Устройство индуктивного преобразователя.

Индуктивный преобразователь состоит из корпуса (рис.5), в котором на направляющих качения размещен шпиндель, на переднем конце которого расположен измерительный наконечник, а на заднем - якорь. Направляющая защищена от внешних воздействий резиновым манжетом. Связанный со шпинделем якорь находится внутри закрепленной в корпусе катушки. В свою очередь обмотки катушки электрически связаны с кабелем, закрепленным в корпусе и защищенный от перегибов конической пружиной. На свободном конце кабеля имеется разъем, служащий для подключения преобразователя к вторичному прибору. Корпус и шпиндель выполнены из закаленной нержавеющей стали. Переходник, соединяющий якорь со шпинделем состоит из титанового сплава. Пружина, создающая измерительное усилие, отцентрирована, что исключает трение при движении шпинделя. Такая конструкция преобразователя обеспечивает снижение случайной погрешности и вариации показаний до уровня менее 0,1 мкм.

Типы индуктивных преобразователей.

По принципу действия индуктивные преобразователи делятся на следующие отображенные в таблицах (табл. индуктивных преобразователей, табл. трансформаторных преобразователей) группы:

преобразователи, у которых изменение измеряемого параметра приводит к изменению длины немагнитных зазоров в сердечнике, т.е. используется зависимость L=f (l) при S=const;
преобразователи, у которых изменение измеряемого параметра приводит к изменению площади сечения немагнитного зазора в сердечнике, т.е. L=f (S) при l=const;
соленоидные преобразователи, представляющие собой катушку индуктивности, внутри которой в зависимости от измеряемого размера перемещается стержневой сердечник.

По электрическому эквиваленту индуктивные преобразователи можно разделить на собственно индуктивные и трансформаторные.

Преобразователи первого типа имеют одну катушку, индуктивность которой меняется при изменении контролируемого параметра. Трансформаторные – имеют две такие катушки и по существу представляют собой электрический трансформатор, во вторичной обмотке которого наводится ЭДС зависящая от измеряемого параметра.

По схеме построения преобразователи можно разделить на простые и дифференциальные.

Простой преобразователь содержит одну измерительную ветвь, а дифференциальный – две. В дифференциальном преобразователе при изменении измеряемого параметра одновременно изменяются индуктивности двух одинаковых катушек, причем эти изменения равны друг другу по числовому значению, но противоположны по знаку. Из-за наличия двух измерительных ветвей дифференциальный преобразователь имеет большую точность, чем простой, так как он менее чувствителен к колебаниям окружающей температуры, питающего напряжения, частоты.

Выходная характеристика индуктивного преобразователя, т.е. зависимость индуктивности катушки от измеряемого параметра имеет нелинейный вид. Характерная форма этой зависимости представлена на рис. 6 : 1 – для преобразователя с переменным зазором; 2 – с переменной площадью зазора и 3 – соленоидного преобразователя.

Рис. 6

Диапазон измерения индуктивных преобразователей принято оценивать по участку их характеристики, которой можно с допустимой погрешностью считать линейным, т.е. аппроксимировать его отрезком прямой линии. Чувствительность преобразователя показывает, насколько изменится комплексное сопротивление катушки при изменении измеряемого размера на единицу длины. Чувствительность оценивается обычно в омах на миллиметр.

Наиболее высокой чувствительностью обладает преобразователь с переменной длиной воздушного зазора. Но он имеет и невысокий диапазон измерения – порядка 1 мм. Преобразователи с переменной площадью воздушного зазора имеют меньшую чувствительность, но позволяют расширить диапазон измерения до 5 мм. Наименьшей чувствительностью обладают преобразователи соленоидного типа, однако их диапазон измерения достигает 50 мм.

У дифференциальных преобразователей эти характеристики – выходная и чувствительность – выше, чем у простых.

Широко распространены индуктивные дифференциальные преобразователи (рис.7, е), в которых под воздействием измеряемой

Рис. 7 Индуктивные преобразователи с изменяющейся длиной зазора (а), с изменяющимся сечением зазора (б), дифференциальным (в), дифференциальный трансформаторный (г), дифференциальный трансформаторный с разомкнутой магнитной цепью (д) и магнитоупругий (е)

величины одновременно и притом с разными знаками изменяются два зазора двух электромагнитов. Дифференциальные преобразователи в сочетании с соответствующей схемой (обычно мостовой) имеют более высокою чувствительность, чем обычные преобразователи, дают возможность уменьшить нелинейность функции преобразования, испытывают меньшее влияние внешних факторов. В этих преобразователях результирующее усилие на якорь со стороны электромагнитов меньше, чем в недифференциальных.

Применяются также индуктивные дифференциальные преобразователи трансформаторного типа (рис.7, г), в которых две секции первичной обмотки включены согласно, а две секции вторичной обмотки—встречно. При питании первичной обмотки переменным током и при симметричном положении якоря относительно электромагнитов э. д. с. на выходных зажимах равна пулю. При перемещении якоря возникает сигнал на выходных зажимах.

Для преобразования сравнительно больших перемещений (до 50—100 мм) применяются индуктивные преобразователи с незамкнутой магнитной цепью. На

(Рис.7.d) схематически показано устройство дифференциального трансформаторного индуктивного преобразователя с незамкнутой магнитной цепью, используемого для передачи показаний различных неэлектрических приборов (манометров, дифференциальных манометров).

Если ферромагнитный сердечник преобразователя подвергать механическому воздействию F, то вследствие изменения магнитной проницаемости материала сердечника μ. изменится магнитное сопротивление цепи, что повлечет за собой изменение индуктивности L и взаимной индуктивности М обмоток. На этом принципе основаны магнитоупругие преобразователи (рис7).

Конструкция преобразователя определяется главным образом значением измеряемого перемещения. Габариты преобразователя выбирают, исходя из необходимой мощности выходного сигнала и других технических требований.

Для измерения выходного параметра индуктивных преобразователей наибольшее применение получили мостовые схемы (равновесные и неравновесные), а также компенсационная схема (в автоматических приборах) для дифференциальных трансформаторных преобразователей.

Индуктивные преобразователи используются для преобразования перемещения и других неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в перемещение (усилие, давление, момент и т. д.).

По сравнению с другими преобразователями перемещения индуктивные преобразователи отличаются значительными по мощности выходными сигналами. простотой и надежностью в работе.

Недостатком их является наличие обратного воздействия преобразователя на измеряемый объект (воздействие электромагнита на якорь) и влияние инерции якоря на частотную характеристику прибора.

Таблица индуктивных преобразователей.

Тип

преобразователя

Переменная длина

зазора

Переменная площадь

зазора

Соленоидный

простой