2.2. Электромагнитные датчики
Датчик – это элемент измерительного канала, который выдает информацию о параметрах системы и протекающих в ней процессах [2]. Датчик является источником электрического сигнала, который затем преобразуется и используется для регулирования процесса (интерактивный режим работы датчика). Электрический сигнал возникает за счет изменения состояния электрической или магнитной цепи.
Датчики классифицируются по физическим явлениям, лежащим в основе их работы (закон электромагнитной индукции, эффект Холла, магнитострикция и т.д.).
Все датчики делятся на пассивные, или параметрические, и активные, или генераторные. Пассивные датчики: резисторные, индуктивные, емкостные. Активные датчики: индукционные, фотоэлектромагнитные, магнитострикционные.
2.2.1. Магниторезистивные датчики
Датчик состоит из резистивного элемента в форме меандра сопротивлением от 30 Ом до 1 кОм [2]. Обычно используются меандровые структуры А и В (рис. 29) различной ориентации.
При вращении вала 3 (рис. 30) магнит 1, установленный на нем, периодически проходит мимо датчика, вызывая изменение его сопротивления и тока в цепи (рис. 31). Выходным параметром измерительной схемы является импульс Ес (рис. 32).
В магнитных датчиках используются ферромагнитные материалы (например, пермаллой), которые при воздействии магнитного поля изменяют свое электрическое сопротивление.
|
|
Рис. 29 |
Рис. 30 |
|
|
Рис. 31 |
Рис. 32 |
2.2.2. Индуктивные датчики
Индуктивные датчики основаны на использовании изменения индуктивности под влиянием контролируемой величины. В индуктивных датчиках выходной сигнал и его фаза зависят от положения подвижного элемента, поэтому они используются для измерения перемещения и усилия.
Индуктивные датчики могут работать только на переменном токе, поэтому сердечник выполняется шихтованным из кремнистых сталей.
По сравнению с резистивными эти датчики менее чувствительны к колебаниям температур, но очень чувствительны к перепадам напряжения и частоты.
Рассмотрим датчик линейных перемещений [2] (рис. 33).
Якорь 2 механически связан с контролируемым узлом; при его перемещении происходит изменение зазора δ между якорем и магнитопроводом.
И
Рис. 33
Рис. 33 |
Рис. 34 |
Выходной сигнал в виде напряжения снимается с линейного балластного сопротивления Z (резистор, катушка индуктивности, конденсаторы).
Иногда на одном магнитопроводе располагают две обмотки – W1 и W2, что позволяет электрически развязать цепь питания датчика с цепью его нагрузки.
2.2.3. Магнитострикционные датчики
Работа магнитострикционных датчиков основана на использовании эффекта магнитострикции [2]. Магнитное поле, воздействуя на ферромагнитные материалы, вызывает в них изменения: