9.3 Электромагнитные преобразователи

Индуктивные и взаимоиндуктивные (трансформаторные) датчики имеют много конструктивных реализаций. Простейший одинарный индуктивный датчик показан на рис.9.3. С помощью такого датчика можно контролировать перемещения от 0.01 до 5 мм. Зависимость L = f (x) имеет не­линейный характер.

X

U~

Рис. 9.3 - Одинарный индуктивный преобразователь

Более высокой чувствительностью и меньшей чувствительностью к внешним полям обладает дифференциальный индуктивный датчик - рис. 9.4. Обе обмотки включаются в мост переменного тока в качестве плеч. Выходное напряжение моста практически линейно зависит от перемещения ярма X.

Х

U~

U_вых

Рис. 9.4 - Дифференциальный индуктивный преобразователь

Дифференциальный трансформаторный датчик показан на рис. 9.5. Две обмотки включаются последовательно и запитываются переменным напряжением U_n , а две, включенные в противофазе, являются источником выходного напряжения U_вых . Это напряжение усиливается и измеряется прибором переменного тока. Преобразователь такого типа позволяет контролировать перемещения от 10^-6 до 10^-1м.

~U_n

U_вых

Рис.9.5 - Дифференциальный трансформаторный преобразователь

Представленные схемы используются в толщиномерах, микромет­рах, уровнемерах, измерителях давления и перемещения.

Индукционный преобразователь показан на рис.9.6. Напряжение, наводимое в катушке при ее перемещении относительно магнитопровода, пропорционально скорости изменения магнитного потока, пронизывающего катушку:

dФ

e ═ ─ ω ──── .

dt

Такой датчик может быть использован для измерения скорости переме­щения. Если подвергнуть выходное напряжение интегрированию или дифференцированию, то можно получить сигнал пропорциональный со­ответственно самому перемещению пли ускорению. Индукционный пре­образователь используется в виброметрах, акселераторах и тахометрах.

Х

Рис.9.6 - Индукционный датчик перемещения

9.4 Электростатические преобразователи

Электростатический емкостной преобразователь представляет собой кон­денсатор, параметры которого зависят от измеряемой величины. Извест­но, что емкость плоского конденсатора определяется выражением:

S

С ═ ε₀ ε —— .

d

где ε₀ – диэлектрическая постоянная; ε - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S - площадь обкладок конденсатора; d - рас­стояние между обкладками, т. е. толщина слоя диэлектрика. В емкостных преобразователях меняться может один из трех параметров: ε, S, d.

Изменение толщины d используется в тех случаях, когда необходи­мо измерять малые перемещения (доли мм). Зависимость C=f(d) нелиней­на.

Изменение эффективной площади S используется при измерениях больших перемещений (сантиметры). Зависимость C=f(S) линейна.

Изменение ε используется в тех случаях, когда измеряют уровень жидкости, влажность вещества, гомогенность материалов. Зависимость C=f(e) также линейна.

В одинарных емкостных датчиках между пластинами конденсатора возникает нежелательное притяжение.

Дифференциальные емкостные преобразователи обладают более высокой чувствительностью, меньшей зависимостью от условий среды и почти не подвержены влиянию притяжения подвижной пластины (усилия направлены в разные стороны). В качестве измерительной схемы исполь­зуется мостовая схема. Для питания мостовой схемы применяют напряже­ние повышенной частоты (до 1 МГц) с тем, чтобы повысить полезную мощность S=U²ωС при тех же габаритах датчика. Достоинствами элек-тростатических емкостных датчиков являются: простота конструкции, вы-сокая чувствительность, малая инерционность. К недостаткам можно от­нести малую мощность и влияние паразитных емкостей.