Общие сведения. Индуктивные датчики относятся к группе параметрических датчиков, сопротивление которых имеет индуктивный характер

 

Индуктивные датчики относятся к группе параметрических датчиков, сопротивление которых имеет индуктивный характер. Конструктивно они представляют собой электромагнитный дроссель, индуктивность которого меняется в зависимости от перемещения одной из подвижных деталей дросселя (якоря).

Индуктивность дросселя

,

где

− магнитное сопротивление воздушного зазора;

− магнитное сопротивление материала сердечника и якоря;

L – индуктивность;

W − число витков обмотки;

l₀, S₀ − общая длина и площадь сечения воздушного зазора;

l, S − длина средней силовой линии площадь сечения сердечника магнитопровода;

, − магнитная проницаемость воздуха и материала сердечника.

 

 

 

Рис. 1. Схема нереверсивного индуктивного датчика

 

Выходное напряжение индуктивного датчика (для случая активной нагрузки):

,

где

U_вых − выходное напряжение индуктивного датчика;

I_н − ток нагрузки;

R_н − сопротивление нагрузки;

R − активное сопротивление катушки индуктивности;

U_п − питающее напряжение;

ω; − частота питающего напряжения;

L − индуктивность катушки с сердечником.

 

Пренебрегая активным сопротивлением и магнитным сопротивлением железа и считая S = S₀, получим: и или ,

где

− входная величина (2 − общая длина воздушного зазора);

− крутизна статической характеристики датчика.

 

Рис. 2 Статическая характеристика нереверсивного индуктивного датчика

 

Расхождение реальной и расчётной характеристик на начальном участке объясняется пренебрежением магнитным сопротивлением магнитопровода, а на конечном участке характеристики − активным сопротивлением катушки и сопротивлением нагрузки.

Достоинства: высокая чувствительность, надёжность, мощный выходной сигнал.

Недостатки: нелинейность статической характеристики, большие электромагнитные усилия на якоре, наличие нулевого выходного сигнала, зависимость крутизны статической характеристики от частоты и напряжения питания.

 

 

Рис. 3 Дифференциальная схема включения индуктивного датчика

 

Недостатком дифференциального датчика является необходимость наличия двух источников питания, что обеспечивается разделительным трансформатором.

 

Рис. 4 Мостовая схема включения индуктивного датчика

 

Мостовые схемы менее экономичны из-за потерь в балластных сопротивлениях и поэтому применяются для маломощных датчиков. Фаза U_вых меняется в функции от направления перемещения, крутизна статической характеристики в 2 раза выше.

Преимущества реверсивных датчиков: большая чувствительность, усилия на якорь частично компенсируются, большая линейность статической характеристики, меньшая зависимость от температуры и изменения питания, меньшая величина U_п, меньшая зависимость от частоты питания.

,

где

U_выхх − напряжение холостого хода;

Z_вых − сопротивление схемы со стороны выхода (выходное сопротивление);

Z_н − сопротивление нагрузки.

Максимум активной мощности в нагрузке Z_н будет при R_н = R_вых, X_н = X_вых

Достоинства индуктивных датчиков: бесконтактность, надёжность, высокая чувствительность, высокая разрешающая способность.

Недостатки индуктивных датчиков: техническая сложность регулирования (балансировки) датчика, наличие напряжения небаланса, при X_вх = 0 за счёт неполной симметрии схемы, резкое снижение чувствительности с увеличением X_вх, зависимость U_вых от частоты питания, работа лишь на переменном токе.

 

 

 

Рис. 5 Схема лабораторной установки

 

 

Результаты измерений на нереверсивном датчике. Таблица 1.

 

αвх
R1	7,3	7,9	8,2	8,9	9,4	9,8	10,1	10,3
R2	8,6	9,1	9,3	9,6		10,5	10,8
R3	7,3	7,8	8,2	8,6	8,9	9,1	9,2	9,4

 

 

Рис. 6 Статическая характеристика нереверсивного датчика

 

Вывод: В данной работе был изучен принцип действия индуктивных датчиков, построены статические характеристики и определены коэффициенты чувствительности реверсивных и нереверсивных датчиков.

 

Используемая литература:

 

1. Глухов В.В.. Пособие по выполнению лаб. работы № 2 «Исследование индуктивных датчиков» РИО МГТУ ГА, М., 2007.

2. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. М. Машиностроение, 1985 г.