Индуктивный преобразователь

В электрических методах измерения, основанных на измерении индуктивности L, используется свойства катушки изменить свое реактивное ( индуктивное) сопротивление при измени некоторых ее параметров, определяющих величину индуктивности. Для получения возможно большей индуктивности катушки малых габаритов, как правило, выполняется с сердечником из ферромагнитного материала. Выражение для определения индуктивности такой катушки имеет вид:

Где -число витков катушки;

-Величина и площадь воздушного зазора;

-длина средней линии и площадь сечения сердечника;

Изменение индуктивности L согласно формуле (2.1) можно осуществлять путем изменения числа витков ,длина l0 или площадь S0 воздушного зазора и длина l1 площадь S1 или магнитной проницаемостисердечника. В применяемых в настоящее время индуктивных датчиках изменение индуктивности достигается чаще всего посредством изменения величиныили площадь S0 воздушного зазора. Изменение индуктивности путем изменения магнитного проницаемостимагнитопровода осуществляется с помощью магнитострикционного метода измерения, о котором будет сказана ниже.

Если катушка, индуктивности которой изменяется пропорционально измеряемой неэлектрической величине, включена в электрическую цепь, то по изменению силы тока в цепи или напряжения на клеммах прибора можно судить об этой величине.

Перейдем к изложению различных методов измерения медленно изменяющихся величин для их питания можно обойтись переменным током промышленной частоты. При измерений индуктивными преобразователями величин, изменяющихся с высокой частотой, необходимо выполнить два условия: во-первых, частота тока, питающего преобразователь, должна быть I несколько раз выше частоты изменения измеряемой величины, во-вторых, собственная частота элементов (обычно якорей или мембран), служащих для преобразования измеряемой неэлектрической величины в изменение индуктивности, должны быть значительно выше наивысшей частоты измеряемой неэлектрической величины в изменение индуктивности, должны быть значительно выше наивысшей частоты измеряемой величины.

Принципиальная схема индуктивного преобразователя очень проста (рис.1).на железном сердечнике 1 намотана катушка 2. Если изменять воздушный зазор посредством перемещения якоря 3, например, под действием силы F, то коэффициент самоиндукции L катушки 2 будит изменятся, вследствие чего сила тока и, протекающего по катушке, также будет изменяться. Таким образом, каждому значению силы F и зазорабудет соответствовать вполне определенное значение коэффициента самоиндукции L, а следовательно, и определенное значение силы тока.

Рис.1.Схема индуктивного датчика:

1-сердечника; 2-катушка;-воздушный зазор;

L-коэффициент самоиндукции; і - сила тока; F- сила

Если питающие напряжение и стабилизировано по амплитуде и частоте, то резонансные схемы, обладающие большой чувствительностью, обеспечивать также достаточность измерения.

Примеры нерезонансних недифференцированных схем приведены на рис .1 и 4. В схеме на рис..3 воздушный зазор катушки I,а следовательно, и сила тока в ней изменяются, а в катушке IIостаются неизменными. Логометр Л. Включенный в схему прибора в качестве указателя, будет измерять отношение токов в катушке I и II. Очевидно, показание логометра будет являться функцией величины зазора .

Рис. 4. Трансформаторная схема включения индуктивного датчика

В трансформаторной схеме(рис.4) изменение зазора преобразует в изменение коэффициента взаимной индукции первичной I и вторичной II обмотки трансформатора. Если напряжение питания и постоянно по амплитуде и частоте, то сила тока во вторичной обмотке II будет изменяться в соответствии с изменением зазора.

Кроме того, при применении магнитопровода из сплошного куска ( а не листового) стали начинает сказываться поверхностный эффект. Неравномерное распределение магнитного потока по сечению магнитопровода, свойственное переменным магнитным полям, крайне затрудняет определение магнитного сопротивления . При этом, чем выше частота питающего напряжения, тем более выражен поверхностный эффект. Следствием поверхностного эффекта является увеличение комплектного магнитного сопротивлениямагнитопровода. На основе теоретических исследовании Л.Р Нейман вывел формулу для расчета комплексного магнитного сопротивления при наличии поверхностного эффекта:

Где