52. Измерение неэлектрических и электрических величин с помощью ип. Вихретоковые ип. Устройство и принцип действия.

В технике измерений существует класс преобразователей механических величин и параметров движения (взаимное расположение объектов, величина зазора, число оборотов), основанных на эффектах вихревых токов. Основу таких преобразователей составляют катушки индуктивности, выполняющие роль чувствительного элемента.

Изменение параметров катушки (сопротивление, индуктивность) обусловлено взаимодействием ее электромагнитного поля с материалом объекта контроля. Степень влияния объекта на параметры катушки характеризуются обобщенным параметром контроля

,

где r  средний радиус эквивалентного витка, ω  частота возбуждающего тока, _а  абсолютная магнитная проницаемость, σ  удельная электропроводность.

Сопротивление катушки зависит не только от ее взаимного расположения с объектом контроля, но и от многих других факторов и в том числе от дефектов и шероховатости поверхности. Поэтому получаемая информация является многопараметровой. Учитывая простоту технической реализации, а также условие ₀ > 50, целесообразно в преобразователях для контроля механических величин объектов использовать однопараметровый метод выделения информации.

Полагая объект контроля эквивалентным контуром вихревых токов и на основании теории связанных электрических цепей, полное сопротивление катушки можно также представить в виде

,

где R1, L1 -	сопротивление и индуктивность объекта;
R0, L0 -	сопротивление и индуктивность ненагруженной катушки;
M -	коэффициент взаимоиндукции.

Таким образом, например, определяя изменение активного и индуктивного сопротивления катушки, можно судить о геометрических параметрах объекта контроля. На практике катушка преобразователя включается в электрическую схему, преобразующую изменение комплексного сопротивления в изменение амплитуды и фазы (или частоты) напряжения.

Основные требования, предъявляемые к вихретоковым преобразователям неэлектрических (механических) величин, являются: большой диапазон измерения, высокая линейность его характеристики, помехоустойчивость. В этой связи приемлемые результаты достигаются путем включения катушки в контурные и генераторные измерительные цепи.

53. Вихретоковые ип. Фазовый метод выделения измерительной информации.

При включении вихретокового преобразователя в контурную цепь находит применение фазовый метод выделения информации (рисунок 3.1).

Высокочастотный генератор запитывает резонансный контур, образованный катушкой L преобразователя и емкостью 510 пФ. Сигналы с генератора и контура поступают на фазовый детектор, разностный сигнал которого (длительность импульса), пропорциональный значению зазора  между объектом контроля 1 и катушкой преобразователя 2 (рисунок 3.2), поступает после фильтрации на выход измерительной цепи в виде выходного напряжения U_вых.

Для исследований различных методов выделения измерительной информации применен вихретоковый измерительный преобразователь с параметрами: индуктивность обмотки - 30 мГн, активное сопротивление – 2,1 Ом, радиус обмотки - r₀ – 4,0 мм.

Рисунок 3.1 – Фазовый метод выделения информации при использовании вихретокового преобразователя

Резонансная частота колебательного контура в отсутствии объекта контроля f_Р1 (при  = ) составляет 0,957 МГц. Приближение преобразователя к объекту контроля обуславливает уменьшение индуктивности катушки и соответственно добротности контура. При нулевом зазоре ( = 0) резонансная частота контура f_Р2 становится равной 1,01 МГц. Резонансные кривые контура для зазоров  = 0 и  =

Важное значение имеет выбор частоты задающего генератора f_Г относительно резонансных частот контура f_Р1 и f_Р2, поскольку их соотношение определяет закон изменения фазового сдвига и, как следствие, такие параметры, как линейность, чувствительность и диапазон преобразуемых значений.

На рисунке 3.4 представлены экспериментальные выходные характеристики преобразователя для различных значений f_Г и объекта контроля, выполненного из материала Сталь 45. Очевидно, что, подбирая частоту f_Г относительно значений резонансных частот f_Р1 и f_Р2 можно добиться приемлемой линейности функции преобразования (2,5 %) в диапазоне изменения положения преобразователя 1,0 мм для катушки с r = 4,0 мм. Линейность характеристики улучшается при снижении добротности резонансного контура, например, путем введения короткозамкнутого витка.

Рисунок 3.3 - фазовый метод выделения сигнала