4.Индуктивные преобразователи

На рисунке а изображен наиболее распространенный преобразователь с малым воздушным зазором δ, который изменяется под действием измеряемой величины Р.

Рисунок а.

Определение L производится по следующей зависимости P→L→Z. Рабочее перемещение в преобразователях с переменным зазором составляет от 0,1 мм до 10 мм. На рисунке б изображен преобразователь с разомкнутой магнитной цепью.

Рисунок б.

Преобразователь представляет собой катушку 1, внутри которой помещен стальной сердечник 2. Перемещение сердечника вызывает изменения индуктивности катушки. Этот тип преобразователей применяется для измерения значительных перемещений сердечника 10÷100 мм. Одним из достоинств индуктивных преобразователей является возможность получения большой мощности преобразователя (до 1÷5 ВА), что позволяет пользоваться сравнительно мало чувствительным указателем на выходе измерительной цепи и регистрировать измеряемую величину (например, самопищущим) без предварительного усиления. Лишь при мало габаритных преобразователях приходится использовать усилитель. Электрическое сопротивление индуктивного преобразователя (рисунок а), если считать, что все сопротивление утечки R_ут включено параллельно зазору, выразится формулой:

Из формулы смледует, что Z связано с длиной δ воздушного зазора зависимостью близкой к гиперболической. С увеличением зазора и, следовательно, сопротивление R_δ→Z уменьшается так, как показано на рисунках а, б, в.

Рисунок в.

Линейный участок характеристики преобразователя с начальным зазором δ₀ ограничен значением Δδ=(0,1÷0,15) δ₀. Относительное изменение сопротивления ΔZ/Z из-за наличия активного сопротивления обмотки потока утечки и магнитного сопротивления магнитопровода в 2 – 5 раз меньше относительного изменения зазора . Кроме того следует обратить внимание на то, что при изменении R_δ изменяется не только реактивное сопротивление

но и активная составляющая сопротивления Z

Расширения линейного участка характеристики можно добиться, если выбрать в качестве выходной величины преобразователя не сопротивление Z, а проводимость Y, которая, если пренебречь R, будет равна:

.

И изменение проводимости при относительном изменении зазора будет равно:

и почти линейно связано с изменением зазора в особенности при R_ут >> R_δ

.

Существенно изменить погрешность и увеличить линейный участок характеристики позволяет применение дифференциальных преобразователей, поэтому на практике индуктивные преобразователи всегда выполняют дифференциальными.

Рисунок г.

Наиболее распространенной измерительной цепью является неравновесный измерительный мост. Половинки измерительного преобразователя включаются в два плеча моста.

5.Вихретоковые индуктивные преобразователи

Принцип действия вихретокового преобразователя основан на изменении индуктивности и взаимной индуктивности катушек при приближении к ним проводящего тела. Глубина проникновения электромагнитной волны в материал определяется формулой , где - глубина проникновения в материал при котором волна затухает на 95%. На низких частотах (50Гц) для меди и алюминия составляет около 10мм, на высоких частотах (500Гц) глубина проникновения уменьшается до 0,1мм.

На рисунке а показана как искажается магнитное поле катушки при приближении проводящей пластины.

Рисунок а

Присутствие в близи витка проводящей среды приводит к изменению его первоначального поля и электрических параметров витка, активного и реактивного сопротивления. А именно активное сопротивление витка увеличивается за счет роста потерь в проводящей среде, а индуктивное сопротивление уменьшается.

Значения вносимых сопротивлений R_вн, Х_вн зависят при постоянной частоте питания и геометрических размеров обмотки от расстояния от обмотки до пластины, электрической проводимости и толщины пластины пока толщина не превышает d .

Вихретоковые преобразователи находят широкое применение в области бесконтактного контроля линейного размера тонких пластин и толщины покрытий (индукционная толщинометрия) и обнаружении дефектов – поверхностных царапин и трещин. Для этих целей используются накладные рисунок б , экранные рисунок в и щелевые рисунок г датчики.

Рисунок б, в, г

Применять вихретоковые датчики для измерения перемещения имеет смысл только в тех случаях когда датчик не должен иметь ферромагнитных включений, так как чувствительность вихретокового преобразователя к перемещению в 5 – 20 раз меньше чувствительности такого же по габаритам индуктивного преобразователя с катушкой помещенной в магнитопровод с перемещающимся сердечником. Кроме того вихретоковые преобразователи имеют большие погрешности обусловленные главным образом температурными изменениями электрической проводимости проводящего тела.