4.2.1 Дифференциальные трансформаторные преобразователи

Дифференциальный трансформаторный преобразователь получил особо широкое применение. Электрическая схема преобразователя с подвижным сердечником, перемещающимся относительно обмоток приведена на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Дифференциальный трансформаторный преобразователь

Первичная обмотка 1 состоит из двух секций, намотанных согласно, а вторичная обмотка состоит из секций 3 и 4, включенных встречно. Подвижный сердечник 2 соединен с чувствительным элементом, на который воздействует измеряемая физическая величина (перемещение, давление).

Магнитный поток от первичной обмотки индуктирует в секциях вторичной обмотки ЭДС е₁ и е₂, значение которых зависит от величины тока обмотки 1, его частоты и взаимных индуктивностей М₁ и М₂ между секциями 3 и 4 и первичной обмотки. При среднем (нейтральном) положении сердечника взаимные индуктивности М₁ и М₂ равны. При отклонении сердечника вверх или вниз от нейтрального положения значение одной из взаимных индуктивностей увеличивается, а другой – уменьшается.

ЭДС на выходе определяется по формуле

е = j · ω · I · М, (10)

где ω = 2πf (f – частота питания);

I – ток питания первичной обмотки преобразователя.

М = М₁ – М₂ – взаимная индуктивность между выходной и первичной обмотками, зависящая от положения сердечника в катушке преобразователя.

Достоинства: высокая точность, температурная компенсация, знакочувствительность, отсутствие необходимости в использовании измерительных схем, отсутствие гальванической связи между цепями выхода и питания. Недостатки: неточность изготовления.

4.3 Вихретоковые индуктивные преобразователи

Принцип действия вихретокового преобразователя основан на изменении индуктивности и взаимоиндуктивности катушек при приближении к ним проводящего тела. Глубина проникновения электромагнитной волны в материал определяется формулой z _0,05 = √2 / (ωμγ). На низких частотах (50 Гц) для меди и алюминия значение z _0,05 составляет около 10 мм, на высоких частотах (500 кГц) глубина проникновения уменьшается до 0,1 мм.

Рис. 4.7. Схема искажения магнитного поля при приближении

проводящей пластины

На рис. 4.7 показано, как искажается магнитное поле при приближении проводящей пластины. Присутствие вблизи витка с переменным током проводящей среды приводит к изменению его первоначального поля и электрических параметров витка, т. е. его активного и реактивного сопротивления: активное сопротивление витка увеличивается за счет роста потерь в проводящей среде, а индуктивное сопротивление уменьшается. Значение вносимых сопротивлений зависит при постоянной частоте питания и геометрических размеров обмотки от расстояния воздушного зазора от обмотки до пластины, электрической проводимости и толщины пластины, пока толщина не превышает величины d = 2 z _0,05 .

Вихретоковые преобразователи широко применяются в области бесконтактного контроля линейных размеров тонких пластин и толщины покрытий, для обнаружения дефектов [5,12,1].

Достоинства: бесконтактный контроль линейных размеров. Недостатки: температурная погрешность проводящего тела, невозможность получения единой шкалы.