5.1.3. Электромагнитные преобразователи
В основу действия электромагнитных преобразователей положены зависимости определения индуктивности Lкатушки и взаимной индуктивности М двух катушек преобразователя:
L = n2/ Rn; (5.6)
М = n1 n2 / Rn, (5.7)
где n – количество витков однокатушечного преобразователя; n1 и n2 – количество витков в первой и второй катушках при взаимной индуктивности; Rn – магнитное сопротивление.
На основе выражений (5.6) и (5.7) разработаны индуктивные и трансформаторные параметрические электромагнитные преобразователи. В них L и М зависят от ряда параметров, определяющих магнитное сопротивление Rn. На рис. 5.4,а показан индуктивный соленоидный преобразователь с ферромагнитным сердечником – плунжером. В такой конструкции ввод в магнитное поле ферритового сердечника существенно изменяет магнитное сопротивление Rnи соответственно – значение индуктивно-сти L. Плунжер, изготовленный из ферромагнитного материала, при перемещении в магнитном поле позволяет отслеживать свое положение измерением индуктивности. Максимальное значение индуктивности, как это видно из статической характеристики преобразователя рис. 5.4,а, достигается при полном вводе плунжера в магнитное поле преобразователя. Отклонение положения плунжера в одну или другую сторону имеет симметричную статическую характеристику.
Рис. 5.4. Схемы различных индуктивных преобразователей и их статические характеристики: а – соленоидный; б – сдвиговый; в – с изменяющимся воздушным зазором
Преобразователи такого типа называются плунжерными и применяются для индикации линейных перемещений от 10 до 100 мм. Разновидностью индуктивного преобразователя является конструкция, в которой обмотки катушки индуктивности расположены на П-образном ферромагнитном сердечнике (рис. 5.4,б). Замыкания магнитного поля ферромагнитным якорем приводит, как это видно из статической характеристики, к росту индуктивности L. Основным рабочим параметром сдвигового типа индуктивного преобразователя служит площадь перекрытия зазора. Индуктивные преобразователи с изменяющимся зазором (рис. 5.4в) аналогичны по принципу действия описанным выше. Параметром, оказывающим основное
Рис. 5.5. Дифференциальная схема индуктивного преобразователя
влияние на индуктивность в них, является зазор a между П-образным ферромагнитным сердечником и передвигающимся ферромагнитным якорем. Выбирая минимальный зазор, можно достичь максимальной чувствительности. Недостатком конструкции преобразователя с изменяющимся зазором является нелинейность статической характеристики. Для его устранения используется линейный участок, что приводит к ограниченному применению этих типов преобразователей. Наиболее часто преобразователи с изменяющимся зазором используют для индикации линейных перемещений от 0,01 до 10 мм. Повышение чувствительности индуктивных преобразователей, а также устранение «паразитных» влияний, увеличение линейности характеристики достигается использованием дифференциальной схемы (рис. 5.5). Такие схемы включают две симметричные катушки L1 и L2 с ферромагнитными сердечниками и общий якорь, при перемещении которого воздушный зазор одной половины преобразователя уменьшается, а другой – увеличивается. Катушки индуктивности L1 и L2 могут включаться в разные плечи мостовой измерительной схемы и таким образом будут достигаться значительные преимущества дифференциальной схемы.
Трансформаторные схемы (рис. 5.6) позволяют линеаризировать статическую характеристику и существенно повысить чувствительность измерительной конструкции, особенно при дифференциальной схеме. Такие измерительные схемы содержат обмотку, на которую поступает напряжение питания Uпит, и обмотки, на выходе которых с помощью фазового детектора 1 отслеживается смещение фазы. Такое смещение, в свою очередь, зависит от положения якоря в трансформаторной схеме
Рис. 5.6. Трансформаторные схемы индуктивных преобразователей:
а – соленоидный вариант; б – на основе П-образного сердечника; 1 – фазовый детектор
Применение индуктивных преобразователей даже средних размеров позволяет получать мощность до 5 Вт, что обеспечивает возможность использования в измерительных схемах малочувствительных указателей. И лишь при миниатюризации индуктивных элементов возникает необходимость ввода в цепь усилительного звена.
Класс точности индуктивных преобразователей может достигать значений 0,1…0,05. Однако в промышленности наиболее широкое применение получили преобразователи с классом точности 1,5 и выше.