Лекция № 6 от 28.03.2005 Индуктивные преобразователи.
Они работают на принципе изменения собственной или взаимной индуктивности катушек.
На рисунке показано простейшее устройство индуктивного преобразователя. В нем ферромагнитный сердечник соединен с принимающей усилие диафрагмой и движется относительно катушки. Индуктивность катушки изменяется в зависимости от положения сердечника. Это изменение может измеряться с помощью индуктивного моста переменного тока или по частоте, если индуктивность составляет часть контура генератора.
(На рисунке представлено одно обмоточное устройство, в котором ферромагнитная диафрагма движется под действием силы и вызывает изменение индуктивности катушки из-за изменения воздушного зазора. Ферромагнитная диафрагма может быть частью воспринимающей усилие мембраны. Это приводит к улучшению механических характеристик устройства, но вызывает ухудшение магнитных свойств, то есть зависимость от поставленной задачи и воспринимаемого усилия. Приходится выбирать между магнитными и механическими свойствами диафрагмы.
Можно использовать двух обмоточную конструкцию. При этом индуктивность одной катушки будет увеличиваться, а другой уменьшаться, при движении сердечника. Две катушки могут образовывать плечи моста, при этом мост будет сбалансирован, когда сердечник, находится в центре между катушками.
Мост двух обмоточного преобразователя
Индуктивные преобразователи, которые широко используются в практике получили название – линейного дифференциального преобразовательного трансформатора (ЛДТ – датчик).
Принципиальная
электрическая схема
Этот трансформатор работает на принципе взаимной индуктивности между магнито связанными катушками. Три катушки наматываются на общий каркас. Питание переменного тока прикладывается к первой катушки, при этом на двух вторичных индуцируется напряжение. Вторичная катушка соединяется последовательно в противофазе, так что выходное напряжение равно разности напряжений индуцированных в двух катушках. Когда сердечник находится в центре, между вторичными катушками, напряжение индуцированные в двух вторичных катушках компенсируют друг друга и выходное напряжение равно нулю. То есть имеет место баланс, который называется нулевым положением. Когда сердечник смещается, напряжение индуцируется во второй обмотке, ближайших к сердечнику, преобладает и определяет напряжение на выходе. Для малых смещений напряжение изменяется линейно с перемещением сердечника и претерпевает изменение фазы на 180 С0, когда сердечник проходит через центральное положение, указывая на направление смещения сердечника.
Индуктивный преобразователь имеет преимущество перед потенциометрическим, так как в нем значительно меньше трение и износ движущихся частей и он не вносит в систему дополнительных потерь на трение, Индуктивный преобразователь может использоваться для статистических и динамических измерений.
Его частотная характеристика лимитируется концентрацией силового элемента и может подвергаться воздействию внешних магнитных полей. Поэтому подобные преобразователи комплектуются магнитным экраном. Индуктивный преобразователь чувствителен к ударам и вибрациям. Имеет низкую тепловую стабильность и узкий рабочий температурный диапазон, поэтому индуктивные преобразователи используются в основном в системах с низкой точностью. Преимущества дифференциального выхода в системах типа ЛДТ состоит в том, что такие системы характеризуются большим выходным сигналом при равных смещениях. ЛДТ датчик может быть сконструирован для работы при перемещениях 0,01 до 30см. Возбуждение напряжения может меняться в диапазоне от 5 до 100 В, а выходное напряжение от 50 до 500 мВ на мм перемещения. Серийные ЛДТ преобразователи выпускаются с внутренними генераторами работающими от источника постоянного тока и обеспечивающими возбуждение преобразователя переменным током. Выход т вторичных обмоток де модулируется в самом преобразователи для получения постоянного напряжения, которое пропорционально напряжению. Поскольку выходной сигнал ЛДТ пропорционален первичному напряжению, то это напряжение должно регулировать с высокой точностью.