§ 6.6. Индукционные датчики

Индукционные датчики предназначены для преобразо­вания скорости линейных и угловых перемещений в ЭДС. Они от­носятся к датчикам генераторного типа. Принцип действия индук 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 ш_ь включенной на постоянное напряже­ние . При перемещении катушки в магнитном поле в ней инду­цируется ЭДС, пропорциональная скорости перемещения: Е =

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 й:

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 отсут-вия 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. Пои

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 таrой же, как у синхронных генерато­ров. Для измерения частоты вращения используются и спе-

циальные электрические машины малой мощности — тахогенера-торы.

Тахогенератор постоянного тока (рис. 6.20, а) имеет обмотку возбуждения, создающую при питании постоянным током магнит­ный поток Ф. При вращении якоря в нем создается ЭДС, пропор­циональная частоте вращения n:E=kФn, где k — постоянная, определяемая конструкцией.

Напомним, что частота вращения п обычно выражается в об/мин и связана со скоростью вращения 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.