Индукционные преобразователи

Индукционные преобразователи в качестве естественной входной величины   имеют скорость механического перемещения и поэтому непосредственно могут применяться только в приборах для измерения скорости линейных или угловых перемещений.

Примерами подобного использования индукционных преобразователей являются датчики приборов для измерения скорости вращения валов (тахометры), представляющие собой небольшие генераторы постоянного тока, а также датчики для измерения вибраций, т. е. приборов для измерения переменных во времени линейных и угловых перемещений и ускорений. Так как выходное напряжение индукционных преобразователей пропорционально скорости вибраций подвижной части, то для получения напряжения, пропорционального пути (амплитуде пульсаций) или ускорению, выходное напряжение индукционного преобразователя подвергается интегрированию или дифференцированию с помощью интегрирующих или дифференцирующих цепей или усилителей.

Подпись:   Рис. 7.6 Индукционный преобразо-ватель с линейным перемещением катушки По принципу действия индукционные преобразователи можно подразделить на две группы. В преобразователях первой группы магнитное сопротивление на пути постоянного магнитного потока остается неизменным, а индуктированная ЭДС наводится в катушке благодаря линейным (рис. 7.6) или угловым колебаниям катушки в зазоре магнита. При этом в некоторых конструкциях катушка выполняется неподвижной, а перемещается магнит. В преобразователях второй группы как постоянный магнит, так и катушка неподвижны, а индуктированная ЭДС наводится путем изменения магнитного потока вследствие колебаний полного магнитного сопротивления магнитной цепи, создаваемых чаще всего изменением воздушного зазора в этой цепи.

Основы расчета индукционных преобразователей. В преобразователях первой группы магнитный поток остается неизменным, и расчет магнитной цепи и ЭДС преобразователя производится обычными приемами расчета постоянных магнитов.

В преобразователях второй группы необходимо учитывать переменную составляющую магнитного потока, обусловленную изменением во времени магнитного сопротивления потоку, а также влияние поверхностного эффекта на ее распределение.

Если наибольшее изменение магнитного потока равно

,

где F – магнитодвижущая сила магнита, а Rм и – крайние значения магнитного сопротивления, то амплитуда и действующее значение переменной составляющей потока (при синусоидальном его изменении) равны соответственно

;      ;      .

Некоторое распространение имеют также индукционные преобразователи, в которых магнитное поле возбуждается электромагнитами (а не постоянными магнитами).

Для повышения чувствительности преобразователя выгоднее применять катушки с большим числом витков, поскольку индуктированная ЭДС прямо пропорциональна числу витков.

Однако при увеличении числа витков необходимо учитывать следующие обстоятельства:

1) Увеличить число витков при том же общем сечении катушки можно только за счет уменьшения диаметра провода, следовательно, за счет резкого увеличения (с квадратом числа витков) ее сопротивления. При работе на указатель конечного сопротивления R чувствительность возрастает только до тех пор, пока сопротивление катушки не достигнет значения R. При дальнейшем увеличении числа витков чувствительность падает.

2) Увеличение числа витков при неизменном диаметре провода вызывает увеличение толщины катушки и требует (см. рис. 7.6) соответствующего увеличения воздушного зазора магнитной системы, что при больших зазорах приводит к падению   величины индукции. Поэтому оптимальное число витков может быть найдено только путем ряда расчетов для различных чисел витков и соответствующих зазоров.

3) При расчете катушки необходимо учитывать реакцию поля катушки. Ток в катушке должен быть достаточно мал, чтобы индукция поля катушки, определяемая МДС катушки, была значительно меньше индукции постоянного поля в зазоре, обусловленной постоянным магнитом.

При проектировании индукционного преобразователя большое внимание следует уделить получению линейной зависимости индуктированной ЭДС от амплитуды перемещения катушки.

Линейность преобразования для преобразователей первой группы зависит как от размеров катушки, так и от ее положения относительно полюсных наконечников. Так, в преобразователе, показанном на рис. 7.6, преобразование будет линейным, если расположить катушку вдоль рабочего зазора по оси полюсных наконечников, а ее длину выбрать такой, чтобы даже при максимальной амплитуде перемещений катушка не выходила из рабочего зазора, точнее из области равномерного магнитного поля.

При этом размеры катушки и число витков в ней будут малыми, следовательно, будет мала и чувствительность преобразователя.

Линейность преобразования в преобразователе (рис. 7.6) может быть получена и при длине катушки, большей, чем толщина полюсных наконечников. Для этого длину катушки и ее положение нужно выбрать таким, чтобы при отклонениях катушки в пределах измеряемых амплитуд колебаний магнитная индукция в месте нахождения одного конца катушки была такой же, как и в месте нахождения другого конца катушки.

Практически полного совпадения магнитных индукций в местах нахождения концов катушки при ее перемещении получить не удается. Поэтому в преобразователе с катушкой, выходящей за пределы рабочего зазора, будет погрешность от нелинейности. Однако при рациональном выборе конфигурации магнитной цепи, размеров и положения катушки эта погрешность не превышает 0,5…1,0 о/о. Вместе с тем, увеличение размеров катушки позволяет более полно использовать магнитный поток преобразователя и получить значительный выигрыш в величине индуктированной ЭДС.

У преобразователей второй группы вследствие изменения полного магнитного потока линейность преобразования зависит от магнитных характеристик ферромагнитных материалов, из которых выполнена магнитная цепь. Поскольку эти характеристики обычно нелинейны, преобразователи второй группы имеют большую погрешность от нелинейности и чаще всего используются как частотные.

Adblock
detector