Двухтактный индуктивный датчик. Мостовая схема.

Если в дифференциальной схеме рассматривалась разность токов в нагрузке, то в мостовой схеме следует рассматривать разность падений напряжений на плечах моста, которая определяет выходное напряжение двухтактного индуктивного датчика

где , а.

Принцип действия мостовой схемы включения аналогичен принципу действия дифференциальной схемы. Выходное напряжение мостовой схемы в математической форме записи сводится к зависимости, подобной дифференциальной схеме, т. е.

. (2)

Используя (2), получим аналитическое описание статической характеристики двухтактного индуктивного датчика

,

которое будет справедливо как для мостовой, так и для дифференциальной схемы включения. Рассмотрим режим холостого хода в предположении, что сопротивления в плечах моста активные: Z = r. При = 0 получаем, а, следовательно,U_вых = 0, так как . Перемещение якоря на величинувправо приводит к изменению зазоров

; ,

а это влечет за собой изменение индуктивностей плеч электрического моста:

. (3)

Для токов и

, (4)

. (5)

Из (3) следует, что

.

Кроме того, приращение L можно представить в виде линейной зависимости

L=,

так как при малых изменениях зазора функцияL = f() практически линейна (рис. 5). Тогда (5) приводится к виду

. (6)

Определим значение модуля разности токов, предварительно представив (6) в форме

.

Отсюда

,

а модуль выходного напряжения, в соответствии с (2),

. (7)

Поскольку параметры, входящие в числитель и знаменатель выражения (7) постоянны, то дробь можно обозначить через некоторый коэффициент

, (8)

называемый коэффициентом преобразования датчика, характеризующим его чувствительность. Таким образом, статическая характеристика двухтактного индуктивного измерительного преобразователя представляет собой функцию вида

, (9)

что соответствует прямой, проходящей через начало координат под углом =arctg k к оси абсцисс. Легко видеть, что при изменении знака приращения входной координаты фаза выходного сигнала меняется на противоположную. С некоторого значенияреальная статическая характеристика индуктивного датчика не совпадает с линейной характеристикой (9) вследствие того, что индуктивность одного из плеч измерителя-преобразователя становится малой, а индуктивное сопротивление— соизмеримо с измерительным сопротивлениемr, и поэтому появляется завал линейной характеристики. В связи с этим значение для реверсивных индуктивных датчиков не должно превышать (0,30,4). Чувствительность измерительного преобразователя в соответствии с (8) зависит от напряжения и частоты источника питания, сопротивления нагрузки, индуктивности дросселя и начального зазора между ярмом и якорем. С повышением питающего напряжения чувствительность датчика повышается, но это влечет за собой увеличение его габаритов и массы. Уменьшение начального зазоратакже приводит к повышению чувствительности измерительного преобразователя, однако, в целях предотвращения замыкания якоря с ярмом накладываются ограничения на минимальную величину зазора, согласно которым последний должен быть вдвое больше максимального хода якоря= 2_max. При прочих равных условиях максимальная чувствительность двухтактного индуктивного датчика имеет место при равенстве индуктивного сопротивления дросселя и активного сопротивления нагрузки. В этом случае (8) принимает вид

  .

Следует отметить, что мостовая схема по сравнению с дифференциальной, имеет примерно в 2,8 раза меньшую относительную чувствительность при согласованной нагрузке. Разрешающая способность некоторых измерительных преобразователей при тщательной экранировке и балансировке схемы в нейтральном положении якоря составляет сотые доли микрометра.

Таким образом, одним из основных достоинств индуктивных преобразователей является возможность получения большой мощности преобразователя (до 1—5 В-А), что позволяет пользоваться сравнительно малочувствительным указателем на выходе измерительной цепи и регистрировать измеряемую переменную величину самописцем или вибратором осциллографа без предварительного усиления. Лишь при малогабаритных преобразователях приходится прибегать к включению усилителя между измерительной цепью и указателем или регистратором. Однако с увеличением выходной мощности возрастают габариты датчиков. Снижение габаритов достигается увеличением частоты, при этом входное усилие уменьшается. Но при больших значениях частоты начинают влиять межвитковые емкости, что затрудняет балансировку датчика в нейтральном положении. Двухтактные индуктивные измерительные преобразователи с плоскопараллельным воздушным зазором используются при измерении малых перемещений от долей микрометра до 3...5 мм.

Список использованной литературы:

2) Иванов, А.Г. Измерительные приборы в машиностроении: Учебное пособие для студентов приборостроительных специальностей вузов. – М.: Изд-во стандартов, 1981. – 496с., ил.

3) Богуславский, М.Г., Цейтлин, Я.М. Приборы и методы точных измерений длины и углов. М.: Изд-во стандартов, 1976.

4) Рабинович, А.Н. Приборы и системы автоматического контроля размеров деталей машин. Киев, Техника, 1970.

5) Кемпинский, М.М. Точность и надежность измерительных приборов. Л.: Машиностроение, 1972.

6) Городецкий, Ю.Г. Конструкции, расчет и эксплуатация измерительных инструментов и приборов.М.: Машиностроение, 1971.

7) Приборостроение и средства автоматизации. Справочник. Т. 1-5. М.: Машгиз; Машиностроение, 1963-1965.

Электрические средства измерения больших перемещений