58. Электромагнитные датчики (индуктивные, трансформаторные, магнитоупруние).

Принцип действия этих датчиков основан на взаимодействии магнитных потоков. О величине перемещения или деформации судят по изменению тока в катушке индуктора. 

И ндуктивные датчики Принцип действия индуктивных датчиков основан на изменении индуктивности L (коэффициента самоиндукции) или взаимоиндук­тивности обмотки с сердечником вследствие изменения магнитного сопротивления R_M магнитной цепи датчика, в которую входит сер­дечник. Индуктивные датчики относятся к классу параметриче­ских. Измеряемое механическое перемещение на входе датчика вызывает изменение параметров магнитной и электрической цепей его, что в свою очередь вызывает изменение выходной величины — электрического тока I. С помощью индуктивных датчиков можно контролировать ме­ханические перемещения, механические силы, температуру, свой­ства магнитных материалов. Индуктивные датчики используются на относительно низких ча­стотах (до 3000—5000 Гц), так как на высоких частотах резко растут потери в стали на перемагничивание и вихревые токи.

Д ля практических применений наиболее удобны трансформаторные датчики, выходной параметр которых - ЭДС. Применяют для повышения точности измерений.

Одноэлементный датчик Дифференциальный датчик 1 — Сердечник 2 — Вторичные обмотки

При отсутствии перемещения сердечника 1 в обмотках 2 трансформатора индуцируются одинаковые ЭДС, сумма которых ввиду их встречного соединения равна нулю. При появлении перемещения в одной половине магнитной цепи за счет уменьшения воздушного зазора возрастает магнитный поток, увеличивается наводимая ЭДС во вторичной обмотке. Аналогично уменьшается ЭДС во второй половине датчика ввиду увеличения воздушного зазора. Возникающая результирующая (суммарная) ЭДС пропорциональна значению перемещения.

Среди датчиков индуктивного типа особое место занимают магнитоупругие, принцип действия которых основан на изменении магнитной проницаемости сердечника 1 под действием механической силы Q.

1 — Магнитопровод 2,3 — Обмотки

Магнитоупругий датчик представляет собой магнитопровод 1 прямо-угольной формы с четырьмя симметрично расположенными отверстия-ми, в которых размещены две обмотки 2 и 3, причем плоскости этих обмоток взаимно перпендикулярны. Обмотка 3 питается током переменного напряжения, а обмотка 2 является измерительной. При полной симметрии магнитопровода и изотропности материала индуктивная связь между обмотками отсутствует, так как магнитный поток обмотки 3 не пересекает вторичную. Следовательно, ЭДС обмотки 2 при отсутствии механических напряжений в материале магнитопровода равна нулю.

При воздействии на магнитопровод механического усилия Q нарушается изотропность материала вследствие изменения магнитных свойств последнего под действием упругих напряжений и, как следствие этого, изменяется напряжение магнитного потока обмотки 3. При этом часть потока обмотки 3 пересекает витки обмотки 2, в результате чего в последней наводится ЭДС, возрастающая с увеличением действующего на магнитопровод усилия.

Достоинства: простота конструкции, высокая надежность, возможность измерения больших сил (10⁵— 10⁶ Н). Недостатки: невысокая точность, погрешность 1-4 %.