Индуктивные измерительные преобразователи. Исполнитель

Индуктивные измерительные преобразователи.

Цель: Изучение индуктивных измерительных преобразователей, принцип их действия и

характеристики.

План:

1. Однотактный индуктивный датчик, принцип действия и характеристики.

2. Двухтактные индуктивные измерительные преобразователи.

3. Трансформаторные индуктивные измерительные преобразователи.

4. Динамические свойства индуктивных измерительных преобразователей.

5. Достоинства и недостатки индуктивных преобразователей.

Вопрос: Принцип работы потенциометрических измерительных преобразователей?

 {spoiler=Подробнее}

1.       Однотактный индуктивный датчик, принцип действия и характеристики.

В основу работы индуктивного измерительного преобразователя положено свойство дросселя с воздушным зазором изменять индуктивность при изменении величины зазора.

Простейший индуктивный датчик состоит из ярма, на котором помещается обмотка, и якоря, удерживаемого пружинами. Ярмо и якорь выполняются из шихтованного магни-томягкого материала. Обмотка наматывается медным проводом с малым активным сопро­тивлением.

Принцип действия однотактового индуктивного измерительного преобразователя со­стоит в следующем.

На обмотку через сопротивление нагрузки подается напряжение питания перемен­ного тока с частотой от 50Гц до нескольких килогерц.

Анализ принципа действия и статической характеристики однотактного индуктивно­го измерительного преобразователя позволяет отметить следующие его недостатки:

фаза выходного сигнала не зависит от направления перемещения якоря.

для измерения перемещения в обоих направлениях необходим начальный зазор,
что приводит к наличию начального значения напряжения.

на якорь постоянно действует электромагнитная сила, стремящаяся притянуть его
к ярму. При большой мощности сигнала выходной цепи она может принимать существен­
ные значения, что требует введения компенсирующих сил, создаваемых противодейст­
вующими пружинами. Это значительно усложняет устройство.

В силу указанных недостатков однотактные индуктивные измерительные преобразо­ватели используются только в качестве вспомогательных элементов систем. В основных цепях систем управления применяют двухтактные индуктивные зимерительные преобра­зователи. Вопрос: Основные недостатки однотактных индуктивных датчиков?

2.       Двухтактные индуктивные измерительные преобразователи.

Существует две основные схемы включения двухтактных индуктивных измеритель­ных преобразователей: дифференциальная и мостовая. Рассмотрим каждую из них.

Дифференциальная схема. Такая схема включения индуктивного измерительного преобразователя предполагает наличие трансформатора со средней точкой. Обе обмотки измерительного преобразователя имеют одинаковое число витков W. Сердечники обмоток идентичны по своим характеристикам. Сопротивление нагрузки включается между сред­ней точкой обмоток измерительного преобразователя. При таком включении ток, проте­кающий по сопротивлению нагрузки, равен I_Bbix⁼Ii-l2 , а выходное напряжение определя­ется как U_Bbix⁼R_H(Ii-l2).

При перемещении якоря на величину А ширина зазоров изменяется: один увеличи­вается, а второй уменьшается на одну и ту же величину. При изменении направления пе­ремещения якоря фаза выходного напряжения сдвинется на 180° относительно напряже­ния питания, являющегося опорным.

Мостовая схема. Если в дифференциальной схеме рассматривалась разность токов в нагрузке, то в мостовой схеме следует рассматривать разность падений напряжений на плечах моста, которая определяет выходное напряжение двухтактного индуктивного дат­чика U_BbIX=Ui-U₂, где   U,=IiZ, a  U₂=I₂Z.

Принцип действия мостовой схемы включения аналогичен принципу действия диф­ференциальной схемы. Выходное напряжение мостовой схемы в математической форме записи сводится к зависимости , подобной дифференциальной схеме.

Такие измерительные преобразователи допускают измерение перемещений до не­скольких десятков сантиметров. Включение их может производиться как по мостовой, так и по дифференциальной схемам. Вопрос: Чем отличаются дифференциальная схема от мостовой схемы?

3.      Трансформаторные индуктивные измерительные преобразователи.

Трансформаторные индуктивные измерительные преобразователи, или индукцион­ные датчики, предназначены для измерения регулируемой координаты положения, пред­ставляющей собой механическое перемещение малых и больших диапазонов.

Принцип действия трансформаторных индуктивных измерительных преобразовате­лей основан на использовании изменении взаимной индуктивности между обмотками при перемещении якоря. Обмотки цепи питания Wi и W₂ включаются встречно и имеют оди­наковое число витков, т.е. Wi=W₂=W. Следовательно, магнитные потоки Ф] и Ф₂, созда­ваемые током, протекающим в этих обмотках, будут направлены в среднем сердечнике навстречу друг другу, а выходное напряжение определится как U_Bblx=4,44fW₀(Oi-0₂),

где f- частота питающего напряжения; wq- число витков обмотки среднего стержня.

Таким образом, статическая характеристика трансформаторного индуктивного изме­рительного преобразователя в рабочем диапазоне представляет собой линейную зависи­мость.

К классу индукционных измерительных преобразователей относятся датчики ферро-динамического типа. Они предназначены для бесконтактного измерения угловых переме­щений и их преобразования в пропорциональные значения электрического сигнала пере­менного тока. Ферродинамический датчик состоит из ярма, набранного из шихтованного магнитомягкого материала, сердечника с подвижной рамкой, на которой размещается об­мотка. Обмотка возбуждения запитывается напряжением переменного тока. При этом в магнитопроводе возникает магнитный поток, индуктирующий в обмотке подвижной рам­ки э.д.с. Е. Если рамка расположена на нейтрали N-N, значение наведенной в ней э.д.с. равно нулю. При отклонении рамки от нейтрали на угол а, значение э.д.с. E=ka, где k-коэффициент пропорциональности, зависящей от амплитуды и частоты питающего на­пряжения, чисел витков обмотки возбуждения и обмотки подвижной рамки, а также от свойств и конструктивных параметров магнитопровода. Вопрос: Принцип работы микросина?

4.       Динамические свойства индуктивных измерительных преобразователей.

Динамические свойства индуктивных измерительных преобразователей определяют, исходя из условий их работы. Обычно механические перемещения, представляющие входной сигнал датчика, имеют более низкую частоту по сравнению с частотой питающе­го напряжения. Поэтому изменению амплитуды выходного напряжения с достаточной точностью определяется уравнением установившегося режима.

Следовательно, любой из рассмотренных индуктивных измерительных преобразова­телей можно считать безынерционным звеном с передаточной функцией ^W(P)⁼U(_P)/ A (_P)=k

И применять для его описания все динамические характеристики усилительного зве­на, учитывая при этом реально существующий рабочий диапазон частот датчика. Вопрос: Как появляются помехи ИД?

5.       Достоинства и недостатки индуктивных измерительных преобразователей.

К достоинствам индуктивных измерительных преобразователей следует отнести: отсутствие скользящих контактов (за исключением ферромагнитного датчика); вы­сокую чувствительность; высокую разрешающую способность; надежность конструкции; малую массу и габариты при питании напряжением высокой частоты; более высокий КПД по сравнению с потенциометрическими преобразователями.

Недостатками индуктивных измерительных преобразователей являются:

трудность регулирования, т.е. трудность получения нулевого значения выходного напряжения при нейтральном положении якоря; возможность работы только на перемен­ном токе; ограниченность диапазона линейности статической характеристики за счет краевого эффекта, насыщения питания; необходимость экранировки обмоток дросселя.

Контрольные вопросы;

Назначение индуктивных измерительных преобразователей?

Статическая характеристика двухтактного ИД?

Принцип действия индукционных датчиков?

Шумы индуктивных измерительных преобразователей?

Пути устранения недостатков ИД?
Литература:

«Элементы систем автоматического управления и контроля.» Н.И. Подлесный,
В.Г. Рубанов.

«Магнитные элементы автоматики» М.А. Розенблат.

{/spoilers}