§ 6.6. Индукционные датчики

Индукционные датчики предназначены для преобразования скоро­сти линейных и угловых перемещений в ЭДС. Они относятся к дат­чикам генераторного типа. Принцип действия индукционных дат­чиков основан на законе электромагнитной индукции. Выходным сигналом индукционных датчиков является ЭДС, которая пропор­циональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающе­го витки катушки. Это изменение происходит за счет перемещения катушки в постоянном магнитном поле или за счет вращения фер­ромагнитного индуктора относительно неподвижной катушки.

Основным отличием индукционных датчиков от индуктивных является то, что в них используется постоянное магнитное поле, а не переменное (питание индуктивных датчиков осуществляется от сети переменного тока). Постоянное магнитное поле в индукцион­ных датчиках создается двумя способами: постоянными магнитами или катушкой, обтекаемой постоянным током.

На рис. 6.19, а показана схема датчика с обмоткой ш₂, разме­щенной в воздушном зазоре, в котором постоянный магнитный по­ток Ф создается катушкой w_lt включенной на постоянное напряже­ние IL При перемещении катушки в магнитном поле в ней йндуци-

где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от числа витков w₂ и конструктивных параметров датчика.

На рис. 6.19, б показан датчик, в котором постоянный магнит­ный поток создается с помощью постоянного магнита с полюсными наконечниками. ЭДС, индуцируемая во вращающейся катушке, пропорциональна скорости вращения П:

В обоих этих датчиках катушки подвижны, поэтому для отвода от них выходного сигнала (ЭДС) необходимы гибкие токоподводы или контактные кольца со щетками.

Индукционный датчик может быть выполнен и другой конст­рукции: с неподвижной катушкой и вращающимся постоянным магнитом (рис. 6.19, в). Надежность при этом повышается за счет отсутствия скользящего контакта.

Возможен и другой способ повышения надежности датчика по схеме рис. 6.19, б: и катушка, и постоянный магнит неподвижны, а в зазоре между ними вращается ферромагнитное кольцо с вырезами (рис. 6.19, г) или иной элемент, имеющий существенно разную маг­нитную проводимость по взаимно перпендикулярным осям. При вращении изменяется поток, пронизывающий плоскость катушки.

В датчиках (рис. 6.19, б, в, г) в качестве выходного сигнала мож­но использовать частоту ЭДС. Принцип их действия по существу такой же, как у синхронных генераторов. Для измерения частоты вращения используются и специальные электрические машины ма­лой мощности — тахогенераторы.

Тахогенератор постоянного тока (рис. 6.20, а) имеет обмотку возбуждения, создающую при питании постоянным током магнит-

ный поток Ф. При вращении якоря в нем создается ЭДС, пропор­циональная частоте вращения п: Е= кФп, где k — постоянная, опре­деляемая конструкцией.

Напомним, что частота вращения п обычно выражается в 1/мин (количество оборотов в минуту) и связана со скоростью вращения О выражением

С помощью коллектора и щеток выходной сигнал подается на нагрузку в виде выпрямленного напряжения.

Тахогенератор переменного тока (рис. 6.20, б) имеет на статоре две обмотки, сдвинутые одна относительно другой на 90 эл. град. Одна обмотка включается в сеть переменного тока. При вращении ротора, выполненного в виде тонкостенного электропроводящего цилиндра, в другой обмотке наводится переменная ЭДС, которая пропорциональна частоте вращения п. Для повышения температур­ной стабильности в качестве материала полого ротора используется константан.

Тахогенераторы обладают высокой чувствительностью и мощно­стью выходного сигнала. Общим недостатком всех генераторных датчиков является зависимость выходного сигнала от сопротивле­ния нагрузки.

Контрольные вопросы

1. Почему в Электромагнитных датчиках изменяется индуктивность об­мотки?

2. Объясните вид статической характеристики / = f(x) индуктивного дат­чика при малых и больших перемещениях.

3. Почему индуктивные датчики работают только на переменном токе?

4. Чем отличается характеристика реверсивного датчика от нереверсив­ного?

5. Какие бывают трансформаторные электромагнитные датчики?

6. В каких случаях следует применять плунжерные датчики?

7. В чем заключается магнитоупругий эффект?

8. Какие датчики применяют для измерения скорости?