§ 2-2. Индуктивные датчики

Индуктивные датчики служат для преобразования угловых или линейных перемещений в напряжение переменного тока. По сравнению с потенциометрическими они имеют то достоинство, что не имеют трущихся контактов, Это повышает их надежность, и такие датчики практически не имеют износа.

Действие их основано на изменении индуктивности катушки с ферромагнитным сердечником (собственно индуктивные датчики) или взаимоиндуктивности катушек (трансформаторные датчики) при перемещении сердечника

Простейший индуктивный датчик (рис. 2-4,а,б) представляет собой катушку,

Рис 2-4 Индуктивные датчики и их характеристики

размещенную на ферромагнитном сердечнике, и включенную в цепь переменного тока, последовательно с сопротивлением Z_Ннагрузки (рис. 2-4,а). Действующее значение выходного напряжения равно

,

где R, L - активное и индуктивное сопротивления катушки датчика;

R_н, X_н — активное и реактивное сопротивления нагрузки.

Поскольку для катушки (рис. 2-4,а), пренебрегая влиянием магнитного сопротивления сердечника, можно записать

,

где w— число витков катушки;

S— площадь поперечного сечения сердечника;

μ₀— магнитная проницаемость воздуха,

то для

(2-2)

На практике из-за того, что(рис. 2-4,в), статическаяxарактеристика датчика (рис.2-4,г) не является линейной: при δ=0 имеется остаточное напряжение, обусловленное отличным от нуля магнитным сопротивлением сердечника, при больших δ имеется насыщение, обусловленное возрастанием потоков рассеяния. Поэтому зона линейности такого датчика имеет обычно небольшую величину, при этом чувствительность датчика в этой зоне равна (см. 2-2)

. (2-3)

Как и для потенциометрических датчиков, частота (ω₀питающего напряженияU₀выбирается по соотношению (2-1), поэтому для индуктивных датчиков применяют источники напряжения повышенной частоты (400, 500, 1000гц), что позволяет также уменьшить габариты датчика.

На практике для повышения точности (уменьшения погрешностей от колебаний температуры и питающего напряжения), увеличения зоны линейности датчика, а также для получения двухтактной статической характеристики (рис. 2-5,б) применяютдифференциальные индуктивные датчики, включаемые обычно по мостовой схеме (рис. 2-5,а), когда в одну диагональ моста подается питающее напряжение, а в другую включено сопротивление нагрузки. Схема настраивается таким образом, чтобы прих=0 сердечник занимал среднее положение. В этом случае мост сбалансирован. При изменении знаках изменяется на 180° фаза напряженияU.

Недостаток такого датчика — наличие гальванической связи между цепью нагрузки и цепью питания — устраняется в трансформаторных датчиках. На рис. 2-6 приведена схема и характеристика так называемогодифференциального

Рис 2-5 Дифференциальный индуктивный датчик

Рис 2 6 Дифференциальный трансформатор

трансформатора, широко применяемого в автоматических системах. В позиционных следящих системах применяются также двухкоординатные (следящие) трансформаторы.

§ 2-3. Генераторные датчики

В промышленной автоматике наиболее широко применяют индукционные и термоэлектрические датчики.

Индукционные датчики применяются для измерения мгновенных значений скорости (угловой или линейной), а также для получения напряжений, пропорциональных производным по времени от перемещения (или от другой физической величины, преобразованной в перемещение). Производные, как увидим далее, часто используются для повышения качества процессов регулирования в автомати­ческих системах.

Действие индукционных датчиков основано на использовании э.д.с., возникающей в проводнике при пересечении им магнитных силовых линий. В устройствах автоматики широко применяются тахогенераторы (ТГ) — индукционные машины постоянного или переменного тока.

Среди тахогенераторов постоянного тока надо отметить ТГ с возбуждением от постоянных магнитов (рис. 2-7,а). Конструктивно они мало отличаются от миниатюрных двигателей постоянного тока. Основным недостатком их является постепенное размагничивание постоянных магнитов (от толчков, от действия поля э.д.с. катушки).

Среди ТГ переменного тока надо отметитьасинхронные с полым ротором, которые конструктивно не отличаются от миниатюрных асинхронных двигателей с полым ротором выполненным из алюминия или фосфористой бронзы. В фазах статора расположены две обмотки, сдвинутые по отношению друг к другу на 90 эл. градусов, при этом одна подключается к источнику питания U₀, вторая является выходной (рис. 2-7,6). При неподвижном ротореU_тг=0, а прив выходной обмотке наводится э.д.с.