3 Анализ вида статической характеристики индуктивного датчика

Если входным сигналом датчика считать перемещение якоря х от начального положения при δ = 0 в сторону увеличения зазора (по рисунку78, а), то формула после замены δ на х представляет собой статическую характеристику одинарного индуктивного датчика, т. е. I=f(x). График статической характеристики показан на рисунке 79 б. Как видно из анализа формулы (44) и графика, зависимость I=f(x) имеет нелинейный характер. Однако на графике можно выделить участок АБ, на котором соблюдается прямая пропорциональность между входным и выходным сигналами. Этот участок называется рабочим, датчик используется именно в диапазоне входных сигналов от х_А до х_Б. Следовательно, датчик всегда имеет некоторый воздушный зазор, не меньший х_А. В большинстве конструкций индуктивных датчиков магнитопровод ненасыщен и магнитная проницаемость материала сердечника весьма велика. Поэтому магнитное сопротивление воздушного зазора (уже при δ = х_А) значительно больше магнитного сопротивления стального сердечника.

Проанализируем причины отклонения реальной характеристики от идеальной.

В зоне х < х_А воздушный зазор очень мал и его магнитное сопротивление становится соизмеримым с магнитным сопротивлением стальных сердечника и якоря. Реальная характеристика начинается не от нуля, поскольку даже при δ = 0 индуктивное сопротивление не может быть равно бесконечности. Следовательно, некоторый ток будет протекать по обмотке, выполненной даже на замкнутом магнитопроводе. Для уменьшения значения начального тока /₀ используют для сердечника и якоря индуктивного датчика материалы с высоким значением магнитной проницаемости.

В зоне х > х_Б индуктивное сопротивление обмотки уже настолько уменьшается, что становится соизмеримым с активным сопротивлением обмотки, которое и ограничивает нарастание тока. Следует также отметить, что при больших зазорах часть магнитного потока уже не замыкается через якорь, а замыкается непосредственно по воздуху.

На практике диапазон изменения воздушного зазора для индуктивных датчиков по рисунке 78 а не превышает 4—5 мм. Значительно больший диапазон изменения входного сигнала (перемещения) имеют индуктивные датчики по рисунке 78 б. Такие датчики имеют близкую к линейной статическую характеристику при перемещени­ях якоря до 10—15 мм.

Величину начального воздушного зазора 8₀ (т. е. исходное положение якоря, при котором входной сигнал равен нулю) рекомендуется выбирать в середине линейного участка статической характеристики датчика.

Чувствительность индуктивного датчика Оценим чувствительность индуктивного датчика при включении его в одно плечо мостовой измерительной схемы в качестве переменного сопротивления. Питание моста осуществляется напряжением переменного тока. В этом случае чувствительность представляет собой относительное изменение сопротивления, деленное на приращение величины воздушного зазора:

S_д = (45)

где — приращение величины воздушного зазора, вызывающее изменение полного сопротивления обмотки датчика z на .

С увеличением зазора чувствительность датчика резко уменьшается. А при выборе в качестве начальной точки малой величины зазора можно получить большую чувствительность и значительный сигнал разбаланса мостовой схемы, что позволяет в ряде случаев отказаться от использования усилителя на выходе моста. Например, при δ ₀= 1 мм и = 0,1 мм чувствительность S_д= l / 10^-3= 1000 1/м и относительное изменение сопротивления 0,1, т. е. при изменении зазора на 0,1 мм сопротивление датчика изменяется на 10 %.