індуктивні перетворювачі

Принцип дії індуктивних перетворювачів заснований на залежності індуктивності або взаємної індуктивності обмоток від положення, геометричних розмірів і магнітного стану елементів їх магнітного ланцюга.

Індуктивності і взаємні індуктивності обмоток, розташованих на муздрамтеатрі, при відсутності розсіювання магнітного потоку визначаються формулами (16.4) і (16.5) / 14 /

де і - число витків i-й і j-й обмоток;

- активна складова магнітного опору,

lk. Sk. до - відповідно довжина, площа поперечного перерізу і відносна магнітна проникність k-го ділянки муздрамтеатру;

0 - магнітна проникність порожнечі;

- довжина повітряного зазору;

S - площа поперечного перерізу повітряного ділянки муздрамтеатру;

- реактивна складова магнітного опору;

Р - втрати в магнітопроводі на частоті. обумовлені вихровими струмами і гістерезисом;

Ф - магнітний потік в магнітопроводі.

З наведених формул випливає, що індуктивність і взаємну індуктивність можна змінювати, впливаючи на довжину або площа поперечного перерізу повітряного ділянки магнітного ланцюга, на магнітну проникність або на втрати в магнітопроводі.

Деякі типи індуктивних перетворювачів схематично показані на малюнку 16.4.

Малюнок 16.4 - Індуктивні перетворювачі

Індуктивний перетворювач (рисунок 16.4а) зі змінною довжиною повітряного зазору б характеризується нелінійної (близькою до гіперболічної) залежністю L = f (). Робітничий рух в таких перетворювачах становить 0,01-10 мм. Перетворювач зі змінною площею повітряного зазору наведено на малюнку 16.4б. Такі перетворювачі дозволяють вимірювати переміщення до 15-20 мм.

На малюнку 16.4 в зображений перетворювач з розімкненим магнітним ланцюгом. Він являє собою обмотку 2. намотану на пластмасовий каркас 1. всередині якого переміщається сердечник 3 з феромагнітного матеріалу. Переміщення сердечника викликає зміна індуктивності котушки. Цей тип перетворювача застосовується для вимірювання переміщень від одиниць міліметрів до 100 мм.

Широке поширення на практиці отримали диференціальні перетворювачі (рисунок 16.4г і 16.4д), в яких переміщення рухомого елемента викликає збільшення індуктивності однієї обмотки і зменшення індуктивності інший. На малюнку 16.4е ілюструється принцип дії струмовихровий перетворювача, в якому зміна індуктивності котушки відбувається внаслідок зміни відстані від неї до провідного тіла. При харчуванні котушки змінним струмом в провідному тілі індукують вихрові струми, магнітне поле яких впливає на котушку. Це вплив зазвичай оцінюють значеннями внесених опорів активного і реактивного. При цьому еквівалентна індуктивність котушки зменшується. Струмовихровий перетворювачі знаходять широке, застосування в області безконтактного контролю лінійних розмірів і товщини покриттів і виявлення поверхневих дефектів (тріщин, подряпин).

Принцип дії магнитоупругих перетворювачів (рисунок 16.4ж) заснований на зміні магнітної проникності. феромагнітних тел залежно від виникаючих в них механічної напруги, обумовлених впливом механічних сил. Зміна магнітної проникності для різних матеріалів становить 0,5-3% при зміні механічної напруги в матеріалі на 1 МПа.

На малюнку 16.5 наведено деякі типи трансформаторних (взаімоіндуктівних) перетворювачів. На малюнку 16.5а показаний трансформаторний перетворювач, в якому зміна повітряного зазору викликає зміна магнітного опору, взаємної індуктивності обмоток, а отже, амплітуди змінної напруги на виході.

Перетворювач на малюнку 16.5б відрізняється тим, що має диференційну конструкцію, і вихідні обмотки дуг включені зустрічно. При нейтральному (симетричному) положенні якоря напруга на виході дорівнює нулю. Зсув якоря щодо нейтрального положення призводить до появи вихідної напруги, причому його фаза при переході через нейтральне положення змінюється на 180 °.

Перетворювач з розподіленими магнітними параметрами (рисунок 16.5 в) призначений для вимірювання великих лінійних переміщень і складається з магнітопровода 4 з робочою частиною у вигляді двох паралельних смуг, обмотки збудження 1 і рухомий обмотки 2. При переміщенні обмотки 2 від положення 3 до положення 5 напруга на вимірювальної обмотці 2 зростає, причому його залежність від переміщення практично лінійна, якщо магнітне опір ділянки 3-5 муздрамтеатру мало в порівнянні з магнітним опором зазору.

Перетворювач на малюнку 16.5г відрізняється від описаного вище тим, що має розподілену вимірювальну обмотку 2. рівномірно намотаний на одному з довгих стрижнів муздрамтеатру 4. і рухливий феромагнітний сердечник 3. шунтирующий магнітний потік. Переміщення магнітного шунта викликає лінійно пов'язана з ним зміна вихідної напруги.

На малюнку 16.5д показаний трансформаторний перетворювач великих переміщень з плоскими обмотками. Він складається з рухомого муздрамтеатру 1. має центральний стрижень і плоский полюсний наконечник.

На центральному стрижні розміщена обмотка збудження 2. У рівномірному зазорі магнітопровода знаходиться прямокутна нерухома пластина 3 з ізоляційного матеріалу, на поверхню якої шляхом друкованого монтажу нанесена плоска вимірювальна обмотка 4 у вигляді двох однакових плоских трикутних секцій із загальною вершиною. Секції вимірювальної обмотки включені між собою зустрічно. При переміщенні рухомого муздрамтеатру 1 відбувається зміна площі вимірювальної обмотки, пронизує магнітним потоком; відповідно змінюється вихідна напруга. Описані конструкції трансформаторних перетворювачів з розподіленими параметрами дозволяють легко отримати необхідну функціональну залежність вихідної напруги від переміщення. Це досягається шляхом профілювання плоскої вимірювальної обмотки для перетворювача (рисунок 16.5д) або шляхом профілювання верхнього стрижня муздрамтеатру для перетворювача (рисунок 16.5В).

Ще одним типом індуктивних перетворювачів є магнітомодуляціоннимі перетворювачі, дія яких заснована на зміні магнітного стану феромагнітного матеріалу при одночасному намагнічуванні в постійному і змінному полях. Модуляція магнітним потоком можлива за рахунок нелінійних властивостей феромагнітного матеріалу.

Магнітомодуляціоннимі перетворювачі застосовуються для вимірювання напруженості постійного магнітного поля (феррозонди) і переміщень. В останньому випадку переміщення об'єкта викликає зміна положення постійного магніту, внаслідок чого змінюються постійний магнітний потік в магнітопроводі і магнітна проникність феромагнітного матеріалу. Це в свою чергу викликає зміна магнітного опору змінному магнітному потоку, створюваному обмоткою, і відповідна зміна вихідної величини перетворювача.