Читайте также:
|
|
Развитие методов бесконтактного съема информации привело к широкому использованию электромагнитных способов преобразования информации. Именно электромагнитные ЧЭ в настоящее время являются основой большинства промышленных датчиков разного назначения. Принцип действия электромагнитных ЧЭ основан на том, что в измеряемый параметр (например, перемещение) «вовлекается» один из элементов магнитного контура (обычно индуктивность). Изменение индуктивности в свою очередь вызывает изменение магнитного потока через измерительную обмотку, а следовательно, и электрического сигнала.
При построении электромагнитных датчиков наиболее известны два подхода: индуктивный и индукционный. В первом случае информативным параметром является индуктивность ЧЭ (катушки) L или коэффициент взаимной индукции L21 нескольких ЧЭ, во втором — ЭДС индукции. Параметр L называют также коэффициентом самоиндукции, a L21 — коэффициентом связи между обмотками.
Электромагнитные ЧЭ можно включать по дроссельной и трансформаторной схемам. Дроссельная схема обычно содержит одну или две (при дифференциальном соединении) катушки, в которых изменяется коэффициент самоиндукции L. В трансформаторной схеме используют несколько катушек для изменения коэффициента взаимной индукции. При этом одна из катушек (обычно первичная) неподвижна.
Рассмотрим дроссельную схему. Индуктивность L дросселя с числом витков N катушки, магнитным сопротивлением Rμ и относительной магнитной проницаемостью μ сердечника вычисляют по формуле
Вид функции преобразования ЧЭ зависит от того, какой из параметров является информативным: если s, то функция линейна, если l, то нет. Как правило, оба эти параметра зависят от перемещения сердечника х. Тогда L = L(x) и L21 = L21(х). Согласно правилу буравчика, вектор магнитной индукции В направлен вдоль оси катушки.
Если сечение магнитопровода постоянно по длине, то для справедливо выражение
где lм, l0 — длина силовых линий в магнитопроводе и воздухе соответственно; sм, s0 — площадь поперечного сечения магнитопровода и воздушного зазора соответственно.
Принцип действия большинства электромагнитных ЧЭ основан на изменении зазора Δl0 (рис. 2.3, а). Индуктивность
В расчетах используют упрощенную формулу
Величина Δl0 связана с перемещением обкладки Δх выражением Δl0= 2 Δх (рис. 2.3, а).
После упрощения получаем
Данное выражение можно рассматривать как функцию преобразования электромагнитного ЧЭ. Видно, что зависимость коэффициента самоиндукции L от перемещения Δх нелинейна. При х ≪ l0 зависимость ΔL(Δx) аппроксимируется рядом:
Существенное уменьшение погрешности, вызванной нелинейностью ΔL(Δx), достигается при дифференциальном (встречном) включении двух одинаковых катушек (рис. 2.3, б; 2.4, а). Для первой и второй катушек соответственно имеем
Тогда при ΔL ≈ (ΔL2 -ΔL1) чувствительность схемы удвоится, а нелинейность уменьшится до членов второго порядка малости вследствие компенсации нелинейностей первого и всех нечетных порядков (рис. 2.4, в). Действительно,
Приведем типичные параметры простейшего дросселя на несущей частоте 5 кГц: индуктивность около 5 мГн, индуктивное (реактивное) сопротивление около 150 Ом, активное сопротивление 20...200 Ом.
В трансформаторной схеме (рис. 2.4, б) используют три обмотки: первичную и две вторичные. Это позволяет электрически развязать первичную и вторичную цепи и существенно снизить влияние катушек на подвижный элемент датчика.
Первичная и вторичные обмотки могут быть включены в схеме согласно (встречно) либо взаимно заменены.
Для питания датчиков дроссельного и трансформаторного типов используют синусоидальное напряжение с частотой сети до 50 кГц. Правильный выбор частоты сети уменьшает помехи и магнитные потери.
В зависимости от диапазона измерений применяют схемы с продольным и поперечным перемещением сердечника. В первом случае (см. рис. 2.4, б) сердечник перемещается вдоль своей главной оси инерции, во втором (см. рис. 2.4, а) — перпендикулярно ей.
Индуктивные ЧЭ широко используют при построении бесконтактных датчиков перемещения. В частности, дифференциальные схемы с продольным перемещением сердечника позволяют измерять расстояния 1...500 мм, а с поперечным — от 20 мкм до 1 мм. При использовании сердечников длиной, равной длине катушки, регистрируемое перемещение может достигать 80 % от длины сердечника.
Сравнительная характеристика нескольких моделей электромагнитных ЧЭ дана в
табл. 2.3.
Дата добавления: 2015-08-26; просмотров: 313 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Резистивные чувствительные элементы | | | Преобразователи Холла |