Датчик индукционный бесконтактный. Индуктивные датчики: назначение и принцип работы, устройство индуктивного датчика. Устройство и принцип действия индуктивных и емкостных датчиков приближения

Подберите бесконтактный индуктивный датчик положения:

Индуктивный датчик (бесконтактный индуктивный выключатель) - это устройство, реагирующее только на металл. Принцип действия таких устройств основан на изменении амплитуды колебаний генератора при внесении в чувствительную зону выключателя металлического, магнитного, ферромагнитного или аморфного материала определенных размеров. При подаче питания на конечный выключатель в области его чувствительной поверхности образуется изменяющееся магнитное поле, наводящее во внесенном в зону материале вихревые токи, которые приводят к изменению амплитуды колебаний генератора. В результате вырабатывается аналоговый выходной сигнал, величина которого изменяется от расстояния между устройством и контролируемым предметом. Триггер преобразует аналоговый сигнал в логический, устанавливая уровень переключения и величину гистерезиса.

Особенности применения:

• срабатывание только на металл и абсолютная нечувствительность к другим материалам (например, в отличии от емкостных датчиков);
• возможность распознавания различных групп металлов;
• долговечность, благодаря отсутствию механического воздействия и износа.

Свойства:

• Исполнение постоянного DC, переменного AC и постоянного/переменного DC/AC напряжения;
• Возможности разного подключения: двух-, трех-, четырехпроводное. Способы подключения: кабель, разъем, клеммы.
• Размеры корпусов от Ø 4 мм до 170х170х60 мм.
• Механизм защиты от перегрузок и короткого замыкания.
• Светодиодная индикация срабатывания и питания.
• Степени защиты IP65, IP67, IP68.
• Стойкость к высокому давлению – до 500 бар.
• Различные варианты исполнения – высокотемпературный до + 150°С, низкотемпературный до -60°С.
• Датчики стойки к пульсации питающего напряжения до 67%, а так же приспособлены к работе в бортовой системе автомобилей.
• Возможно взрывозащищенное исполнение .
• Стойкость к химически активным средам.
• Дискретный или аналоговый выход определения положения объекта воздействия относительно датчика.
• Решение специальных задач (датчики минимальной скорости).

Индуктивные бесконтактные датчики предназначены для автоматизации технологических процессов, систем безопасности и контроля. Спектр применения обширен и включает практически все отрасли промышленности, где необходима автоматизация процессов. Такие устройства с успехом применяются в машиностроении, пищевой промышленности, металлургии, станкостроении, деревообработке и т.д.

С сертификатом соответствия бесконтактных выключателей типа IS требованиям TP TC 004/2011 "О безопасности низковольтного оборудования" (выдан 02.08.2016 года) можно ознакомиться .

Индуктивные бесконтактные датчики положения постоянного тока изготавливаются в соответствии с техническими условиями ВТИЮ.3428.006.2006 ТУ.

Бесконтактные индуктивные датчики положения специального исполнения:

По умолчанию По Имени (A - Я) По Имени (Я - A) По Цене (возрастанию) По Цене (убыванию) По Модели (A - Я) По Модели (Я - A)

20 25 50 75 100

Технические характеристики

Диапазон рабочих температур : -45°C...+65°C
: IP67
: 10...30 В DC
Кол-во проводов : 3
: 200 мА
Материал корпуса : ЛС59-1
: ≤1,5 В
Присоединение / Подключение : Кабель 3x0,12 кв. мм
Световая индикация : Есть
: PNP Замыкающий
Присоединение : Кабель
Схема подключения : 3х проводный
Комплексная защита : Нет
Способ установки в металл : Встраиваемый
Частота переключения, Fmax : 1500 Гц
Размер корпуса, ДxШxДл : М8х1х50
Номинальный зазор, мм : 1,5 мм
Рабочий зазор, мм : 0...1,2 мм

Цена за 1 шт.: По запросу

На складе: 212 шт.

Купить

Технические характеристики

Размер корпуса, ДxШxДл : М12х1х64
Номинальный зазор, мм : 2 мм
Рабочий зазор, мм : 0...1,6 мм
Способ установки в металл : Встраиваемый
Максимальный рабочий ток, Imax : ≤100 мА
Диапазон рабочих напряжений, Uраб. : 24 В DC
Падение напряжения при Imax, Ud : ≤0,6 В
Тип контакта / Структура выхода : NPN Замыкающий
Частота переключения, Fmax : 900 Гц
Диапазон рабочих температур : -25°С...+75°С
Присоединение / Подключение : Кабель 3x0,12 кв. мм
Комплексная защита : Нет
Материал корпуса : ЛС59-1
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 : IP67
Кол-во проводов : 3
Присоединение : Кабель
Схема подключения : 3х проводный
Тип корпуса : Цилиндрический резьбовой

Цена за 1 шт.: По запросу

На складе: 101 шт.

Купить

Технические характеристики

Диапазон рабочих температур : -45°C...+65°C
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 : IP68
Диапазон рабочих напряжений, Uраб. : 10...30 В DC
Кол-во проводов : 3
Максимальный рабочий ток, Imax : 400 мА
Материал корпуса : Полиамид
Падение напряжения при Imax, Ud : ≤2,5 В
Присоединение / Подключение : Соединитель S19, S20
Световая индикация : Есть
Тип контакта / Структура выхода : PNP Замыкающий
Тип корпуса : Прямоугольный
Схема подключения : 3х проводный
Комплексная защита : Есть
Способ установки в металл : Невстраиваемый
Частота переключения, Fmax : 100 Гц
: ≤15%
Номинальный зазор, мм : 25 мм
Рабочий зазор, мм : 0...20 мм
Для жестких условий окружающей среды : температурный диапазон -45°C...+65°C
: 80х80х40

Цена за 1 шт.: По запросу

На складе: 101 шт.

Купить

Технические характеристики

Диапазон рабочих температур : -25°С...+75°С
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 : IP67
Диапазон рабочих напряжений, Uраб. : 10...30 В DC
Кол-во проводов : 3
Максимальный рабочий ток, Imax : 400 мА
Материал корпуса : Полистирол
Падение напряжения при Imax, Ud : ≤2,5 В
Присоединение / Подключение : Кабель 3х0,34 кв. мм
Световая индикация : Есть
Тип контакта / Структура выхода : PNP Замыкающий
Тип корпуса : Прямоугольный
Присоединение : Кабель
Схема подключения : 3х проводный
Комплексная защита : Есть
Способ установки в металл : Невстраиваемый
Частота переключения, Fmax : 100 Гц
Номинальный зазор, мм : 16 мм
Рабочий зазор, мм : 0...12,8 мм
Размер прямоугольного корпуса, ДлxВxШ : 84х64х43

Цена за 1 шт.: По запросу

На складе: 90 шт.

Купить

Технические характеристики

Размер корпуса, ДxШxДл : М18х1х38
Тип корпуса : Цилиндрический резьбовой
Номинальный зазор, мм : 5 мм
Рабочий зазор, мм : 0...4 мм
Способ установки в металл : Встраиваемый
Максимальный рабочий ток, Imax : 250 мА
Диапазон рабочих напряжений, Uраб. : 10...30 В DC
Падение напряжения при Imax, Ud : ≤1,5 В
Тип контакта / Структура выхода : PNP Замыкающий
Частота переключения, Fmax : 600 Гц
Присоединение / Подключение : Кабель 3х0,34 кв. мм
Световая индикация : Есть
Комплексная защита : Нет
Материал корпуса : Д16Т
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 : IP67
Кол-во проводов : 3
Присоединение : Кабель
Диапазон рабочих температур : -25°С...+75°С
Схема подключения : 3х проводный

Цена за 1 шт.: По запросу

На складе: 59 шт.

Купить

Технические характеристики

Диапазон рабочих температур : -25°С...+75°С
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 : IP67
Диапазон рабочих напряжений, Uраб. : 10...30 В DC
Кол-во проводов : 3
Максимальный рабочий ток, Imax : 250 мА
Материал корпуса : Д16Т
Падение напряжения при Imax, Ud : ≤1,5 В
Присоединение / Подключение : Соединитель S19, S20
Световая индикация : Есть
Тип контакта / Структура выхода : PNP Замыкающий
Тип корпуса : Цилиндрический резьбовой
Присоединение : Разъемно-штекерное
Схема подключения : 3х проводный
Комплексная защита : Нет
Способ установки в металл : Встраиваемый
Частота переключения, Fmax : 1000 Гц
Размер корпуса, ДxШxДл : М12х1х35
Номинальный зазор, мм : 2 мм
Рабочий зазор, мм : 0...1,6 мм

Цена за 1 шт.: По запросу

На складе: 57 шт.

Купить

Технические характеристики

Размер корпуса, ДxШxДл : М8x1x50
Тип корпуса : Цилиндрический резьбовой
Номинальный зазор, мм : 1,5 мм
Рабочий зазор, мм : 0...1,2 мм
Способ установки в металл : Встраиваемый
Максимальный рабочий ток, Imax : 200 мА
Диапазон рабочих напряжений, Uраб. : 10...30 В DC
Падение напряжения при Imax, Ud : ≤1,5 В
Тип контакта / Структура выхода : NPN Замыкающий
Частота переключения, Fmax : 1500 Гц
Присоединение / Подключение : Кабель 3x0,12 кв. мм
Световая индикация : Есть
Комплексная защита : Нет
Материал корпуса : ЛС59-1
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 : IP67
Кол-во проводов : 3
Присоединение : Кабель
Диапазон рабочих температур : -25°С...+75°С
Схема подключения : 3х проводный

Цена за 1 шт.: По запросу

На складе: 57 шт.

Купить

Технические характеристики

Размер корпуса, ДxШxДл : М8x1x70
Номинальный зазор, мм : 1,5 мм
Рабочий зазор, мм : 0...1,2 мм
Способ установки в металл : Встраиваемый
Максимальный рабочий ток, Imax : 200 мА
Диапазон рабочих напряжений, Uраб. : 10...30 В DC
Падение напряжения при Imax, Ud : ≤1,5 В
Тип контакта / Структура выхода : PNP Замыкающий
Частота переключения, Fmax : 1500 Гц
Диапазон рабочих температур : -25°С...+75°С
Присоединение / Подключение : Соединитель S19, S20
Световая индикация : Есть
Комплексная защита : Нет
Материал корпуса : ЛС59-1
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 : IP67
Кол-во проводов : 3
Коэффициент пульсаций питающего напряжения : ≤15%
Присоединение : Разъемно-штекерное
Схема подключения : 3х проводный
Тип корпуса : Цилиндрический резьбовой

Цена за 1 шт.: По запросу

На складе: 55 шт.

Купить

Технические характеристики

Размер корпуса, ДxШxДл : М18x1x56
Тип корпуса : Цилиндрический резьбовой
Номинальный зазор, мм : 5 мм
Рабочий зазор, мм : 0...4 мм
Способ установки в металл : Встраиваемый
Диапазон рабочих напряжений, Uраб. : 20...250 В AC / 20...320 В DC
Остаточный ток : ≤1,5 мА
Падение напряжения при Iраб., Ud : ≤5 В
Тип контакта / Структура выхода : Размыкающий
Частота переключения, Fmax : ≤400 Гц
Присоединение / Подключение : Кабель 2х0,34 кв. мм
Заземляющий вывод : Нет
Световая индикация : Есть
Комплексная защита : Нет
Материал корпуса : Д16Т
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 : IP67
Диапазон рабочих токов, Iраб. : 5...250 мА
Импульсный ток, Iимп. При t=20 мс : 2A f=0,5 Гц
Кол-во проводов : 2
Присоединение : Кабель
Диапазон рабочих температур : -25°С...+75°С
Схема подключения : 2х проводный

Цена за 1 шт.: По запросу

На складе: 53 шт.

Купить

Технические характеристики

Размер корпуса, ДxШxДл : М12х1х35
Тип корпуса : Цилиндрический резьбовой
Номинальный зазор, мм : 2 мм
Рабочий зазор, мм : 0...1,6 мм
Способ установки в металл : Встраиваемый
Максимальный рабочий ток, Imax : 250 мА
Диапазон рабочих напряжений, Uраб. : 10...30 В DC
Падение напряжения при Imax, Ud : ≤1,5 В
Тип контакта / Структура выхода : NPN Замыкающий
Частота переключения, Fmax : 1000 Гц
Присоединение / Подключение : Соединитель S19, S20
Световая индикация : Есть
Комплексная защита : Нет
Материал корпуса : Д16Т
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 : IP67
Кол-во проводов : 3
Присоединение : Разъемно-штекерное
Диапазон рабочих температур : -25°С...+75°С
Схема подключения : 3х проводный

Цена за 1 шт.: По запросу

На складе: 52 шт.

Купить

Технические характеристики

Размер корпуса, ДxШxДл : М8x1x70
Тип корпуса : Цилиндрический резьбовой
Номинальный зазор, мм : 3 мм
Рабочий зазор, мм : 0...2,4 мм
Способ установки в металл : Встраиваемый
Максимальный рабочий ток, Imax : 200 мА
Диапазон рабочих напряжений, Uраб. : 10...30 В DC
Падение напряжения при Imax, Ud : ≤1,5 В
Тип контакта / Структура выхода : PNP Замыкающий
Частота переключения, Fmax : 1500 Гц
Присоединение / Подключение : Соединитель S19, S20
Световая индикация : Есть
Комплексная защита : Нет
Материал корпуса : ЛС59-1
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 : IP67
Кол-во проводов : 3
Присоединение : Разъемно-штекерное
Диапазон рабочих температур : -10°С...+60°С
Схема подключения : 3х проводный

Цена за 1 шт.: По запросу

На складе: 52 шт.

Купить

Технические характеристики

Размер прямоугольного корпуса, ДлxВxШ : 60х60х40
Тип корпуса : Прямоугольный
Номинальный зазор, мм : 17...42 мм
Рабочий зазор, мм : 0...35 мм
Способ установки в металл : Невстраиваемый
Максимальный рабочий ток, Imax : 400 мА
Диапазон рабочих напряжений, Uраб. : 10...30 В DC
Падение напряжения при Imax, Ud : ≤2,5 В
Тип контакта / Структура выхода : PNP Замыкающий
Частота переключения, Fmax : 100 Гц
Присоединение / Подключение : Соединитель S19, S20
Световая индикация : Есть
Комплексная защита : Есть
Материал корпуса : Полиамид
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 : IP65
Кол-во проводов : 3
Присоединение : Разъемно-штекерное
Диапазон рабочих температур : -45°С...+65°С
Схема подключения : 3х проводный

Цена за 1 шт.: По запросу

На складе: 51 шт.

Купить

Технические характеристики

Диапазон рабочих температур : -20°С...+70°С
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 : IP67
Диапазон рабочих напряжений, Uраб. : 10...30 В DC
Кол-во проводов : 3
Максимальный рабочий ток, Imax : 250 мА
Материал корпуса : Д16Т
Падение напряжения при Imax, Ud : ≤1,5 В
Присоединение / Подключение : Соединитель S19, S20
Световая индикация : Есть
Тип контакта / Структура выхода : NPN Замыкающий
Тип корпуса : Цилиндрический резьбовой
Присоединение : Разъемно-штекерное
Схема подключения : 3х проводный
Комплексная защита : Нет
Способ установки в металл : Встраиваемый
Частота переключения, Fmax : 900 Гц
Размер корпуса, ДxШxДл : М12х1х50
Номинальный зазор, мм : 4 мм
Рабочий зазор, мм : 0...3,2 мм

Цена за 1 шт.: По запросу

На складе: 51 шт.

Купить

Технические характеристики

Диапазон рабочих температур : -25°С...+75°С
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 : IP67
Диапазон рабочих напряжений, Uраб. : 10...30 В DC
Кол-во проводов : 3
Максимальный рабочий ток, Imax : 250 мА
Материал корпуса : Д16Т
Падение напряжения при Imax, Ud : ≤2,5 В
Присоединение / Подключение : Соединитель S19, S20
Световая индикация : Есть
Тип контакта / Структура выхода : PNP Замыкающий
Тип корпуса : Цилиндрический резьбовой
Присоединение : Разъемно-штекерное
Схема подключения : 3х проводный
Комплексная защита : Есть
Способ установки в металл : Встраиваемый
Частота переключения, Fmax : 3000 Гц
Размер корпуса, ДxШxДл : М12х1х70
Номинальный зазор, мм : 4 мм
Рабочий зазор, мм : 0...3,2 мм

Цена за 1 шт.: По запросу

На складе: 48 шт.

Купить

Технические характеристики

Размер прямоугольного корпуса, ДлxВxШ : 60х60х40
Номинальный зазор, мм : 25 мм
Рабочий зазор, мм : 0...20 мм
Способ установки в металл : Невстраиваемый
Максимальный рабочий ток, Imax : 400 мА
Диапазон рабочих напряжений, Uраб. : 10...30 В DC
Падение напряжения при Imax, Ud : ≤2,5 В
Тип контакта / Структура выхода : PNP Замыкающий
Частота переключения, Fmax : 100 Гц
Диапазон рабочих температур : -25°С...+75°С
Присоединение / Подключение : Кабель 3х0,34 кв. мм
Световая индикация : Есть
Комплексная защита : Есть
Материал корпуса : Полиамид
Степень защиты по ГОСТ 14254-96 : IP67
Кол-во проводов : 3
Присоединение : Кабель
Схема подключения : 3х проводный
Тип корпуса : Прямоугольный

Цена за 1 шт.: По запросу

что такое Датчик индуктивный? Индуктивные датчики широко используются для измерения положения и скорости, особенно в неблагоприятных условиях эксплуатации.Однако терминология и методы работы индуктивных датчиков могут вводить многих инженеров в заблуждение. В этой статье Марк Ховард из компании Zettlex объясняет принципы работы и описывает типы существующих датчиков, а также перечисляет их преимущества и недостатки.

Индуктивные датчики положения и скорости бывают самых разнообразных форм, размеров и конструкций. Можно сказать, что все индуктивные датчики работают по принципу работы трансформатора и физическое явление, основанное на переменных электрических токах. Это явление впервые наблюдал Майкл Фарадей в 1830-х годах, когда обнаружил, что первый токопроводящий проводник может «индуцировать» ток во втором проводнике. Открытия Фарадея позволили создать электродвигатели, динамометры и, конечно же, индуктивные датчики положения и скорости. В число таких датчиков входят простые бесконтактные реле, датчики переменной индуктивности и сопротивления, синхронизаторы, резольверы, ротационные датчики перемещения и линейно-регулируемые дифференциальные трансформаторы (RVDT и LVDT).

Различные типы индуктивных датчиков

В простом бесконтактном датчике (иногда называемом бесконтактным реле) при подключении устройства к источнику электропитания в его катушке (цепи, контуре или обмотке) протекает переменный ток. При приближении к катушке проводящего или магнитопроницаемого материала, например стального диска, импеданс катушки изменяется. Превышение порогового значения служит сигналом о наличии объекта. Бесконтактные датчики обычно используются для определения наличия металла, а их выходной сигнал часто используется для управления переключателем. Эти датчики широко используются во многих областях промышленности, где проблематично использовать электрические контакты обычных переключателей, например там, где много грязи или воды. Даже в обычной автомойке используется множество индуктивных бесконтактных датчиков.

Индуктивные датчики переменной индуктивности и сопротивления обычно генерируют электрический сигнал, пропорциональный смещению проводящего или магнитопроницаемого объекта (обычно стального стержня) относительно катушки. Как и в случае с бесконтактными датчиками, импеданс катушки изменяется пропорционально смещению объекта относительно катушки, в которой протекает переменный ток. Такие устройства обычно используются для измерения смещения поршней в цилиндрах, например в пневматических или гидравлических системах. Можно сделать так, чтобы поршень проходил по внешнему диаметру катушки.

Сельсины измеряют индуктивную связь между катушками, когда те движутся относительно друг друга. Сельсины, которые обычно вращаются, необходимо напрямую подключать как к движущейся, так и к неподвижной деталям (обычно называемым ротором и статором). Они обеспечивают чрезвычайно высокую точность измерений и используются в промышленной метрологии, радиолокационных антеннах и телескопах. Сельсины, как известно, сегодня дорогие и используются все реже, так как на смену им приходят (бесщеточные) резольверы. Последние представляют собой еще один вид индуктивных датчиков, но подключаются только к обмоткам статора.

LVDT, RVDT и резольверы измеряют изменение индуктивной связи между катушками, которые обычно называют первичной и вторичной обмотками. Первичная обмотка передает энергию во вторичные, но количество энергии в каждой из вторичных обмоток изменяется пропорционально относительному смещению магнитопроницаемого материала. В LVDT через отверстие обмоток обычно проходит металлический стержень. Как правило, ротор или полюсная деталь вращаются в RVDT или резольвере относительно обмоток, расположенных вокруг ротора. Обычно LVDT и RVDT используются в гидравлических сервоприводах элеронов аэрокосмических аппаратов, а также элементах управления двигателем и топливной системой. Резольверы, в свою очередь, применяются для коммутации бесщеточных электродвигателей.

Существенным преимуществом индуктивных датчиков является то, что связанные схемы обработки сигналов не нужно располагать в непосредственной близости от чувствительных катушек. Это позволяет размещать чувствительные катушки в неблагоприятных условиях эксплуатации, где другие методы измерения (например, магнитные или оптические) невозможны, поскольку для них относительно чувствительная кремниевая электроника должна находиться в точке измерения.

Применение

Индуктивные датчики известны своей надежностью при работе в сложных условиях. Следовательно, часто именно их сразу выбирают тогда, когда необходимо обеспечить безопасность или высокую надежность работы. Такие требования широко распространены в военной, аэрокосмической, железнодорожной и тяжелой промышленности.

Причина солидной репутации датчиков связана с фундаментальными законами физики и принципами работы, которые, как правило, не зависят от:

• подвижных электрических контактов;
• температуры;
• влажности, воды и наличия конденсата;
• посторонних предметов, например грязи, жира, твердых частиц и песка.

Преимущества и недостатки

Особенности конструкции основных элементов управления (катушек обмотки и металлических деталей) обеспечивают чрезвычайную надежность большинства индуктивных датчиков. Учитывая их солидную репутацию, возникает очевидный вопрос: «Почему индуктивные датчики не используются чаще?» Причина в том, что их физическая прочность является одновременно их преимуществом и недостатком. Индуктивные датчики отличаются точностью, надежностью и стабильностью, но при этом являются большими, громоздкими и тяжелыми. Большой расход материала и необходимость тщательной намотки катушек обуславливают дороговизну производства датчиков, особенно высокоточных приборов, требующий прецизионной намотки. Помимо простых бесконтактных датчиков, более сложные индуктивные датчики стоят слишком дорого для использования в широко распространенных коммерческих или промышленных сферах применения.

Другая причина их относительно редкого использования заключается в сложности составления инженерами-конструкторами технических условий. Это связано с тем, что схемы генерации переменного тока и обработки сигналов для каждого датчика необходимо рассчитывать и приобретать отдельно. Для этого обычно требуются глубокие навыки и знания в области аналоговой электроники. Поскольку молодые инженеры стремятся сосредоточиться на цифровой электронике, они рассматривают изучение таких дисциплин как приобретение ненужной квалификации, которую следует избегать.

Индуктивные датчики следующего поколения

Тем не менее, в последние годы на рынке появилось новое поколение индуктивных датчиков , которые пользуются все большей популярностью не только в традиционных сферах, но и в промышленном, автомобильном, медицинском, коммунальном, научном и нефтегазовом секторах. В этих индуктивных датчиках нового поколения используются те же фундаментальные законы физики, что и традиционных устройствах, но в них применяются печатные платы и современная цифровая электроника, а не громоздкие трансформаторные конструкции и аналоговая электроника. Такой элегантный подход также позволяет использовать эти технологии в 2D и 3D-датчиках, линейных устройствах с укороченным (< 1 мм) шагом перемещения, устройствах измерения криволинейной геометрии и высокопрецизионных энкодерах угла поворота.

Индукционные датчики

Индукционные датчики предназначены для преобразования скорости линейных и угловых перемещений в ЭДС. Они относятся к датчикам генераторного типа. Принцип действия индукционных датчиков основан на законе электромагнитной индукции. Выходным сигналом индукционных датчиков является ЭДС, которая пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего витки катушки. Это изменение происходит за счет перемещения катушки в постоянном магнитном поле или за счет вращения ферромагнитного индуктора относительно неподвижной катушки.

Основным отличием индукционных датчиков от индуктивных является то, что в них используется постоянное магнитное поле, а не переменное (питание индуктивных датчиков осуществляется от сети переменного тока). Постоянное магнитное поле в индукционных датчиках создается двумя способами: постоянными магнитами или катушкой, обтекаемой постоянным током.

На рис. 6.19, а показана схема датчика с обмоткой W 2 , размещенной в воздушном зазоре, в котором постоянный магнитный поток Ф создается катушкой W 1 , включенной на постоянное напряжение. При перемещении катушки в магнитном поле в ней индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости перемещения:

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от числа витков W 2 и конструктивных параметров датчика.

На рис. 6.19, б показан датчик, в котором постоянный магнитный поток создается с помощью постоянного магнита с полюсными наконечниками. ЭДС, индуцируемая во вращающейся катушке, пропорциональна скорости вращения Ω:

В обоих этих датчиках катушки подвижны, поэтому для отвода от них выходного сигнала (ЭДС) необходимы гибкие токоподводы или контактные кольца со щетками.

Индукционный датчик может быть выполнен и другой конструкции: с неподвижной катушкой и вращающимся постоянным магнитом (рис. 6.19, в). Надежность при этом повышается за счет отсутствия скользящего контакта. Возможен и другой способ повышения надежности датчика по схеме рис. 6.19, б: и катушка, и постоянный магнит неподвижны, а в зазоре между ними вращается ферромагнитное кольцо с вырезами (рис. 6.19, г) или иной элемент, имеющий существенно разную магнитную проводимость по взаимно перпендикулярным осям. При вращении изменяется поток, пронизывающий плоскость катушки.

В датчиках (рис. 6.19, б, в, г) в качестве выходного сигнала можно использовать частоту ЭДС. Принцип их действия по существу такой же, как у синхронных генераторов. Для измерения частоты вращения используются и специальные электрические машины малой мощности - тахогенераторы.

Тахогенератор постоянного тока имеет обмотку возбуждения, создающую при питании постоянным током магнитный поток Ф. При вращении якоря в нем создается ЭДС, пропорциональная частоте вращения п: Е= кФп, где k - постоянная, определяемая конструкцией.

Частота вращения п обычно выражается в 1/мин (количество оборотов в минуту) и связана со скоростью вращения выражением:

С помощью коллектора и щеток выходной сигнал подается на нагрузку в виде выпрямленного напряжения.

Тахогенератор переменного тока имеет на статоре две обмотки, сдвинутые одна относительно другой на 90 град. Одна обмотка включается в сеть переменного тока. При вращении ротора, выполненного в виде тонкостенного электропроводящего цилиндра, в другой обмотке наводится переменная ЭДС, которая пропорциональна частоте вращения п. Для повышения температурной стабильности в качестве материала полого ротора используется константан.

Тахогенераторы обладают высокой чувствительностью и мощностью выходного сигнала. Общим недостатком всех генераторных датчиков является зависимость выходного сигнала от сопротивления нагрузки.

Индуктивный датчик является очень распространенным устройством, входящим в состав низового оборудования в автоматизированных системах управления производством. Устройства широко применяются в машиностроении, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности.

Наиболее эффективно приборы используются в станках в качестве конечных выключателей, а также в автоматических линиях.

При этом индуктивные датчики реагируют только на металлы, оставаясь нечувствительными к другим материалам. Данное свойство позволяет увеличить защищенность устройств от помех, вводя в их зону чувствительности различные смазки, эмульсии и другие вещества, что не вызовет ложного срабатывания.

Объектами, на которые воздействует индуктивный являются различные металлические детали: кулачки, ползуны, зубья шестеренок. Во многих случаях может применяться прикрепленная к деталям оборудования пластина.

По статистике, из всех используемых датчиков положения более 90 процентов приходится на индуктивные устройства.

Это можно объяснить их отличными эксплуатационными характеристиками, низкой стоимостью и одновременно высокой надежностью, чего нельзя сказать о других приборах.

Бесконтактный выключатель (индуктивный датчик) работает по следующим принципам. Входящий в состав производит электромагнитное поле, которое взаимодействует с объектом. Необходимую длительность сигнала управления и гистерезис при переключении обеспечивает триггер. Усилитель позволяет увеличить до необходимого значения амплитуду сигнала.

Расположенный в датчике световой индикатор обеспечивает оперативность настройки, контроль работоспособности и показывает состояние выключателя. Для защиты от проникновения в устройство воды и твердых частиц используется компаунд. Корпус изделия позволяет монтировать индуктивный и защищает приспособление от механических воздействий. Его изготавливают из полиамида или латуни, комплектуя метизными компонентами.

В процессе работы устройства при подаче напряжения генератора создается переменное магнитное поле, которое располагается перед активной поверхностью выключателя. При попадании в зону чувствительности объекта воздействия происходит снижение качества контура и амплитуды колебаний. В результате происходит срабатывание триггера и изменяется состояние выхода выключателя.

Индуктивный датчик имеет некоторые особенности применения. Он может распознавать различные группы металлов, благодаря отсутствию износа и механического воздействия является долговечным приспособлением. Устройства комплектуют с помощью механизмов защиты от короткого замыкания и перегрузок.

Они имеют стойкость к высокому давлению, впускаются в различных вариантах для применения при высоких (до 150 С o) и низких (от - 60 С о) температурах. Индуктивный датчик обладает устойчивостью к активным химическим средам, может иметь аналоговый или дискретный выход для определения положения относительно устройства объекта воздействия.

Индуктивный датчик - это преобразователь параметрического типа, принцип действия которого основан на изменении индуктивности L или взаимоиндуктивности обмотки с сердечником, вследствие изменения магнитного сопротивления R М магнитной цепи датчика, в которую входит сердечник.

Широкое применение индуктивные датчики находят в промышленности для измерения перемещений и покрывают диапазон от 1мкм до 20мм. Также можно использовать индуктивный датчик для измерения давлений, сил, уровней расхода газа и жидкости и т. д. В этом случае измеряемый параметр с помощью различных чувствительных элементов преобразуется в изменение перемещения и затем эта величина подводится к индуктивному измерительному преобразователю. В случае измерения давлений, чувствительные элементы могут выполняться в виде упругих мембран, сильфонов, и т. д. Используются они и в качестве датчиков приближения, которые служат для обнаружения различных металлических и неметаллических объектов бесконтактным способом по принципу “да” или “нет”.

Возможные области применения датчиков чрезвычайно разнообразны, можно выделить лишь отдельные сферы:

промышленная техника измерения и регулирования,

робототехника,

автомобилестроение,

бытовая техника,

медицинская техника.

Достоинства :

Простота и прочность конструкции, отсутствие скользящих контактов;

Возможность подключения к источникам промышленной частоты;

Относительно большая выходная мощность (до десятков Ватт);

Значительная чувствительность.

Недостатки :

- точность работы зависит от стабильности питающего напряжения по частоте;

Возможна работа только на переменном токе.

Типы преобразователей и их конструктивные особенности

По схеме построения датчики можно разделить на одинарные и дифференциальные. Одинарный датчик содержит одну измерительную ветвь, дифференциальный – две.

Тип датчика		Переменный зазор	Переменная площадь зазора	Соленоидные
Индуктивные	Одинарные
	Дифференциальные
Взаимоиндуктивные	Одинарные
	Дифференциальные

В дифференциальном датчике при изменении измеряемого параметра одновременно изменяются индуктивности двух одинаковых катушек, причем изменение происходит на одну и ту же величину, но с обратным знаком.

Как известно, индуктивность катушки:

,

где W – число витков; Ф – пронизывающий ее магнитный поток; – проходящий по катушке ток. Ток связан с МДС
соотношением:

.

Откуда получаем:

,

где
– магнитное сопротивление преобразователя.

Рассмотрим, например, одинарный индуктивный датчик. В основу его работы положено свойство дросселя с воздушным зазором изменять свою индуктивность при изменении величены воздушного зазора.

Состоит из ярма 1, обмотки 2, якоря 3- удерживается пружинами.

На обмотку 2 через сопротивление нагрузки R н подается напряжение питания переменного тока.

Ток в цепи нагрузки определяется как:

где r д - активное сопротивление дросселя;

L - индуктивность датчика.

Т.к. активное сопротивление цепи величина постоянная, то изменение тока I может происходить только за счет изменения индуктивной составляющей

которая зависит от величены воздушного зазора .

Т.о. , каждому значению  соответствует определенное значение I , создающего падение напряжения на сопротивлении R н:

U вых =IR н -

представляет собой выходной сигнал датчика.

Можно вывести аналитическую зависимость U вых =f(, при условии что зазор достаточно мал и потоками рассеяния можно пренебречь, и пренебречь магнитным сопротивлением железа R мж по сравнению с магнитным сопротвлением воздушного зазора R мв .

Приведем конечное выражение:

В реальных устройствах активное сопротивление цепи намного меньше индуктивного, тогда выражение сводится к виду:

Т.о. зависимость U вых =f(  имеет линейный характер (в первом приближении).

Реальная характеристика имеет вид :

Отклонение от линейности в начале объясняется принятым допущением R мж  R мв .

При малых  магнитное сопротивление железа соизмеримо с магнитным сопротивлением воздуха.

Отклонение при больших  объясняются тем, что при больших  R L становится соизмеримой с величиной активного сопротивления - R н +r д .

В целом рассмотренный датчик имеет ряд существенных недостатков:

Не меняется фаза тока при изменении направления перемещения;

При необходимости измерять в обоих направлениях перемещение нужно устанавливать начальный воздушный зазор и, следовательно, ток I 0 ,что неудобно;

Ток в нагрузке зависит от амплитуды и частоты питающего напряжения;

В процессе работы датчика на якорь действует сила притяжения к магнитопроводу, которая ничем не уравновешивается, и значит вносит погрешность в работу датчика.

Дифференциальные (реверсивные) индуктивные датчики (ДИД)

ДИД представляет собой совокупность двух нереверсивных датчиков и выполняются в виде системы, состоящей из двух магнитопроводов с общим якорем и двумя катушками. Для ДИД необходимы два раздельных источника питания, для чего обычно используется разделительный трансформатор 5.

По форме магнитопровода могут быть ДИД с магнитопроводом Ш- образной формы, набранные из мостов электротехнической стали (при частотах выше 1000Гц применяются железо- никелевые сплавы- пермолой), и цилиндрические- со сплошным магнитопроводом круглого сечения. Выбор формы датчика зависит от конструктивного сочетания его с контролируемым устройством. Применение Ш- образного магнитопровода обусловлено удобством сборки катушки и уменьшением габаритов датчика.

Для питания ДИД используют трансформатор 5 с выводом средней точки на вторичной обмотке. Между ним и общим концом обеих катушек включается прибор 4. Воздушный зазор 0,2-0,5 мм.

При среднем положении якоря, когда воздушные зазоры с обеих? одинаковы, индуктивные сопротивления катушек 3 и 3 одинаковы следовательно величины токов в катушках равныI 1 =I 2 и результирующий ток в приборе равен 0.

При небольшом отклонении якоря в ту или иную сторону под действием контролируемой величены Х меняются величины зазоров и индуктивностей, прибор регистрирует разностный токI 1 -I 2 ,он является функцией смещения якоря от среднего положения. Разность токов обычно регистрируется с помощью магнитоэлектрического прибора 4 (микроамперметра) с выпрямительной схемой В на входе.

Характеристика датчика имеет вид:

Полярность выходного тока остается неизменной независимо от знака изменения полного сопротивления катушек(для схемы Рис.1). При изменении направления отклонения якоря от среднего положения меняется на противоположную (на 180°) фаза тока на выходе датчика. При использовании фазочувствительных выпрямительных схем можно получить индикацию направления перемещения якоря от среднего положения.

Характеристика ДИД с ФЧВ имеет вид:

Погрешность преобразования индуктивного датчика

Информативная способность индуктивного датчика в значитель­ной мере определяется его погрешностью преобразования измеряе­мого параметра. Суммарная погрешность индуктивного датчика складывается из большого числа составляющих погрешностей. Можно выделить следующие погрешности индуктивного датчика:

1) Погрешность от нелинейности характеристики. Мультиплика­тивная составляющая общей погрешности. Из-за принципа индук­тивного преобразования измеряемой величины, лежащего в основе работы индуктивных датчиков, является существенной и в боль­шинстве случаев определяет диапазон измерения датчика. Обязательно подлежит оценке при разработке датчика.

2) Температурная погрешность. Случайная составляющая. Ввиду большого числа зависимых от температуры параметров составных частей датчика составляющая погрешность может достичь больших величин и является существенной. Подлежит оценке при разработке датчика.

3) Погрешность от влияния внешних электромагнитных полей. Случайная составляющая общей погрешности. Возникает из-за индуцирования ЭДС в обмотке датчика внешними полями и из-за изменения магнитных характеристик магнитопровода под действием внешних полей. В произ­водственных помещениях с силовыми электроустановками обнару­живаются магнитные поля с индукцией
Тл и часто­той в основном 50 Гц. Поскольку магнитопроводы индуктивных датчиков работают при индукциях 0,1 – 1 Тл, то доля от внешних полей составит 0,05–0,005% даже в случае отсутствия экранирования. Введение экрана и применение дифференциального датчика снижают эту долю примерно на два порядка. Таким образом, погрешность от влияния внешних полей должна приниматься в рассмотрение только при проектировании датчиков малой чувствительности и с невозможностью достаточной экрани­ровки. В большинстве случаев эта составляющая погрешности не является существенной.

4) Погрешность от магнитоупругого эффекта. Возникает из-за нестабильности деформаций магнитопровода при сборке датчика (аддитивная составляющая) и из-за изменения деформаций в про­цессе эксплуатации датчика (случайная составляющая). Расчеты с учетом наличия зазоров в магнитопроводе показывают, что влияние неста­бильности механических напряжений в магнитопроводе вызывает нестабильность выходного сигнала датчика порядка
, и в большинстве случаев эта составляющая может специально не учитываться.

5) Погрешность от тензометрического эффекта обмотки. Случай­ная составляющая. При намотке катушки датчика в проводе созда­ются механические напряжения. Изменение этих механических напряжений в процессе эксплуатации датчика ведет к изменению сопротивления катушки постоянному току и, следовательно, к из­менению выходного сигнала датчика. Обычно для правильно спроектированных датчиков , т. е. эту составляющую не следует специально учитывать.

6) Погрешность от соединительного кабеля. Возникает из-за нестабильности электрического сопротивления кабеля под действи­ем температуры или деформаций и из-за наводок ЭДС в кабеле под действием внешних полей. Является случайной составляющей погрешности. При нестабильности собственного сопротивления ка­беля погрешность выходного сигнала датчика
. Длина соединительных кабелей составляет 1–3 м и редко больше. При выполнении кабеля из медного провода сечением
сопротивление кабеля менее 0,9 Ом, нестабильность сопротивления
. Поскольку полное сопротивление датчика обычно больше 100 Ом, погрешность выходного сигнала датчика может составить величину
. Следовательно, для датчиков, имеющих малое сопротивление в рабочем режиме, погрешность следует оце­нивать. В остальных случаях она не является существенной.

7) Конструктивные погрешности. Возникают под действием сле­дующих причин: влияние измерительного усилия на деформации деталей датчика (аддитивная), влияние перепада измерительного усилия на нестабильность деформаций (мультипликативная), влия­ние направляющих измерительного стержня на передачу измери­тельного импульса (мультипликативная), нестабильность передачи измерительного импульса вследствие зазоров и люфтов подвижных частей (случайная). Конструктивные погрешности в первую очередь определяются недостатками в конструкции механических элемен­тов датчика и не являются специфическими для индуктивных дат­чиков. Оценка этих погрешностей производится по известным спо­собам оценки погрешностей кинематических передач измерительных устройств.

8) Технологические погрешности. Возникают вследствие техно­логических отклонений взаимного положения деталей датчика (ад­дитивная), разброса параметров деталей и обмоток при изготов­лении (аддитивная), влияния технологических зазоров и натягов в соединении деталей и в направляющих (случайная).

Технологи­ческие погрешности изготовления механических элементов конструк­ции датчика также не являются специфическими для индуктивного датчика, их оценка производится обычными для механических измерительных устройств способами. Погрешности изготовления магнитопровода и катушек датчика ведут к разбросу параметров датчиков и к затруднениям, возни­кающим при обеспечении взаимозаменяемости последних.

9) Погрешность от старения датчика. Эта составляющая погреш­ности вызывается, во-первых, износом подвижных элементов кон­струкции датчика и, во-вторых, изменением во времени электро­магнитных характеристик магнитопровода датчика. Погрешность следует рассматривать как случайную. При оценке погрешности от износа во внимание принимается кинематический расчет механизма датчика в каждом конкретном случае. На стадии конструирования датчика в этом случае целе­сообразно задавать срок службы датчика в нормальных для него условиях эксплуатации, за время которого дополнительная погреш­ность от износа не превысит заданной величины.

Электромагнитные свойства материалов изменяются во времени.

В большинстве случаев выраженные про­цессы изменения электромагнитных характеристик заканчиваются в течение первых 200 часов после термообработки и размагничивания магнитопровода. В дальнейшем они остаются практически посто­янными и не играют существенной роли в общей погрешности дат­чика.

Проведенное выше рассмотрение составляющих погрешности индуктивного датчика дает возможность оценить их роль в форми­ровании общей погрешности датчика. В большинстве случаев опре­деляющими являются погрешность от нелинейности характеристики и температурная погрешность преобразователя.

Расчет индуктивных датчиков перемещений

Целью расчета индуктивного измерительного преобразователя является определение его конструктивных параметров по заданным метрологическим характеристикам или расчет метрологических ха­рактеристик данной конструкции индуктивного измерительного пре­образователя.

Эти расчеты связаны с теорией электромагнитных це­пей. Основными метрологическими характеристиками индуктивного измерительного преобразователя являются:

1) диапазон измерения с допустимой погрешностью
;

2) чувствительность преобразования (относительная)
;

3) погрешность преобразования (относительная) .

В качестве конструктивных параметров индуктивного преобра­зователя, определяющих его метрологические характеристики, не­обходимо учитывать геометрические размеры магнитопровода и его материал, геометрические размеры и число витков катушки преоб­разователя.

С точки зрения расчета индуктивные измерительные преобразо­ватели можно разделить на три вида: преобразователи с переменной длиной немагнитных зазоров в магнитопроводе, преобразователи с переменной площадью немагнитных зазоров в магнитопроводе и соленоидные преобра­зователи.

Выходной величиной индуктивного измерительного преобразователя является его полное сопротивление, модуль которого определяется зависимостью
, где
– добротность преобразователя.

Индуктивность преобразователя в первую очередь зависит от конструктивных параметров преобразователя и электромагнитных характеристик его элементов (в рабочем диапазоне частот). Величиныисущественно зависят ещё и от режима работы преобразователя и, в частности, от частоты. В связи с этим модуль полного сопротивления преобразователябудет определенной величиной только для фиксированного режима работы преобразователя.

С другой стороны, характерной особенностью добротности является слабая зависимость этой величины (в рабочем диапазоне режимов преобразователя) от режима работы преобразователя и входной величины.

Приведенные рассуждения показывают целесообразность применения для характеристики индуктивного измерительного преобразователя двух достаточно стабильных величин и.

При этом с небольшой погрешностью результата в практических случаях можно принять
и вместо зависимости
рассматривать зависимость
, приняв последнюю в качестве функции преобразования индуктивного измерительного преобразователя.

Применяемые методы расчета индуктивных преобразователей базируются на теории магнитных цепей с зазорами. Исходными являются следующие расчетные соотношения: магнитный поток в магнитопроводе
, где
– намагничивающая сила обмотки преобразователя,– магнитное комплексное сопротивление магнитопроводов и зазоров;

индуктивность преобразователя
, где
– число витков обмотки преобразователя.

Решение задачи сводится к определению магнитного сопротивления магнитной цепи. Последнее складывается из магнитного сопротивления ферромагнитных и немагнитных участков цепи
, где,
– полное активное магнитное сопротивление и полное реактивное магнитное сопротивление.

Для нахождения и
предлагаются следующие соотношения:

;
,

где
,
– удельное активное и реактивное магнитные сопротивления,,– длина и площадь сечения однородных участков магнитопровода.

Удельное активное сопротивление
учитывает магнитные свойства вещества магнитопровода и определяется из соотношения

.

Удельное реактивное магнитное сопротивление
учитывает потери в магнитопроводе, в первую очередь от вихревых токов, в значительной мере определяется не только материалом магнитопровода, но и его конструкцией. При слабо выраженном поверхностном эффекте в магнитопроводе преобразователя допустимо при расчете принимать
. С учетом сказанного при практических расчетах часто принимают

, где,– длина и площадь сечения немагнитных зазоров.

Схемы включения индуктивных датчиков

Схема включения индуктивного датчика перемещений осущест­вляет его согласование с электрическим вторичным измерительным преобразователем и преобразует изменение полного сопротивления датчика в изменение электрического тока или напряжения. Электри­ческие вторичные измерительные преобразователи индуктивных из­мерительных устройств являются общими для самых разнообраз­ных электрических устройств, предназначенных для измерения раз­личных неэлектрических величин.

В любую схему включения индуктивный датчик размера мо­жет входить либо непосредственно, либо в составе резонансного контура параллельного или последовательного. Применение вклю­чения датчика в резонансный контур позволяет в ряде случаев по­высить чувствительность измерения и улучшить линейность харак­теристики датчика. С этой точки зрения все схемы включения - ин­дуктивных датчиков можно разделить на безрезонансные, в кото­рых индуктивный датчик включен в схему непосредственно, и резо­нансные, в которых индуктивный датчик входит в схему в составе колебательного контура.

Независимо от предыдущего деления применяют следующие типы схем включения индуктивных датчиков:

последовательную (схема генератора тока);

схему делителя напряжения;

мостовую;

частотную;

трансформаторную.

Применяемый тип схемы зависит от того, какой датчик при­меняется - индуктивный или взаимоиндуктивный. Кроме того, вид схемы одного и того же типа изменяется при включении простого и дифференциального датчика.

Последовательные схемы включения

В

Рисунок 4.8.1.1

арианты последователь­ных схем показаны на рисунке 4.8.1.1. Индуктивный датчикпитается переменным напряжением. Величина тока в датчике при по­стоянной величине питающего напряжения будет зависеть от его сопротивления:
, где
– круговая частота питания схемы,
– добротность датчика,– сопротивление потерь датчика,– частота питающего датчик тока.

Чувствительность преобразования последовательной схемы

.

Изменение тока (выходной сигнал) при изменении полного со­противления датчика

,

где
– коэффициент преобразования схемы включения.

Схема чувствительна к изменению напряжения питания и частоты питающего тока Используя простую последовательную схему включения индук­тивного датчика, нельзя получить высокую чувствительность и точ­ность измерений.

Последовательная схема может быть безрезонансной и резонансной (см. 4.8.1.1 в). В резонансной схеме ток в цепи будет определяться сопротивлением резонансного контура, состоящего из индуктивности датчика и конденсатора. При измененииэто сопротивление меняется, вызывая изменение тока.

Если частота питающего напряжения совпадает с собствен­ной частотой колебательного контура
, то сопротивление последовательного колебательного контура мини­мально, а параллельного – максимально. При изменении индуктивности датчика равенство частот будет нарушено, и сопротивление

последовательного контура будет увеличиваться, а па­раллельного – уменьшаться. Соответствующим образом будет из­меняться и ток в цепи. Чувствительность резонансной последова­тельной схемы в несколько раз выше чувствительности безрезонанс­ной последовательной схемы.

Вариант последовательной схемы для включения дифференци­ального датчика показан на рисунке 4.8.1.2. Каждая половина датчикаипитается переменным током с напряжением. При из­менении измеряемого размера одна индуктивность уменьшается, а другая увеличивается на одну и ту же величину. Соответствующим образом изменяются токи в цепях обмоток датчиков. Эти токи ивыпрямляются диодами
и
и во встречной полярности протекают через измеритель токаА. Измеритель тока будет показывать разницу токов в цепях обмоток и
. При равенстве полных сопротивлений
токи в их цепях будут равны, и амперметрА покажет нуль. При измене­нии измеряемого размера равенство сопротивлений нарушится, и показания амперметра будут отличаться от нуля.

Направление тока через амперметр будет зависеть от того, в цепи какой катушки илиток в данный момент больше.

Такие схемы включения дифференциальных индуктивных дат­чиков, которые реагируют не только на величину смещения изме­рительного стержня из нулевого положения, но и на направление смещения, называют фазочувствительными.

Схемы делителей напряжения

При включении по схеме дели­теля напряжения датчик включается в цепь последова­тельно с некоторым постоянным сопротивлением , которое в об­щем виде может быть комплексным. Добавочным сопротивлением может служить, например, резистор, индуктивность или емкость (см. рис. 4.8.2.1). При питании цепи переменным напряжением, напряжение на дат­чике, измеряемое вольтметромV того или иного типа, будет зави­сеть от полного сопротивления датчика. Если соблюдается условие
, то

,

откуда следует, что напряжение на датчике прямо пропорционально величине его индуктивности.

Чувствительность по напряжению схемы

.

Выходной сигнал схемы включения при изменении полного со­противления датчика

С другой стороны, выходное напряжение схемы делителя напря­жения зависит также от величины напряжения питания и час­тоты питающего тока. Нетрудно убедиться, что
и
; следовательно, стабильность источника питания по часто­те и напряжению определяет погрешность преобразования измери­тельного сигнала схемой делителя напряжения.

Включение дифференциального датчика в схему делителя напря­жения показано на рисунке 4.8.2.2. Обмот­ки датчика иобразуют делитель напряжения, питаемый переменным током.

При изменении индуктивностей обмоток будет из­меняться их полное сопротивление и падение напряжения на обмотках. Это падение напряжения выпрям­ляется диодами
и
. Конден­саторы и служат для сгла­живания пульсаций выпрямленного напряжения, а резисторы ,,являются сопротивлениями на­грузки для выпрямителей.

Показывающий вольтметр V подключен к одноименным полюсам выпрямителей. В этом случае он будет пока­зывать разницу напряжений на обмотках датчика и. Когда индуктивности обмоток равны, равны и их полные сопротивления и падения напряжения на них. Вольтметр при этом покажет нуль. Ре­гулировка нулевых показаний вольтметра при настройке может осу­ществляться переменным резистором.

Мостовые схемы

Весьма широкое распространение для вклю­чения индуктивных датчиков нашла мостовая схема включения в различных вариантах (см. рис. 4.8.3.1). Общий вид мостовых схем включения недиф­ференциального индуктивного датчика показан на рисунке. Если соблюдается условие

где– фазовый угол соответствующего комплексного сопротив­ления, то выходное напряжениеравно нулю, и мост в этом слу­чае сбалансирован или уравновешен. Условие равновесия мостовой схемы формулируется следующим образом: «для равновесия мос­товой схемы необходимо, чтобы произведения модулей комплексных сопротивлений накрест лежащих плеч моста, а также суммы их углов фазовых сдвигов были равны между собой». При изменении индуктивности датчика условие равновесия мос­та нарушается, и выходное напряжение моста пропорционально из­менению индуктивности.

Плечи мостовой схемы в общем случае являются комплексными сопротивлениями и в конкретных схемах включения могут быть реа­лизованы включением резисторов, индуктивностей или емкостей. Пример реализации мостовой схемы приведен на рисунке 4.8.3.1 б). Одним плечом моста является индуктивность датчика , второе плечо – компенсационная индуктивность, третье и четвертое – образова­ны резисторами ,и. Для резисторов фазовый угол
. Для индуктивностей
. В связи с этим удается обеспечить усло­вие равновесия мостовой схемы. Балансировка мостовой схемы для определенного значенияпри настройке осуществляется резисто­ром или изменением компенсационной индуктивности .

Мостовые схемы с компенсационной индуктивностью не всегда удобны при практическом исполнении. В этом отношении проще схемы на резистивно-емкостных элементах (см. рис. 4.8.3.1 в). Конденса­тор введен в схему для того, чтобы можно было обеспечить ра­венство сумм фазовых углов накрест лежащих плеч моста. Регу­лировкой резистора устанавливается требуемый угол фазового сдвига плеча, составленного резисторами , , частично и конденсатором и накрест лежащего по отношению к плечу с . Регулировкой резистора добиваются выполнения условия равен­ства произведений модулей сопротивлений накрест лежащих плеч. Таким образом оба регулировочных элемента и одновремен­но используются для балансировки мостовой схемы.

Мостовая схема используется и для включения дифференци­альных датчиков. В схеме на рисунке 4.8.3.2 а) два плеча моста образованы индуктивностями обмоток дифференциального датчика, а два других резисторами ,и. Поскольку катушки датчика имеют одинаковую конструкцию и одинаковые параметры, то для них углы фазовых сдвигов близки, и второе условие равновесия мостовой схемы обеспечивается автоматически.

Для балансировки мостовой схемы при неравных значениях индуктивностей ив процессе настройки служит резистор, которым добиваются выполнения первого условия равновесия мостовой схемы.

Вмостовой схеме, приведенной на рисунке 4.8.3.2 б), плечами моста являются индуктивности датчика и, а также обмотки тран­сформатора
и резистор . В этой схеме указатель подключен к измерительной диагонали моста через трансформатор
. Такое включение позволяет наилучшим образом согласовать между со­бой выходное сопротивление мостовой схемы и сопротивление из­мерителя для получения наибольшей чувствительности.

Резистор служит для балансировки мостовой схемы при настройке.

На рисунке 4.8.3.2 в), в приведена схема, аналогичная показанной на рисунке 4.8.3.2 а), а, но в данном случае изменено назначение диагоналей моста.

Все рассмотренные мостовые схемы работают в режиме неурав­новешенного моста, при котором изменение индуктивности датчика размера ведет к пропорциональному изменению выходного напря­жения на измерительной диагонали моста.

Выходное напряжение мостовой неуравновешенной схемы

,

где
– относительное изменение полного сопротивления одного плеча (обмотки датчика) мостовой схемы;– коэффициент пре­образования мостовой схемы (плечевой коэффициент).

Величина определяется соотношением углов фазовых сдви­гов комплексных сопротивлений смежных плеч.

Фазовые соотношения смежных плеч моста:

а – синфазные, б – квадратурные, в – противофазные.

С этой точки зрения мостовые схемы разделяются на

Для включения индуктивных датчиков размера на практике применяются только синфазные и квадратурные мостовые схемы, и, следовательно,
.

Выражение записано для модуля выходного напряжения без учета фазового сдвига. Из этого выражения нетрудно видеть, что стабильность выходного напряжения
зависит от стабиль­ности напряжения питания и частоты питания (в последнем случае при изменении частоты изменяется). При этом

,
.

Поскольку в общем виде первое условие равновесия мостовой схемы переменного тока можно записать

,

то функция преобразования уравновешенной мостовой схемы (при одном уравновешивающем плече ) будет иметь вид

и
.

При включении в мостовую схему дифференциального индуктив­ного датчика в выражения и следует подставлять ве­личину
, где
– относительное изменение полного сопро­тивления обмотки половины дифференциального датчика при вход­ном измеряемом перемещении
.

Частотная схема включения

Для преобразования индуктивно­сти датчика в частоту переменного тока применяют генераторные схемы (см. рис. 4.8.4). Основой генераторной схемы является колебатель­ный контур, составленный индуктивностью датчикаи постоян­ной емкостью.

Контур включен в схему электронного генера­тора Г, который генерирует переменное напряжение с частотой, рав­ной собственной частоте колебательного контура.

При изменении индуктивности датчика изменяется частота на выходе генератора, измеряемая частотомером. Частота генератора зависит в основном от индуктивности датчика и не зависит от его сопротивления по­терь (это верно только в первом приближении). Поскольку сопро­тивление потерь датчика обычно в большой степени зависит от различных внешних факторов, то избавление от его влияния на ре­зультаты измерения повышает точность измерений.

Генераторная схема может применяться для включения, как не­дифференциальных датчиков, так и дифференциальных. В последнем случае имеется два колебательных кон­тура, составленных каждой обмоткой датчика и конденсаторами и, и два генератора Г1 и Г2. Частоты с обоих генераторов ипоступают на смеситель, который выделяет разностную частоту. Эта разностная частота, в свою очередь, измеряется частотомером. Подбором емкостейи генераторы настраиваются так, чтобы в одном из крайних положений измерительного стержня дат­чика выполнялось условие
и
. Тогда показания часто­томера будут пропорциональны величине смещения измерительного стержня из крайнего положения.

Чувствительность преобразования частотной схемы включения

и относительная чувствительность

.

Сравнение чувствительности преобразования частотной схемы с чувствительностью других описанных схем показывает, что ее отно­сительная чувствительность в 2 раза ниже, как это следует из фор­мулы.

Трансформаторная схема включения

Взаимоиндуктивные дат­чики включаются по трансформаторной схеме. Трансфор­маторная схема включения недифференциального взаимоиндуктив­ного датчика показана па рисунке 4.8.5. Одна обмотка датчика пи­тается переменным напряжением постоянной величины . За счет магнитной связи между обмотками во второй обмотке наводится ЭДС, которая измеряется соответствующим вольтметром.

Изменение измеряемого размера приводит к изменению связи между обмотками и к изменению ЭДС на вторичной обмотке. Таким образом, ЭДС на выходе вторичной обмотки будет зависеть от из­меряемого размера.

Напряжение на вторичной обмотке
,

где
– взаимная индуктивность первичной и вторичной обмоток; – индуктивность первичной обмотки.

Если принять, что взаимная индуктивность М остается посто­янной, то выходной сигнал схемы включения

,

где
;
.

Последнее выражение справедливо при отсутствии нагрузки в цепи вторичной обмотки. Для цепи питания в этом случае нагрузкой является в основном полное сопротивление первичной обмотки.

Дифференциальная трансформаторная схема от­личается наличием двух вторичных обмоток у датчика. Измеритель­ный вольтметр в этом случае измеряет разность напряжений на обмотках.

Трансформаторная схема включения индуктивных датчиков весьма проста и практически не требует каких-либо дополнительных элементов. Однако конструкция датчика при этом усложняется, появляется потребность в нескольких обмотках и соответствующем количестве соединительных проводов.

← Вернуться