Мостовые и дифференциальные схемы подключения индуктивного датчика.

Отмеченные выше недостатки дросселей устраняются в мостовой и дифференциальной схемах индуктивного датчика, показанных на рис.2.

В мостовой схеме индуктивного датчика (см. рис.2,а) якорь 3 перемещается между двумя сердечниками 1 и 2, на которых имеются обмотки, включенные в плечи моста , , , . К одной диагонали моста подводится напряжение питания U₀ переменного тока, со второй диагонали снимается выходное напряжение U. Если якорь 3 занимает нейтральное положение, то индуктивности двух дросселей и L₂ одинаковы и мост сбалансирован. Выходное напряжение при этом равно нулю. При отклонении якоря от нейтрали баланс моста нарушается, так как индуктивность одного дросселя увеличивается, а второго - уменьшается. Изменение направления отклонения якоря вызывает изменение фазы выходного напряжения на 180°, т.е. харак­теристика мостового датчика является реверсивной. Силы притяжения якоря к сердечникам возникают и в этом случае, но они направлены в противоположные стороны и поэтому почти полностью взаимно компенсируются. Вследствие этого для перемещения якоря нужно прикладывать очень незначительное усилие.

Аналогично работает индуктивный датчик дифференциальной схемы (см. рис.2, б). Напряжение питании для этой схемы подается че­рез трансформатор Тр. Сопротивление нагрузки Rm включается между средней точкой вторичной обмотки трансформатора Тр и средней точкой двух обмоток дросселей 1 и 2. Выходом схемы является напряжение, снимаемое с сопротивления нагрузки Rm.

Рассмотрим схему, приведенную на рис.2а. Используя выражение (2), для дросселей 1 и 2 можно написать:

Где относительная величина отклонения якоря от нейтрального положения.

Так как <1, то выражения 1/(1 - ) и 1/(1 + ) могут быть разложены в ряд по формуле бинома Ньютона. Оставляя в полученном результате только два первых слагаемых, в первом приближении найдем:

 

Полагая, что мост не нагружен, а также учитывая, что максимально возможная частота колебаний якоря и, следовательно, изменения индуктивности датчика значительно меньше частоты источника питания , определим выходное напряжение схемы:

Формула (5) написана при условии, что активные сопротивления и R₂ обмоток дросселей 1 и 2 соответственно имеют различную величину. Подставляя в (5) значения индуктивностей и L₂, определяемых выражениями (4), и учитывая малое отклонение якоря от нейтрали, найдем:

Модуль выражения (6) определяет амплитуду выходного напряжения, а аргумент - фазу.

Если оба дросселя обладают симметричными параметрами, т.е. - то амплитуда выходного напряжения

 

Следовательно, коэффициент усиления датчика, или его чувствительность, находится по формуле:

При неидентичности параметров датчика (см. (6)) в случае нейтрального положения якоря выходное напряжение не равно нулю и определяется равенством:

 

Остаточное напряжение (9) сдвинуто по фазе относительно напряжения питания, фаза которого определяет фазу основного полезного сигнала.

Следовательно, остаточное напряжение может быть разложено на две составляющих Одна составляющая, совпадающая по фазе с полезным сигналом, называется си нфазной. Вторая составляющая, сдвинутая по фазе на 90° относительно полезного сигнала, называется квадратурной.

Следует иметь в виду, что остаточное напряжение является напряжением погрешности и поэтому желательно его скомпенсировать. Синфазную составляющую остаточного напряжения можно скомпенсировать соответствующим перемещением якоря от нейтрали. Одновременно скомпенсировать и синфазное, и квадратурное напряжения погрешности таким способом нельзя. Для подавления квадратурной составляющей могут быть использованы демодуляторы, которые часто предусматриваются в усилительном тракте системы измерения. Демодулятор не пропускает сигналы, сдвинутые по фазе на 90" относительно опорного напряжения (напряжения питания).

В динамическом отношении индуктивный датчик можно рассматривать как безинерционное устройство с коэффициентом усиления, определяемым выражением (8) Это объясняется тем, что максимально возможная частота колебаний якоря значительно меньше частоты источника питания, вследствие чего амплитуда выходною напряжения определяется уравнениями установившегося режима.

Для датчика с симметричными параметрами при напряжении питания на основании формулы (7) выходное напряжение:

где К - коэффициент усиления датчика, определяемый выражением (8); - фазовый сдвиг выходного напряжения по отношению к напряжению питания.

Формула (10) показывает, что на выходе датчика имеется амплитудно-модулированное напряжение Амплитуда этого напряжения зависит от положения якоря.

 

Трансформаторные датчики:

 

Примером трансформаторного датчика, в котором при изменении положения якоря изменяется коэффициент взаимной индукции, может служить следящий трансформатор (рис.3).

На среднем стержне Ш-образного сердечника имеется первичная обмотка, к которой подводится напряжение питания переменного тока. На двух крайних стержнях располагаются 2 одинаковые
вторичные обмотки и ,
включаемые в схему последовательно и встречно.
Подвижной частью датчика является якорь 2, поворачивающийся вокруг точки 0. Если якорь 2 занимает нейтральное симметричное положение относительно крайних стержней, то магнитное сопротивление обеих выходных обмоток одинаково и, следовательно, одинаковы коэффициенты взаимной индукции между каждой из выходных обмоток и первичной обмоткой трансформатора. В этом случае в обмотках и находятся равные по амплитуде и противоположные по фазе ЭДС, что соответствует выходному напряжению U=0. Поворот якоря 2 в ту или иную сторону вызывает увеличение или уменьшение магнитного сопротивления для одного крайнего стержня и противоположное изменение магнитного сопротивления для другого крайнего стержня сердечника. Это приводит к соответствующим изменениям коэффициентов взаимной индукции и к появлению результирующей ЭДС, амплитуда которой будет зависеть от величины угла поворота якоря 2, а фаза - от направления поворота.

При использовании трансформаторного датчика в следящих системах предусматривается возможность соединения Ш-образного сердечника с выходной осью системы, а якоря - с входным устройством.

Индуктивные преобразователи используются для преобразования перемещения и других неэлектрических величин которые могут быть преобразованы в перемещение (усилие, давление, момент и т.д.).

По сравнению с другими преобразователями перемещения индуктивные преобразователи отличаются значительными по мощности выходными сигналами, простотой и надежностью п работе

Недостатком их является наличие обратного воздействия
преобразователя на измеряемый объект (воздействие электромагнита
на якорь) и влияние инерции якоря на частотную характеристику
прибора.

 

Описание лабораторной устаноки:

. Схема лабораторной установки показана на рис.5. О расположении приборов на стенде можно судить по рис.6. В качестве объектов испытания берутся нереверсивный Д1 и реверсивный Д2 индуктивные датчики перемещения, имеющие отчетное устройство и маховичок.

 

 

С помощью маховичка осуществляется перемещение якоря индуктивною датчика. Питание на схемы испытаний подается через блок питания от сети переменного тока 220 В, 50 Гц выключателем SA Подача напряжения сигнализируется лампочкой HL. Отсчет величин перемещения якоря индуктивного датчика Д1 и Д2 ведется по шкалам отсчетных устройств. Цена одного деления отсчетного устройства соответствует 1 мм перемещения якоря. Выходная величина индуктивных датчиков Д1 и Д2 измеряется миллиамперметрами РА1 и РА2. Для наблюдения формы выходных сигналов демодулятора подключается к клеммным гнездам электронный осциллограф ЭО.

 

 

ЗАДАНИЕ

1. Снять характеристики 1вых=(х) для нереверсивною датчика Д1, а затем для реверсивного датчика Д2.

2. Определить коэффициент чувствительности датчиков Д1 и

Д2.

3. Определить влияние колебаний напряжения в сети на точность измерения перемещения якоря датчиков Д1 и Д2.

4. Зарисовать форму сигналов демодулятора с экрана осцилографа.