Способы линеаризации статической характеристики индуктивных преобразователей перемещения.

Статическая характеристика индуктивного преобразователя существенно нелинейна. Для ее линеаризации используются дифференциальные схемы включения, в частности, мостовые.

Дифференциальная схема. Такая схема включения индуктивного измерительного преобразователя предполагает наличие трансформатора со средней точкой (рис.4.8). Обе обмотки измерительного преобразователя имеют одинаковое число витков W. Сердечники обмоток идентичны по своим характеристикам. Сопротивление идентичны по своим характеристикам. Сопротивление нагрузки включается между средней точкой обмотки трансформатора и средней точкой обмоток измерительного преобразователя.

При таком включении ток, протекающий по сопротивлению нагрузки, равен разности токов правой и левой половин схемы Iвых = I1 - I2, а выходное напряжение определяется как Uвых = (I1 - I 2 ) × Rн.

В исходном положении зазоры между якорем и ярмом одинаковы d1 = d2 = d0. Тогда индуктивности каждой половины датчика, определяемые величиной зазоров, L1 = L2 = L0. Следовательно, токи I1 и I2 равны по модулю, но противоположны по фазе, а ток нагрузки равен нулю, значит и выходное напряжение датчика равно нулю.

Таким образом двухтактный индуктивный датчик обеспечивает равенство нулю выходного сигнала (Uвых = 0) при нулевом сигнале на входе (D = 0). При перемещении якоря на величину D ширина зазоров изменяется: один увеличивается, а второй уменьшается на одну и ту же величину.

Это приводит к изменению индуктивностей, так как магнитное сопротивление первого зазора растет, а второго падает, что соответствует уменьшению индуктивности L1 и увеличению индуктивности. При небольших перемещениях индуктивность изменяется почти по линейному закону.

На рис.4.8 L = f (D) для обеих половин индуктивного датчика. В соответствии с графиком L1 = L0 - DL; L2 = L0 + DL. Изменение индуктивностей L1 и L2 приведет к нарушению балансов токов: ток I2 - уменьшится. В нагрузке потечет результирующий ток, создающий выходное напряжение.

 

Мостовая схема (рис. 4.9). Если в дифференциальной схеме рассматривать разность токов в нагрузке, то в мостовой схеме следует рассматривать разность падений напряжений на плечах моста, которая определяет выходное напряжение двухтактного индуктивного датчика

Uвых =U1 -U2

где

U1 = I1 × Z, а U2 = I2 × Z.

Принцип действия мостовой схемы включения аналогичен принципу действия дифференциальной схемы.

Статическая характеристика двухтактного индуктивного измерительного преобразователя представляет собой функцию вида

Uвых = k × D,

что соответствует прямой, проходящей через начало координат под углом a = arctg(k ) к оси абсцисс (рис.4.9). При изменении знака приращения входной координаты D фаза выходного сигнала меняется на противоположную. С некоторого значения D реальная статическая характеристика индуктивного датчика не совпадает с линейной характеристикой вследствие того, что индуктивность одного из плеч измерителя-преобразователя становится малой, а индуктивное сопротивление w × L - соизмеримо с сопротивлением нагрузки r, в связи, с чем появляется завал линейной характеристики. В результате этого статическая характеристика двухтактного индуктивного измерительного преобразователя при некоторой ее идеализации может быть представлена нелинейностью типа «насыщение».

Чувствительность измерительного преобразователя зависит от напряжения и частоты источника питания, сопротивления нагрузки, индуктивности дросселя и начального зазора между якорем и ярмом. С повышением питающего напряжения чувствительность датчика повышается, но это влечет за собой увеличение его габаритных размеров и массы.

Уменьшение начального зазора d0 также приводит к повышению чувствительности измерительного преобразователя, однако в целях предотвращения замыкания якоря с ярмом накладываются ограничения на минимальную величину зазора d0, согласно которым последний должен быть вдвое больше максимального хода якоря

d0 = 2 × Dmax.

Разрешающая способность (чувствительность) некоторых измерительных преобразователей при тщательной экранировке и балансировке схемы в нейтральном положении якоря составляет сотые доли микрометра. Выходная мощность индуктивных датчиков может достигать десятков ватт. Однако с увеличением выходной мощности возрастают габаритные размеры датчиков.

Снижение габаритов достигается увеличением частоты, при этом входное усилие уменьшается. Но при больших значениях частоты начинают влиять межвитковые емкости, что затрудняет балансировку датчика в нейтральном положении. Двухтактные индуктивные измерительные преобразователи с плоскопараллельным воздушным зазором используются при изменении малых перемещений от долей микрометра до 3…5 мм.

 

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: