Электромагнитные преобразователи. 
Основы функционирования систем сервиса. В 2 ч. Часть 1

Индуктивные и взаимоиндуктивные (трансформаторные) преобразователи.

Индуктивный преобразователь представляет собой катушку индуктивности, а трансформаторный — катушку взаимоиндуктивности, параметры которой изменяются под воздействием входной величины.

В первом приближении, если пренебречь активным сопротивлением катушки и магнитным сопротивлением магнитопровода, индуктивность одной катушки (рис. 10.4) можно выразить следующим образом:

где w₁ — число витков катушки; К_б — магнитное сопротивление воздушного зазора; 8 — длина воздушного зазора; р₀ — магнитная постоянная, равная 4тс-10~⁷ Гн/м; s — площадь поперечного сечения воздушного участка магнитопровода.

Коэффициент взаимоиндуктивности обмоток, расположенных на одном и том же магнитопроводе (рис. 10.4), определяется по формуле.

где w₁hw₂ — числа витков первой и второй катушек.

Приведенные соотношения показывают, что коэффициенты самоиндукции и взаимоиндукции можно изменять, воздействуя, например, на длину воздушного зазора магнитопровода 8 и сечение воздушного участка магнитопровода s.

Рис. 10.4. Магнитопровод с зазором и двумя обмотками.

На рис. 10.5 схематически показаны индуктивные и трансформаторный преобразователи.

Одинарный индуктивный преобразователь (рис. 10.5, а) представляет собой электромагнит, включающий магнитопровод 1 с обмоткой 2 и подвижным якорем 3, перемещающимся под действием измеряемой величины х. Изменение длины воздушного зазора 8 приводит к изменению индуктивности обмотки L. Зависимость L = F (8) нелинейная. Такой преобразователь обычно применяется при перемещениях якоря на 0,01—5,0 мм.

Якорь в одинарном индуктивном преобразователе испытывает усилие притяжения со стороны электромагнита. Этот недостаток в значительной мере устранен в индуктивных дифференциальных преобразователях (рис. 10.5, б), у которых с перемещением якоря увеличивается индуктивность одной катушки и уменьшается индуктивность другой. Силы притяжения, действующие на якорь со стороны двух электромагнитов, приблизительно равны и взаимно уравновешиваются.

Дифференциальный преобразователь имеет более высокую чувствительность, чем обычный, меньшую нелинейность преобразования и меньшую погрешность. Дифференциальный преобразователь обычно включают в два смежных плеча мостовой цепи.

В дифференциальных трансформаторных преобразователях (рис. 10.5, в) две секции первичной обмотки, через которую пропускается переменный ток /, включены согласно, а две секции вторичной — встречно. При симметричном положении якоря относительно электромагнитов ЭДС на выходных зажимах равна нулю. Перемещение якоря вызывает сигнал АЕ = F (x). Выходное напряжение преобразователя усиливают и измеряют прибором переменного тока.

Выходной сигнал индуктивных и трансформаторных преобразователей обладает значительной мощностью. Преобразователи просты по конструкции и надежны в работе.

Основные параметры индуктивных преобразователей:

• • зона чувствительности;
• • частота срабатывания;
• • напряжение питания.

Рис. 10.5. Индуктивные и трансформаторный преобразователи:

а — одинарный индуктивный (I — магнитопровод; 2 — катушка;

3 — якорь); б — дифференциальный индуктивный; в — дифференциальный трансформаторный Примеры обозначений индуктивных преобразователей: NBB5, 18GK50, RC15.

Индуктивные и трансформаторные преобразователи позволяют измерять перемещения от нескольких микрон до десятков сантиметров. Они применяются в микрометрах, толщиномерах, уровнемерах, а также в приборах для измерения усилий, давлений, крутящих моментов и других величин, которые могут быть преобразованы в перемещение.

Индукционные преобразователи. В индукционных преобразователях: используется закон электромагнитной индукции, согласно которому ЭДС е, индуцированная в катушке из w витков, равна:

где бФ/dt — скорость изменения магнитного потока, сцепленного с катушкой.

Индукционные преобразователи применяются для измерения скорости линейных и угловых перемещений.

Выходной сигнал индукционных преобразователей может быть проинтегрирован или продифференцирован по времени с помощью электрических интегрирующих или дифференцирующих устройств. После этих преобразований сигнал становится пропорциональным соответственно перемещению или ускорению. Поэтому индукционные преобразователи используются также для измерения линейных и угловых перемещений.

На рис. 10.6 приведено устройство индукционного преобразователя для измерения скорости линейного перемещения, а также амплитуды перемещения и ускорения. Преобразователь представляет собой цилиндрическую катушку 1, перемещающуюся в кольце зазора магнитопровода 2. Цилиндрический постоянный магнит 3 создает в кольцевом зазоре постоянное радиальное магнитное поле. Катушка при перемещении пересекает силовые линии магнитного поля, и в ней возникает ЭДС, пропорциональная скорости перемещения.

Наибольшее применение индукционные преобразователи получили в приборах для измерения частоты вращения (тахометрах) и в приборах для измерения параметров вибраций — виброметрах и акселерометрах.

Индукционные преобразователи для тахометров представляют собой небольшие (1—100 Вт) генераторы постоянного или переменного тока обычно с независимым возбуждением от постоянного магнита, ротор которых механически связан с валом. При использовании генератора постоянного тока о скорости вращения вала судят по величине ЭДС генератора, а в случае применения генератора переменного тока скорость можно определить как по величине ЭДС, так и по ее частоте.

Рис. 10.6. Устройство индукционного преобразователя:

1 — катушка; 2 — магнитопровод; 3 — постоянный магнит Примеры обозначений индукционных преобразователей: ИПДУ-ДЗ, ИПРЭ-3−32.

Достоинства индукционных преобразователей заключаются в сравнительной простоте конструкции и высокой чувствительности.