очередь определяются
недостатками в конструкции механических
элемен­тов датчика и не являются
специфическими для индуктивных дат­чиков.
Оценка этих погрешностей производится
по известным спо­собам оценки
погрешностей кинематических передач
измерительных устройств.

8) Технологические
погрешности. Возникают вследствие
техно­логических отклонений взаимного
положения деталей датчика (ад­дитивная),
разброса параметров деталей и обмоток
при изготов­лении (аддитивная), влияния
технологических зазоров и натягов в
соединении деталей и в направляющих
(случайная).

Технологи­ческие
погрешности изготовления механических
элементов конструк­ции датчика также
не являются специфическими для
индуктивного датчика, их оценка
производится обычными для механических
измерительных устройств способами.
Погрешности изготовления магнитопровода
и катушек датчика ведут к разбросу
параметров датчиков и к затруднениям,
возни­кающим при обеспечении
взаимозаменяемости последних.

9) Погрешность от
старения датчика. Эта составляющая
погреш­ности вызывается, во-первых,
износом подвижных элементов кон­струкции
датчика и, во-вторых, изменением во
времени электро­магнитных характеристик
магнитопровода датчика. Погрешность
следует рассматривать как случайную.
При оценке погрешности от износа во
внимание принимается кинематический
расчет механизма датчика в каждом
конкретном случае. На стадии конструирования
датчика в этом случае целе­сообразно
задавать срок службы датчика в нормальных
для него условиях эксплуатации, за время
которого дополнительная погреш­ность
от износа не превысит заданной величины.

Электромагнитные
свойства материалов изменяются во
времени.

В большинстве случаев
выраженные про­цессы изменения
электромагнитных характеристик
заканчиваются в течение первых 200 часов
после термообработки и размагничивания
магнитопровода. В дальнейшем они остаются
практически посто­янными и не играют
существенной роли в общей погрешности
дат­чика.

Проведенное выше
рассмотрение составляющих погрешности
индуктивного датчика дает возможность
оценить их роль в форми­ровании общей
погрешности датчика. В большинстве
случаев опре­деляющими являются
погрешность от нелинейности характеристики
и температурная погрешность преобразователя.

Расчет
индуктивных датчиков перемещений

Целью расчета
индуктивного измерительного преобразователя
является определение его конструктивных
параметров по заданным метрологическим
характеристикам или расчет метрологических
ха­рактеристик данной конструкции
индуктивного измерительного
пре­образователя.

Эти расчеты связаны
с теорией электромагнитных це­пей.
Основными метрологическими характеристиками
индуктивного измерительного преобразователя
являются:

1) диапазон измерения
с допустимой погрешностью

Применение индуктивных датчиков

2) чувствительность
преобразования (относительная)

Применение индуктивных датчиков

3) погрешность
преобразования (относительная)

Применение индуктивных датчиков

В качестве
конструктивных параметров индуктивного
преобра­зователя, определяющих его
метрологические характеристики,
не­обходимо учитывать геометрические
размеры магнитопровода и его материал,
геометрические размеры и число витков
катушки преоб­разователя.

С точки зрения
расчета индуктивные измерительные
преобразо­ватели можно разделить на
три вида: преобразователи с переменной
длиной немагнитных зазоров в магнитопроводе,
преобразователи с переменной площадью
немагнитных зазоров в магнитопроводе
и соленоидные преобра­зователи.

Выходной величиной
индуктивного измерительного преобразователя
является его полное сопротивление,
модуль которого определяется зависимостью

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

в первую очередь зависит от конструктивных
параметров преобразователя и
электромагнитных характеристик его
элементов (в рабочем диапазоне частот).
Величины

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

существенно зависят ещё и от режима
работы преобразователя и, в частности,
от частоты

Применение индуктивных датчиков

.
В связи с этим модуль полного сопротивления
преобразователя

Применение индуктивных датчиков

С другой стороны,
характерной особенностью добротности

Применение индуктивных датчиков

Приведенные
рассуждения показывают целесообразность
применения для характеристики индуктивного
измерительного преобразователя двух
достаточно стабильных величин

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

При этом с небольшой
погрешностью результата в практических
случаях можно принять

Применение индуктивных датчиков

и вместо зависимости

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применяемые методы
расчета индуктивных преобразователей
базируются на теории магнитных цепей
с зазорами. Исходными являются следующие
расчетные соотношения: магнитный поток
в магнитопроводе

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков


намагничивающая сила обмотки
преобразователя,

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Решение задачи
сводится к определению магнитного
сопротивления магнитной цепи. Последнее
складывается из магнитного сопротивления
ферромагнитных и немагнитных участков
цепи

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

– удельное активное и реактивное
магнитные сопротивления,

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Удельное реактивное
магнитное сопротивление

Применение индуктивных датчиков

учитывает потери в магнитопроводе, в
первую очередь от вихревых токов, в
значительной мере определяется не
только материалом магнитопровода, но
и его конструкцией. При слабо выраженном
поверхностном эффекте в магнитопроводе
преобразователя допустимо при расчете
принимать

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков


длина и площадь сечения немагнитных
зазоров.

Схемы
включения индуктивных датчиков

Схема включения
индуктивного датчика перемещений
осущест­вляет его согласование с
электрическим вторичным измерительным
преобразователем и преобразует изменение
полного сопротивления датчика в изменение
электрического тока или напряжения.
Электри­ческие вторичные измерительные
преобразователи индуктивных из­мерительных
устройств являются общими для самых
разнообраз­ных электрических устройств,
предназначенных для измерения раз­личных
неэлектрических величин.

В любую схему
включения индуктивный датчик размера
мо­жет входить либо непосредственно,
либо в составе резонансного контура
параллельного или последовательного.
Применение вклю­чения датчика в
резонансный контур позволяет в ряде
случаев по­высить чувствительность
измерения и улучшить линейность
харак­теристики датчика. С этой точки
зрения все схемы включения – ин­дуктивных
датчиков можно разделить на безрезонансные,
в кото­рых индуктивный датчик включен
в схему непосредственно, и резо­нансные,
в которых индуктивный датчик входит в
схему в составе колебательного контура.

Независимо от
предыдущего деления применяют следующие
типы схем включения индуктивных датчиков:

Применяемый тип
схемы зависит от того, какой датчик
при­меняется — индуктивный или
взаимоиндуктивный. Кроме того, вид схемы
одного и того же типа изменяется при
включении простого и дифференциального
датчика.

Применение индуктивных датчиков

арианты
последователь­ных схем показаны на
рисунке 4.8.1.1. Индуктивный датчик

Применение индуктивных датчиков

питается переменным напряжением

Применение индуктивных датчиков

.
Величина тока
в датчике при по­стоянной величине
питающего напряжения будет зависеть
от его сопротивления:

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

– круговая частота питания схемы,

Применение индуктивных датчиков

– добротность датчика,

Применение индуктивных датчиков

– сопротивление потерь датчика,

Применение индуктивных датчиков

– частота питающего датчик тока.

Чувствительность
преобразования последовательной схемы

Изменение тока
(выходной сигнал) при изменении полного
со­противления датчика

Применение индуктивных датчиков

Схема чувствительна
к изменению напряжения питания

Применение индуктивных датчиков

Последовательная
схема может быть безрезонансной
и резонансной
(см. 4.8.1.1 в). В
резонансной
схеме ток в цепи будет определяться
сопротивлением резонансного контура,
состоящего из индуктивности датчика

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Если частота питающего
напряжения

Применение индуктивных датчиков

совпадает с
собствен­ной частотой колебательного
контура

Применение индуктивных датчиков

,
то сопротивление последовательного
колебательного контура
мини­мально,
а параллельного – максимально. При
изменении индуктивности датчика

Применение индуктивных датчиков

равенство частот
будет нарушено, и сопротивление

последовательного
контура будет увеличиваться, а
па­раллельного – уменьшаться.
Соответствующим образом будет из­меняться
и ток в цепи. Чувствительность резонансной
последова­тельной схемы в несколько
раз выше чувствительности безрезонанс­ной
последовательной схемы.

Применение индуктивных датчиков

ариант
последовательной схемы для включения
дифференци­ального датчика показан
на рисунке 4.8.1.2. Каждая половина датчика

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

питается переменным током с напряжением

Применение индуктивных датчиков

.
При из­менении
измеряемого размера одна индуктивность
уменьшается, а другая увеличивается на
одну и ту же величину. Соответствующим
образом изменяются токи в цепях обмоток
датчиков. Эти токи

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

и во встречной полярности протекают
через измеритель токаА.
Измеритель тока
будет показывать разницу токов в цепях
обмоток

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

.
При равенстве полных сопротивлений

Применение индуктивных датчиков

Направление тока
через амперметр будет зависеть от того,
в цепи какой катушки

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

ток в данный момент больше.

Такие схемы включения
дифференциальных индуктивных дат­чиков,
которые реагируют не только на величину
смещения изме­рительного стержня из
нулевого положения, но и на направление
смещения, называют фазочувствительными.

При включении по
схеме дели­теля напряжения датчик
включается в цепь последова­тельно
с некоторым постоянным сопротивлением

Применение индуктивных датчиков

,
которое в об­щем виде может быть
комплексным. Добавочным сопротивлением
может служить, например, резистор,
индуктивность или емкость (см. рис.
4.8.2.1). При питании цепи переменным
напряжением, напряжение на дат­чике,
измеряемое вольтметромV
того или иного
типа, будет зави­сеть от полного
сопротивления датчика. Если соблюдается
условие

Применение индуктивных датчиков

откуда следует, что
напряжение на датчике прямо пропорционально
величине его индуктивности.

Чувствительность
по напряжению схемы

Выходной сигнал
схемы включения при изменении полного
со­противления датчика

С другой стороны,
выходное напряжение схемы делителя
напря­жения зависит также от величины
напряжения питания

Применение индуктивных датчиков

и час­тоты питающего тока

Применение индуктивных датчиков

.
Нетрудно убедиться, что

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Включение
дифференциального датчика в схему
делителя напря­жения показано на
рисунке 4.8.2.2. Обмот­ки датчика

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

При изменении
индуктивностей обмоток будет из­меняться
их полное сопротивление и падение
напряжения на обмотках. Это падение
напряжения выпрям­ляется диодами

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

служат для
сгла­живания пульсаций выпрямленного
напряжения, а резисторы

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Показывающий
вольтметр V
подключен к
одноименным полюсам выпрямителей. В
этом случае он будет пока­зывать
разницу напряжений на обмотках датчика

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

.
Когда индуктивности обмоток равны,
равны и их полные сопротивления и падения
напряжения на них. Вольтметр при этом
покажет нуль. Ре­гулировка нулевых
показаний вольтметра при настройке
может осу­ществляться переменным
резистором

Применение индуктивных датчиков

Весьма широкое
распространение для вклю­чения
индуктивных датчиков нашла мостовая
схема включения в различных вариантах
(см. рис. 4.8.3.1). Общий вид мостовых схем
включения недиф­ференциального
индуктивного датчика показан на рисунке.
Если соблюдается условие

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

– фазовый угол соответствующего
комплексного сопротив­ления, то
выходное напряжение

Применение индуктивных датчиков

Плечи мостовой схемы
в общем случае являются комплексными
сопротивлениями и в конкретных схемах
включения могут быть реа­лизованы
включением резисторов, индуктивностей
или емкостей. Пример реализации мостовой
схемы приведен на рисунке 4.8.3.1 б).
Одним плечом
моста является индуктивность датчика

Применение индуктивных датчиков

,
второе плечо – компенсационная
индуктивность

Применение индуктивных датчиков

,
третье и четвертое
– образова­ны резисторами

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

.
Для резисторов
фазовый угол

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

.
В связи с этим удается обеспечить
усло­вие равновесия мостовой схемы.
Балансировка мостовой схемы для
определенного значения

Применение индуктивных датчиков

при настройке осуществляется резисто­ром

Применение индуктивных датчиков

или изменением
компенсационной индуктивности

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

остовые
схемы с компенсационной индуктивностью
не всегда удобны при практическом
исполнении. В этом отношении проще схемы
на резистивно-емкостных элементах (см.
рис. 4.8.3.1 в). Конденса­тор

Применение индуктивных датчиков

введен в схему
для того, чтобы можно было обеспечить
ра­венство сумм фазовых углов накрест
лежащих плеч моста. Регу­лировкой
резистора

Применение индуктивных датчиков

устанавливается
требуемый угол фазового сдвига плеча,
составленного резисторами

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

и накрест лежащего
по отношению к плечу с

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

добиваются
выполнения условия равен­ства
произведений модулей сопротивлений
накрест лежащих плеч. Таким образом оба
регулировочных элемента

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Мостовая схема
используется и для включения
дифференци­альных датчиков. В схеме
на рисунке 4.8.3.2 а) два плеча моста
образованы индуктивностями обмоток
дифференциального датчика, а два других
резисторами

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

Для балансировки
мостовой схемы при неравных значениях
индуктивностей

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

в процессе настройки служит резистор

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

мостовой схеме, приведенной на рисунке
4.8.3.2 б), плечами
моста являются индуктивности датчика

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

,
а также обмотки
тран­сформатора

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

.
В этой схеме
указатель подключен к измерительной
диагонали моста через трансформатор

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

служит для балансировки мостовой схемы
при настройке.

На рисунке 4.8.3.2 в),
в приведена
схема, аналогичная показанной на рисунке
4.8.3.2 а), а, но
в данном случае изменено назначение
диагоналей моста.

Все рассмотренные
мостовые схемы работают в режиме
неурав­новешенного моста, при котором
изменение индуктивности датчика размера
ведет к пропорциональному изменению
выходного напря­жения на измерительной
диагонали моста.

Выходное напряжение
мостовой неуравновешенной схемы

Применение индуктивных датчиков

– относительное изменение полного
сопротивления одного плеча (обмотки
датчика) мостовой схемы;

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

определяется соотношением углов фазовых
сдви­гов комплексных сопротивлений
смежных плеч.

Фазовые соотношения
смежных плеч моста:

а – синфазные, б –
квадратурные, в – противофазные.

Применение индуктивных датчиков

С этой точки зрения
мостовые схемы разделяются на

Для включения
индуктивных датчиков размера на практике
применяются только синфазные и
квадратурные мостовые схемы, и,
следовательно,

Применение индуктивных датчиков

Выражение записано
для модуля выходного напряжения без
учета фазового сдвига. Из этого выражения
нетрудно видеть, что стабильность
выходного напряжения

Применение индуктивных датчиков

зависит от стабиль­ности напряжения
питания

Применение индуктивных датчиков

и частоты питания

Применение индуктивных датчиков

(в последнем случае при изменении частоты
изменяется

Применение индуктивных датчиков

Поскольку в общем
виде первое условие равновесия мостовой
схемы переменного тока можно записать

то функция
преобразования уравновешенной мостовой
схемы (при одном уравновешивающем плече

Применение индуктивных датчиков

При включении в
мостовую схему дифференциального
индуктив­ного датчика в выражения и
следует подставлять ве­личину

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

– относительное изменение полного
сопро­тивления обмотки половины
дифференциального датчика при вход­ном
измеряемом перемещении

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

ля
преобразования индуктивно­сти датчика
в частоту переменного тока применяют
генераторные схемы (см. рис. 4.8.4). Основой
генераторной схемы является колебатель­ный
контур, составленный индуктивностью
датчика

Применение индуктивных датчиков

и постоян­ной емкостью

Применение индуктивных датчиков

Контур включен в
схему электронного генера­тора Г,
который генерирует
переменное напряжение с частотой,
рав­ной собственной частоте
колебательного контура.

При изменении
индуктивности датчика изменяется
частота на выходе генератора, измеряемая
частотомером. Частота генератора зависит
в основном от индуктивности датчика и
не зависит от его сопротивления по­терь
(это верно только в первом приближении).
Поскольку сопро­тивление потерь
датчика обычно в большой степени зависит
от различных внешних факторов, то
избавление от его влияния на ре­зультаты
измерения повышает точность измерений.

Генераторная схема
может применяться для включения, как
не­дифференциальных датчиков, так и
дифференциальных.
В последнем
случае имеется два колебательных
кон­тура, составленных каждой обмоткой
датчика и конденсаторами

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

,
и два генератора
Г1 и
Г2. Частоты
с обоих генераторов

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

поступают на смеситель, который выделяет
разностную частоту. Эта разностная
частота, в свою очередь, измеряется
частотомером. Подбором емкостей

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

генераторы
настраиваются так, чтобы в одном из
крайних положений измерительного
стержня дат­чика выполнялось условие

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

.
Тогда показания часто­томера будут
пропорциональны величине смещения
измерительного стержня из крайнего
положения.

Чувствительность
преобразования частотной схемы
включения

Применение индуктивных датчиков

Сравнение
чувствительности преобразования
частотной схемы с чувствительностью
других описанных схем показывает, что
ее отно­сительная чувствительность
в 2 раза ниже, как это следует из фор­мулы.

Применение индуктивных датчиков

заимоиндуктивные
дат­чики включаются по трансформаторной
схеме. Трансфор­маторная схема
включения недифференциального
взаимоиндуктив­ного датчика показана
па рисунке 4.8.5.
Одна обмотка
датчика пи­тается переменным напряжением
постоянной величины

Применение индуктивных датчиков

.
За счет магнитной
связи между обмотками во второй обмотке
наводится ЭДС, которая измеряется
соответствующим вольтметром.

Изменение измеряемого
размера приводит к изменению связи
между обмотками и к изменению ЭДС на
вторичной обмотке. Таким образом, ЭДС
на выходе вторичной обмотки будет
зависеть от из­меряемого размера.

Напряжение на
вторичной обмотке

Применение индуктивных датчиков

Применение индуктивных датчиков

– взаимная
индуктивность первичной и вторичной
обмоток;

Применение индуктивных датчиков

– индуктивность
первичной обмотки.

Если принять, что
взаимная индуктивность М
остается
посто­янной, то выходной сигнал схемы
включения

Последнее выражение
справедливо при отсутствии нагрузки в
цепи вторичной обмотки. Для цепи питания
в этом случае нагрузкой является в
основном полное сопротивление первичной
обмотки.

Дифференциальная
трансформаторная схема от­личается
наличием двух вторичных обмоток у
датчика. Измеритель­ный вольтметр в
этом случае измеряет разность напряжений
на обмотках.

Трансформаторная
схема включения индуктивных датчиков
весьма проста и практически не требует
каких-либо дополнительных элементов.
Однако конструкция датчика при этом
усложняется, появляется потребность в
нескольких обмотках и соответствующем
количестве соединительных проводов.

Полупроводниковые и цифровые реле времени.

Полупроводниковые
реле времени. Благодаря
боль­шому
диапазону выдержек времени (от 0,1 с до
100 ч), вы­сокой
надежности и точности, а также малым
габаритам в
настоящее время эти реле широко
распространены. В схе­ме
простейшего полупроводникового реле
времени(рис12.24)
при замыкании контакта / напряжение на
конден­саторе
С растет по экспоненте с постоянной
времени Т
= =
RC.
Напряжение
l/c
подается
на пороговый элемент. При равенстве
l/c
пороговому
напряжению £/п пороговый эле­мент
срабатывает и с выдержкой времени /ср
выдает сиг­нал
на усилитель мощности, который управляет
выходным электромагнитным
реле. Возможно использование разряда
конденсатора
(замыкается контакт 2).
Процесс
разряда идет
по кривой 2
(рис.
12.24,6). Такие реле работают на начальных
участках кривых / и 2.
Выдержку
времени регулируют
за счет изменения сопротивления R
(плавно)
и емкости
конденсатора С
(скачкообразно).
Предельная вы­держка
времени — до 10 с. При больших выдержках
вре­мени
погрешность реле возрастает, так как
экспонента ста­новится
пологой. Этим ограничивается выдержка
времени таких
реле. Для повышения точности заряд
конденсатора производят
через токостабилизирующее устройство.

При
заряде от источника тока и постоянстве
зарядного тока напряжение на конденсаторе
определяется уравнением..

Применение индуктивных датчиков

где
Uco

начальное напряжение на конденсаторе;I
— ток заряда.

Цифровые
реле времени.
В цифровом реле времени (рис. 12.27)
управляющее устройство УУ запускает
гене­ратор G. Импульсы от генератора
G подаются на вход не­синхронизируемого
двоичного счетчика. В момент совпа­дения
кода времени с заданной уставкой сигнал
дешифра­тора DC скачкообразно меняется
и выходной импульс подается на усилители
А1, А2, A3.

После
каждого цикла счетчик переводится в
нуль. Схе­ма счетчика и временная
диаграмма его работы даны на рис. 12.28.

Применение индуктивных датчиков

JK-триггеры
с синхронизирующим входом С соедине­ны
последовательно (§ 12.8). При подаче
импульса на синхронизирующий
вход С первый триггер переключается и
на выходе Qi
появляется логическая единица. Эта
едини­ца
подается на синхронизирующий вход
следующего триг­гера.
Он переключается, и на выходе появляется
сигнал Q2.
Затем
аналогичным образом переключаются
третий и чет­вертый
триггеры с выдачей команд Q3
и Q4.
Возможны цифровые
реле времени без дешифратора.

Про анемометры:  Fps датчики
Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий