Индуктивный метод контроля. Принципиальные схемы.

Индуктивный метод контроля может быть бесконтактным и контактным. В бесконтактных индуктивных измерительных системах контролируемая деталь (только из ферромагнитных материалов) непосредственно включена в магнитную цепь, образуя участок магнитопровода. За последние годы разработаны экспериментальные образцы бесконтактных индуктивных датчиков с высокой чувствительностью. Однако бесконтактный метод не нашел пока применения.

В контактных индуктивных датчиках положение измерительного стержня, зависящее от контролируемого параметра, определяет взаимное положение якоря и катушек датчика и индуктивность системы. Контактные индуктивные датчики могут быть простыми или дифференциальными. Верхний торец измерительного стержня 1 воздействует на якорь 2, подвешенный на плоской пружине 3. Изменение положения якоря, определяемое размером контролируемой детали 6, вызовет изменение воздушного зазора между якорем 2 и катушкой 5 простого датчика (рис. 8, а) или перераспределение воздушного зазора между катушками 5 и 7 и якорем 2 дифференциального датчика (рис. 8, б). При уменьшении зазора между якорем и катушкой 5 зазор между якорем и катушкой 7 увеличивается. Изменяется одновременно индуктивность обеих катушек, поэтому чувствительность дифференциального датчика вдвое выше, чем простого. Измерительное усилие создается пружиной 4.

Рис.8

На рис. 8, в изображена принципиальная схема дифференциального индуктивного датчика плунжерного типа с экранирующими кольцами. На измерительном стержне 1 датчика, перемещающемся в направляющих 3, закреплены ферритовый якорь 2 и два медных экранирующих кольца 8 и 9. Этот датчик обладает высокой чувствительностью, так как изменение индуктивности L₁ и L₂ обеих катушек зависит от совместного действия двух факторов: положений сердечника и колец. Датчик питается высокочастотным напряжением 50 — 100 кгц.

Сила магнитного притяжения в простом датчике может быть значительной и измерительному стержню, перемещающему якорь, приходится ее преодолевать, что вызывает необходимость увеличения измерительного усилия и является одним из недостатков простого индуктивного датчика [8].

В дифференциальном датчике силы магнитных притяжении в воздушных промежутках уравновешиваются, и измерительный стержень должен преодолевать лишь силу тяжести подвижной системы датчика и усилие в пружинном шарнире.

В индуктивных датчиках переменной величиной является индуктивное сопротивление

где  — частота переменного тока; L_x — переменная индуктивность датчика.

Индуктивность (гн) катушек датчика при ненасыщенном магнитопроводе

где  — число витков катушки; s — площадь поперечного сечения воздушного зазора, см²;  — переменная длина воздушного зазора, см.

Двухтактный индуктивный датчик. Дифференциальная схема.

Такая схема включения индуктивного измерительного преобразователя предполагает наличие трансформатора со средней точкой.

Обе обмотки измерительного преобразователя имеют одинаковое число витков W . Сердечники обмоток идентичны по своим характеристикам. Сопротивление нагрузки включается между средней точкой обмотки трансформатора и средней точкой обмоток измерительного преобразователя. При таком включении ток, протекающий по сопротивлению нагрузки, равен разности токов правой и левой половин схемы

I_вых =I₁ - I₂           (1)

А выходное напряжение определяется как

U_вых =(I₁ - I₂ ) R_H (2)

В исходном положении зазоры между якорем и ярмом одинаковы d ₀ =d ₁ =d ₂. Тогда индуктивности каждой половины датчика, определяемые величиной зазоров, L₀ =L₁ =L₂ . Следовательно, токи I₁ и I₂ равны по модулю, но противоположны по фазе, а ток нагрузки , согласно (1), равен нулю, значит и выходное напряжение датчика равно нулю.   Таким образом, двухтактный индуктивный датчик обеспечивает равенство нулю выходного сигнала (U_вых =0) при нулевом сигнале на входе (D =0).   При перемещении якоря на величину D ширина зазоров изменяется: один увеличивается, а второй уменьшается на одну и ту же величину

Это приводит к изменению индуктивностей, так как магнитное сопротивление первого зазора растет, а второго - падает, что соответствует уменьшению индуктивности L₁ и увеличению индуктивности L₂. При небольших перемещениях индуктивность изменяется почти по линейному закону. На рис. изображен график зависимости для обеих половин индуктивного датчика. В соответствии с графиком. изменение индуктивностей L₁ и L₂ приведет к нарушению баланса токов: ток растет I₁, а ток I₂ уменьшается.

В нагрузке потечет результирующий ток, создающий выходное напряжение. При изменении направления перемещения якоря фаза выходного напряжения сдвинется на 180 относительно напряжения питания, являющегося опорным.