8. Электромагнитные ип.

Электромагнитные ИП состоят из одной или нескольких катушек. На практике наиболее широко применяются индуктивные, трансформаторные, индукционные и магнитоупругие ИП.

8.1. Индуктивные ип

8.1.1. Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки

Принцип действия индуктивных ИП основан изменении собственной индуктивности катушки.

В общем случае индуктивный преобразователь состоит из катушки индуктивности, магнитопровода и подвижного ферромагнитного сердечника (якоря). Входная величина Х изменяет взаимное расположение катушки и якоря, или отдельных частей магнитопровода. При этом изменяется индуктивность катушки и ее полное сопротивление.

На рис. 8.1 представлены различные варианты конструктивного исполнения индуктивных ИП: с переменной длиной воздушного зазора (рис. 8.1 а); с переменной площадью воздушного зазора (рис. 8.1 б); соленоидальный (рис. 8.1 в); с распределенными параметрами (рис. 8.1 г).

В преобразователях с переменной длиной или площадью воздушного зазора (рис. 8.1 а, б) входная величина вызывает перемещение Х якоря 2. В результате этого изменяется магнитное сопротивление системы, что приводит к изменению индуктивности катушки 1, размещенной на магнитопроводе 3.

Соленоидальные индуктивные ИП представляют собой преобразователи с разомкнутой магнитной цепью (рис. 8.1 в) и работают на принципе изменения магнитного сопротивления участков рассеяния магнитного потока при перемещении якоря 2.

В преобразователях с распределенными параметрами (рис. 8.1 в) изменение магнитного сопротивления происходит вследствие размагничивающего действия вторичных токов. В таких индуктивных ИП вместо ферромагнитного якоря перемещается короткозамкнутый виток 2 (рис. 8.1 г). При этом в витке индуцируются токи, которые создают потери, что приводит к появлению дополнительного реактивного сопротивления магнитной цепи. Вместо витка в зазор магнитопровода можно вводить электропроводный элемент (например, диск из меди или алюминия), в котором наводятся вторичные токи.

а) б) в) г)

Рис. 8.1

Наиболее распространенными являются преобразователи с переменной длиной воздушного зазора. Рассмотрим их работу.

Входная неэлектрическая величина Х изменяет взаимное расположение катушки 1, намотанной на магнитопровод 3 и подвижного якоря 2. При этом изменяется длина воздушного зазора  и магнитное сопротивление системы, что при-водит к изменению индуктивности катушки 1, которая определяется по формуле

L = n²/R_М, (8.1)

где n - число витков катушки; R_М - магнитное сопротивление ИП.

Пренебрегая рассеянием магнитного поля и нелинейностью кривой намагничивания материала магнитопровода и якоря, получим выражение для магнитного сопротивления в виде

R_М = R_СТ + R_З = l_СТ/(_r ₀ Q_СТ) + 2/(₀ Q), (8.2)

где R_СТ – магнитное сопротивление участков магнитопровода и ферромагнитного сердечника; R_З – магнитное сопротивление воздушных зазоров; l_СТ - длина средней силовой линии по магнитопроводу и якорю; Q_СТ - поперечное сечение магнитопровода и якоря (магнитопровод и якорь имеют одинаковую площадь поперечного сечения); _r – магнитная проницаемость материала магнитопровода и якоря; ₀ - магнитная постоянная;  - длина воздушного зазора; Q – сечение воздушного зазора.

Выполнив условие Q_СТ = Q, получим

L = ₀ Q n²/(l_СТ/_r + 2). (8.3)

Переходя к сопротивлению катушки индуктивности и пренебрегая активным сопротивлением катушки, получим

Z() = iL = i₀ Q n²/(l_СТ/_r + 2). (8.4)

Учитывая, что 2 >> l_СТ/_r (так как _r - велико), получим

L  ₀ Q n²/(2); Z  i₀ Q n²/2. (8.5)

К достоинствам индуктивных ИП можно отнести:

1) большой диапазон измеряемых линейных и угловых перемещений;

2) большую мощность выходного сигнала (до 5 Вт), что позволяет обойтись без дополнительного усиления;

3) высокую чувствительность;

4) надежность;

5) возможность питания от сети (для многих случаев).

Недостатками индуктивных ИП являются:

1) большая инерционность;

2) наличие электромагнитных сил притяжения.