9.4 Измерительные схемы индуктивных датчиков

К числу контролируемых электрических параметров схемы замещения индуктивного измерительного преобразователя относятся: индуктивность и пределы ее изменения ( ); взаимная индуктивность (М); полная электрическая добротность преобразователя в определенном диапазоне частот (Q); собственная емкость преобразователя (С); активное сопротивление обмотки преобразователя (R).

Кроме перечисленных основных параметров, иногда возникает необходимость определения некоторых дополнительных параметров, например таких, как мощность полных потерь, частота собственного резонанса ( ), электрическая прочность и сопротивление изоляции обмотки.

Величину L определяют в зависимости от режима работы преобразователя одним из следующих методов - мостовым методом, резонансным методом и методом резонансной схемы замещения.

Мостовые измерительные схемы. В настоящее время данные методы получили наибольшее распространение в лабораторной и производственной практике. Благодаря относительной простоте этих методов, высокой точности измерения и возможности дополнительно измерять значение активного сопротивления преобразователя разработан ряд типовых четырехплечих мостовых схем, среди которых следует выделить мостовые схемы Максвелла – Вина (рис. 9.10а), Оуэна (рис. 9.10б ), Хея (рис. 9.10в), и схему шестиплечевого моста Андерсона-Быкова (рис. 9.10г).

а) б)

в) г)

Рис. 9.10 Разновидности схем измерительных мостов: Максвелла – Вина (а), Оуэна (б), Хея (в), Андерсона-Быкова(г).

Как правило, уравновешивание перечисленных схем достигается в результате наложения изменений в двух и более независимых параллельных ветвях элементами сопротивления, находящимися в квадратуре по отношению друг к другу.

В зависимости от вида мостовой схемы эти элементы могут иметь разнотипный характер. Каждая из этих схем обеспечивает определенный уровень относительной чувствительности преобразователя к изменению его параметров.

Одним из основных параметров мостовой схемы является угол сходимости, представляющий собой угол между векторами напряжений в регулируемых ветвях схемы. Для мостов с хорошей сходимостью (большой угол сходимости) уравновешивание моста достигается путем небольшого числа последовательных регулировок и заканчивается довольно быстро.

Определенный интерес представляют поиски путей расширения частотного диапазона мостовых схем. Диапазон рабочих частот для большинства из известных к настоящему времени схем ограничен областью звуковых частот. Попытки расширить диапазон в сторону высоких частот наталкиваются на трудно преодолимое препятствие – повышение роли токов утечки. Это явление обусловливает значительное снижение точности измерений. Одним из основных способов подавления таких помех является применение вспомогательных цепей с регулируемыми параметрами.

Резонансные методы измерения. В основу резонансных методов измерения параметров измерительного преобразователя положено использование приближенной формулы Томсона. Например, для определения индуктивности катушки индуктивного преобразователя используют зависимость вида:

. (9.33)

Несмотря на простоту этого метода, он не свободен от ряда существенных недостатков. Один из них – приближенная исходная формула, которую можно считать справедливой для измерительных преобразователей с высокой добротностью (более 25 - 30).

Метод резонансной схемы замещения. Его можно рассматривать как модификацию рассмотренного выше резонансного метода измерения. При реализации данного метода первоначально колебательный контур, состоящий из переменной емкости и эталонной индуктивности, настраивается в резонанс путем подстройки значения емкости. Затем производится переключение схемы на измеряемую индуктивность и по величине напряжения на вторичной обмотке трансформатора определяется значение индуктивности (рис. ).

Метод резонансной схемы замещения характеризуется высокой степенью универсальности (позволяет производить измерения в широком диапазоне частот и амплитуд сигналов).

В зависимости от характера измеряемой физической величины и условий эксплуатации устройства производится выбор соответствующего типа измерительной схемы датчика.