Индуктивные датчики

Направление тока через амперметр  будет зависеть от того, в цепи какой  катушки L_Д ' или L_Д " ток 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 L_Д включается в цепь последовательно с некоторым постоянным сопротивлением Z, которое в общем виде может быть комплексным. Добавочным сопротивлением может служить, например, резистор, индуктивность или емкость. При питании цепи переменным напряжением, напряжение на датчике, измеряемое вольтметром V того или иного типа, будет зависеть от полного сопротивления датчика. Если соблюдается условие Z » ωL_Д, то

напряжение на датчике прямо  пропорционально величине его индуктивности.

С другой стороны, выходное напряжение схемы делителя напряжения зависит также от величины напряжения питания U_п и частоты питающего тока f. Следовательно, стабильность источника питания по частоте и напряжению определяет погрешность преобразования измерительного сигнала схемой делителя напряжения.

Рис.5. Схемы делителя напряжения.

 

Резонансная схема делителя показана на рис.5 б и в. Работа этой схемы аналогична работе обычной схемы делителя с учетом свойств резонансного контура, описанных при рассмотрении последовательной резонансной схемы.

Включение дифференциального датчика в схему делителя напряжения показано на рис.6:

Рис.6. Включение в схему делителя напряжения дифференциального датчика.

 

Обмотки датчика  L_Д^’ и L_Д ^‘’ образуют делитель   напряжения,   питаемый

переменным током. При изменении индуктивностей обмоток будет изменяться их полное сопротивление и падение напряжения на обмотках. Это падение напряжения выпрямляется диодами D1 и D2. Конденсаторы С1 и С2 служат для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, а резисторы R1, R2, RЗ являются сопротивлениями нагрузки для выпрямителей. Показывающий вольтметр V подключен к одноименным полюсам выпрямителей. В этом случае он будет показывать разницу напряжений на обмотках датчика L_Д^’ и L_Д ^‘’. 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 R2.

 

Мостовые схемы. Весьма широкое распространение для включения индуктивных датчиков нашла мостовая схема включения в различных вариантах. Общий вид мостовых схем включения недифференциального индуктивного датчика показан на рис.7:

Рис.7. Мостовые схемы включения.

 

  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.

Эти мостовые схемы работают в режиме неуравновешенного моста, при котором изменение индуктивности датчика размера ведет к пропорциональному изменению выходного напряжения на измерительной диагонали моста. Для включения датчиков применяют также мостовые схемы, работающие в режиме уравновешенного моста (рис.8):

Рис.8. Схема с уравновешенным мостом.

Напряжение с измерительной  диагонали в такой мостовой схеме подается на усилитель У, на выходе которого включен реверсивный двигатель РД. При сбалансированной мостовой схеме напряжение на ее измерительной диагонали равно нулю, и двигатель неподвижен. При изменении индуктивностей датчика происходит разбаланс мостовой схемы, усиленное напряжение разбаланса подается на двигатель и заставляет его вращаться. Вал двигателя кинематически связан с движком резистора R2 и при вращении восстанавливает балансировку моста. Как только мост уравновесится, напряжение на его измерительной диагонали станет равным нулю и двигатель остановится. Чем больше изменение индуктивности датчика, вызвавшее разбаланс моста, тем большее изменение сопротивления резистора R2 необходимо для восстановления равновесия. С валом двигателя кроме движка резистора R2 связана стрелка, показывающая результат измерения.

Мостовые самоуравновешивающиеся измерительные схемы сложнее неуравновешенных мостовых схем. Однако они позволяют получить более высокие метрологические характеристики, что делает целесообразным их применение в ряде случаев.

 

Частотная схема включения. Для преобразования индуктивности датчика в частоту переменного тока применяют генераторные схемы (рис.9):

Рис.9. Частотные схемы включения.

 

 Основой генераторной схемы  является колебательный контур, составленный индуктивностью датчика L_Д и постоянной емкостью С. 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 (рис. 9а), так и дифференциальных (рис. 9б). В последнем случае имеется два колебательных контура, составленных каждой обмоткой датчика и конденсаторами С1 и С2, и два генератора Г1 и Г2. Частоты с обоих генераторов f₁ и f₂ поступают на смеситель, который выделяет разностную частоту. Эта разностная частота, в свою очередь, измеряется частотомером.

Подбором емкостей С1 и С2 генераторы настраиваются так, чтобы в одном из крайних положений измерительного стержня датчика выполнялось условие f₁= f₂ и Δf=0. Тогда показания частотомера будут пропорциональны величине смещения измерительного стержня из крайнего положения.

 

Трансформаторная схема  включения. Взаимоиндуктивные датчики включаются по трансформаторной схеме (рис.10):

Рис.10. Трансформаторные схемы включения.

 

Трансформаторная схема включения недифференциального взаимоиндуктивного датчика показана на рис. 10а. Одна обмотка датчика питается переменным напряжением постоянной величины U_П. 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.

Дифференциальная трансформаторная схема (рис.10б) 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.