5.3. Индуктивные и трансформаторные датчики

Принцип действия индуктивных и трансформаторных датчиков основан на явлении изменения индуктивности или взаимоиндуктивности катушки со стальным сердечником при перемещении подвижной части магнитной системы (стального ярма). Они получили очень широкое распространение благодаря простоте и надежности конструкции, большой мощности на выходе и отсутствию подвижных контактов. Индуктивные и трансформаторные датчики работают от сети переменного тока на частотах от 50 Гц до нескольких килогерц и могут замерять линейные и угловые перемещения в диапазоне от десятых долей микрона до нескольких десятков миллиметров.

Схема простейшего индуктивного датчика с плоским подвижным якорем приведена на рисунке 5.3, а, а его характеристика— на рисунке 5.3, б. Входной величиной датчика является изменение воздушного зазора δ, выходной— ток I_пво вторичном прибореП. Величина токаI_пзависит от индуктивного сопротивления обмотки и активных: сопротивлений обмотки и прибора. Индуктивное сопротивление прибора меньше, чем датчика, и им можно пренебречь. Индуктивность катушки с учетом двух воздушных зазоров определяется по приближенной формуле:

гн.

Ток на выходе

где R = R_об + R_п — суммарное активное сопротивление обмотки и вторичного прибора, ом;

ωL — индуктивное сопротивление обмотки, ом;

w—число витков катушки;

S— поперечное сечение магнитопровода, м²;

δ — воздушный зазор, м.

Чувствительность датчика без учета активного сопротивления R:

Простейший плоскостной датчик применяется очень редко, так как имеет серьезные недостатки: его характеристика IIлинейна в очень узкой области и сильно отличается от расчетной характеристикиI, точность и чувствительность невелики, фаза выходного сигнала не изменяется при смене знака входной величины.

Наиболее широкое распространение получили дифференциальные датчики. В дифференциальном датчике входной величиной является смещение плунжера (якоря) относительно среднего положения, а выходной — геометрическая разность токов I₁ – I₂(рис.5.3, в и г). При нейтральном положении плунжераI₁ = I₂и, следовательно, ток во вторичном приборе отсутствует. При смещении плунжера изменяются индуктивные сопротивления обмоток датчика, поэтому нарушается равенство токовI₁ и I₂и появляется выходной сигнал. Фаза выходного сигнала зависит от направления отклонения плунжера.

На рисунке 5.3, д показана схема трансформаторного датчика угла поворота. При α₁= α₂ = 0 э.д.с. в обмотке среднего сердечника не наводится, поскольку магнитные потоки, создаваемые намотанными в противоположном направлении обмотками крайних сердечников, равны и направлены встречно. При смещении якоря магнитное сопротивление для потока одной обмотки увеличивается, а для потока второй — уменьшается, вследствие чего на выходе датчика появляются напряжение и ток.