Индуктивные датчики (ид)

Габаритные размеры и форма магнитопроводов и катушек ин­дуктивных датчиков бывают различными, применяются комби­нированные магнитопроводы и двойные катушки.

Некоторые индуктивные датчики являются грубыми устрой­ствами. Наряду с ними индуктивные дифференциальные датчики с усилителями могут контролировать положение сердечника с боль­шой точностью.

Наладка индуктивных датчиков осуществляется по такой же программе, как и наладка трансформаторных датчиков. Замеча­ния, высказанные в отношении влияния массивных железных деталей и др., сохраняются для устройств с индуктивными дат­чиками.

Для индуктивных датчиков снимают вольтамперную характе­ристику I = f(U) при удаленном якоре, а затем при номиналь­ном напряжении замеряют и рассчитывают параметры Р, Р_а, Р_к, cos φ.

Основной рабочей характеристикой такого датчика является зависимость I = f (δ). В некоторых схемах катушка включается параллельно с конденсатором и последовательно с нагрузкой (реле) на неизменное напряжение трансформатора. Однако для удобства расчетов следует предварительно подать напряжение непосред­ственно на катушку и при двух-трех его значениях снимать зави­симости I = f (δ). Во время приближения якоря к ярму заметный рост индуктивности катушки и уменьшение тока ощущаются только при сравнительно небольших зазорах δ.

На рис. 45, б в качестве примера показаны характеристики крупного индуктивного конечного выключателя типа ИКВ-10. Из характеристики видно, что даже у самых больших (типовых) датчиков рабочие зазоры составляют всего 5—30 мм.

Р ис. 45. Индуктивный датчик: б — зависимость тока катушки I_к и полного сопротив­ления Z от воздушного зазора; 1 — при минимальном рабочем зазоре δ = 4 мм; 2 — при максимальном рабочем зазоре δ = 30 мм

При минимальном и максимальном рабочих зазорах следует снять также рабочие характеристики, с помощью которых опре­деляют зависимость электрических параметров катушки от попе­речного смещения якоря I(z) = f (l) (рис. 45, в).

Рис. 45. Индуктивный датчик: в — зависимость тока катушки индуктивного датчика от поперечного смещения якоря; 1 — при минимальном рабочем зазоре δ = 4 мм; 2 — при максимальном рабочем зазоре δ = 30 мм

После снятия характеристик собственно индуктивного элемента рекомендуется построить векторные диаграммы токов и напряже­ний всех цепей датчика.

На рис. 45, г и д показаны распространенная схема включе­ния индуктивного датчика ИД и соответствующие ей векторные диаграммы.

Рис. 45. Индуктивный датчик:

г — схема включения катушки; д — диаграмма

При удаленном якоре (см. векторы, показанные сплошными линиями) ток i_д0 в цепи катушки датчика Д заметно превышает ток в цепи конденсатора i_cо; суммарный ток i_p0 отно­сительно велик, и реле находится во включенном положении. Во время приближения якоря создается резонанс токов (см. штрихпунктирную линию) и суммарный ток i_p снижается настолько, что якорь реле отпадает. Изменение напряжения на катушке дат­чика и на конденсаторе иллюстрируется векторами U_dc0 и U_dc, а напряжения на катушке реле — векторами U_р0 и U_р. Изме­рительные приборы, подключаемые для снятия векторных ди­аграмм, на схеме датчика показаны штрихпунктиром. Реле, установленное в данной схеме, требует измерения и регулирова­ния напряжений втягивания и отпадания. Сначала путем измене­ния зазора под якорем реле и натяжения возвратной пружины под­бирают напряжение втягивания; оно должно быть на 20—30% ниже напряжения U_p0, имеющего место в рабочей схеме при уда­ленном якоре индуктивного датчика. Во время регулировки напря­жения втягивания по возможности (при минимальном ходе якоря) следует увеличивать натяжение пружины, так как это облегчает получение достаточно большого напряжения отпадания. Для чет­кой работы схемы ИД напряжение отпадания реле должно быть в 1,5—2 раза выше напряжения U_p, имеющего место в рабочей схеме при максимальном рабочем зазоре δ_max, под якорем ИД (в приводимом примере для датчика ИКВ-10 δ_max = 30 мм). Повыше­ния напряжения отпадания реле достигают установкой более тол­стых немагнитных прокладок между якорем и сердечником.

Катушки ИД обычно изготовляются с отводами для возможно­сти подбора оптимального числа витков.

В общем случае ток, полное сопротивление и индуктивность ка­тушки

(11)

где Z, r, ωL — полное, активное и индуктивное сопротивления ка­тушки;

w — число витков;

G — магнитная проводимость воздушных путей магнитопровода.

Для контроля точной остановки машины и управления ею при­меняются дифференциальные ИД с двумя магнитными системами и общим якорем. Примерное расположение элементов такого дат­чика показано на рис. 45, е.

Рис. 45. Дифференциальный индуктивный датчик.

Катушки К1 и К2 укрепляют на ма­шине, движущейся по рельсам или направляющим; железные пластины якоря располагаются по пути движения в заданных положениях для остановки.

Рассмотрим некоторые приемы по­вышения чувствительности и стабильности показаний в эксплу­атации.

1. Перед наладкой дифференциальных ИД с общей схемой уп­равления следует подобрать вольт-амперные характеристики I = f (U) и рабочие характеристики I = f (δ) каждого элемента в от­дельности. Обе катушки должны иметь одинаковое число витков, а их магнитопроводы — строго одинаковые размеры. Совпадение характеристик достигается изменением числа пластин в пакете.

2. Катушки К1 и К2 должны укрепляться на ровной поверхно­сти машин или симметрично к массивным деталям; поверхность АВ, проходящая через края полюсов, должна быть строго парал­лельной направлению движения машин.

3. Якорь должен иметь одинаковую толщину и параллельные грани. Рабочая поверхность якоря устанавливается строго парал­лельно направлению пути. Железные детали, крепящие якорь, располагают симметрично его осям.

Во время эксплуатации по мере износа деталей машины рабо­чие зазоры б между якорем и полюсами датчика постепенно изме­няются. Однако, несмотря на изменение зазоров δ, при строгой сим­метрии отдельных элементов датчика рабочая точка, в которой про­исходит подача сигнала, не сместится.

4. Индуктивность элементов датчика заметно снижается только при небольших зазорах δ и поэтому для повышения чувствитель­ности и точности подачи сигнала часто стремятся устанавливать минимальные зазоры, ограничивая их только так, чтобы не происхо­дило задевания деталей. Однако при малых зазорах сильно сказы­ваются все неизбежные перекосы и показания становятся неста­бильными. Выбор величины зазора зависит от конструкции ИД и условий его работы, но в общем случае следует устанавливать большие зазоры, а повышение чувствительности получать за счет усилителя.

5. У дифференциальных ИД следует избегать включения полу­проводников в отдельные цепи катушек К1 и К2, так как характе­ристики полупроводников могут измениться и первоначально по­лученный баланс нарушится. Поэтому выпрямительные мостики должны устанавливаться в цепях повышенного напряжения.