Индуктивные преобразователи.
Они работают на принципе изменения собственной или взаимной индуктивности катушек.
На рисунке показано простейшее устройство индуктивного преобразователя. В нем ферромагнитный сердечник соединен с воспринимающей усилие диафрагмой и движется относительно катушки. Индуктивность катушки изменяется в зависимости от положения сердечника. Это изменение может измеряться с помощью индуктивного моста переменного тока или по частоте, если индуктивность составляет часть контура генератора (схема самостоятельно).
На рисунке представлено однообмоточное устройство, в котором ферромагнитная диафрагма движется под действием силы и вызывает изменение индуктивности катушки из-за изменения воздушного зазора. Ферромагнитная диафрагма может быть частью воспринимающей усилие мембраны. Это приводит к улучшению механических характеристик устройства, но вызывает ухудшение магнитных свойств, то есть зависимость от поставленной задачи и воспринимаемого усилия. Приходится выбирать между магнитными и механическими свойствами диафрагмы.
Можно использовать двухобмоточную конструкцию. При этом индуктивность одной катушки будет увеличиваться, а другой уменьшаться при движении сердечника. Две катушки могут образовывать плечи моста, при этом мост будет сбалансирован, когда сердечник, находится в центре между катушками.
Мост двух обмоточного преобразователя
Индуктивные преобразователи, которые часто применяются на практике для измерения смещений, получили название – линейного дифференциального преобразовательного трансформатора (ЛДТ-датчик).
Принципиальная
электрическая схема
Этот трансформатор работает на принципе взаимной индуктивности между магнитосвязанными катушками. Три катушки наматываются на общий каркас. Питание переменного тока прикладывается к первой катушке, при этом на двух вторичных индуцируется напряжение. Вторичные катушки соединяются последовательно в противофазе, так что выходное напряжение равно разности напряжений индуцированных в двух катушках. Когда сердечник находится в центре, между вторичными катушками, напряжения, индуцированные в двух вторичных катушках, компенсируют друг друга и выходное напряжение равно нулю. То есть имеет место баланс, который называется нулевым положением. Когда сердечник смещается, напряжение индуцируется во второй обмотке, ближайшей к сердечнику, преобладает и определяет напряжение на выходе. Для малых смещений напряжение изменяется линейно с перемещением сердечника и претерпевает изменение фазы на 1800, когда сердечник проходит через центральное положение, указывая на направление смещения сердечника.
Индуктивный преобразователь имеет преимущество перед потенциометрическим, так как в нем значительно меньше трение и износ движущихся частей и он не вносит в систему дополнительных потерь на трение. Индуктивный преобразователь может использоваться для статистических и динамических измерений.
Его частотная характеристика лимитируется конструкцией силового элемента и может подвергаться воздействию внешних магнитных полей. Поэтому подобные преобразователи комплектуются магнитным экраном. Индуктивный преобразователь чувствителен к ударам и вибрациям. Имеет низкую тепловую стабильность и узкий рабочий температурный диапазон, поэтому индуктивные преобразователи используются в основном в системах с низкой точностью. Преимущества дифференциального выхода в системах типа ЛДТ состоит в том, что такие системы характеризуются большим выходным сигналом при равных смещениях сердечника. ЛДТ датчик может быть сконструирован для работы при перемещениях 0,01 до 30 см. Напряжение питания может меняться в диапазоне от 5 до 100 В, а выходное напряжение от 50 до 500 мВ на 1 мм перемещения. Серийные ЛДТ преобразователи выпускаются с внутренними встроенными генераторами, работающими от источника постоянного тока и обеспечивающими возбуждение преобразователя переменным током. Выход от вторичных обмоток демодулируется в самом преобразователе для получения постоянного напряжения. Поскольку выходной сигнал ЛДТ пропорционален первичному напряжению, то это напряжение должно регулироваться с очень высокой точностью.