Принцип действия

В индуктивных приборах используют свойство катушки изменять свое реактивное сопротивление при изменении некоторых ее параметров, определяющих величину индуктивности. Для получения возможно большей индуктивности катушку, как правило, выполняют с магнитопроводом из ферромагнитного материала.

Один из элементов магнитопровода (якорь) выполняют подвижным, и его положение относительно неподвижной части магнитопровода определяет величину изменения магнитного сопротивления цепи, а, следовательно, и индуктивности катушки. Изменение индуктивного сопротивления катушки ведет к соответствующему изменению ее полного сопротивления. Таким образом, если связать перемещение якоря с измеряемой величиной, то возникнет функциональная зависимость между электрическим параметром.

Устройство, которое преобразует линейные перемещения в электрический сигнал с помощью рассматриваемой выше катушки, называется индуктивным преобразователем.

В применяемых в настоящее время индуктивных преобразователях для линейных измерений индуктивность изменяют посредством изменения величины или площади.

Для повышения чувствительности преобразователя величину воздушного зазора следует уменьшать. Чтобы с заданной степенью точности можно было считать чувствительность преобразователя величиной постоянной, необходимо рабочий участок длиной преобразователя ограничивать допустимыми зазорами, причем минимальная величина воздушного зазора должна быть тем больше, чем больше диапазон изменения зазора в процессе измерения. Чем меньше отношение, тем меньше величина нелинейности характеристики преобразователя. Для получения более линейной зависимости без уменьшения величины применяют индуктивные преобразователи. Преобразователь имеет две магнитные цепи с общим якорем. Под действием измеряемой величины оба зазора изменяются одинаково, но с различными знаками. Такой преобразователь называют дифференциальным.

Для дифференциальных преобразователей при нелинейности характеристики в 1%. При таком отношении диапазона измерения и начального зазора нелинейность характеристики недифференциального преобразователя составит более 10%.

При соответствующем включении обеих катушек в измерительную схему (например, в соседние плечи мостовой схемы) дифференциальный преобразователь имеет примерно в 2 раза большую чувствительность по сравнению с недифференциальным, менее чувствителен к колебаниям окружающей температуры, питающего напряжения и его частоты. Поэтому дифференциальные преобразователи находят широкое применение в приборах для линейных измерений.

Индукцивные преобразователи с переменной площадью воздушного зазора имеют линейную характеристику, но невысокую чувствительность используются для измерения больших перемещений. Дифференциальная схема данного типа преобразователя обладает аналогичными преимуществами.

Для измерения больших перемещений и построения малогабаритных преобразователей с высокой степенью линейности характеристик применяют дифференциальные преобразователи соленоидного типа. Преобразователь состоит из двух катушек, внутри которых помещен ферромагнитный сердечник (якорь). При перемещении якоря внутри катушек индуктивность их изменяется. Для повышения чувствительности катушки заключены в ферромагнитный экран. Характеристика соленоидного преобразователя линейна, измерительное усилие незначительно.

Эти преобразователи питаются напряжением с частотой 5—10 кГц и позволяют конструировать приборы с ценой деления 0,02—50 мкм для измерения ± 0,001 мм.

Для получения требуемой чувствительности особенно важно правильно выбрать магнитную цепь преобразователя. Магнитные цепи индуктивных преобразователей должны обеспечивать следующие требования:

минимальную реакцию электромеханических сил на измерительный стержень;

минимальную зависимость параметров от температуры; минимальные габариты магнитной системы; форму магнитной цепи, обеспечивающую наиболее простую технологию обработки и сборки и наиболее рациональное сочетание конструкции магнитной системы с конструкцией подвески измерительного стержня с подвижным якорем.,

Этим требованиям наилучшим образом отвечают дифференциальные преобразователи. Катушки преобразователя обычно питаются стабилизированным по частоте и амплитуде напряжением 1—10 В. Выбор значения частоты источника питания определяется необходимостью получения достаточной чувствительности и уменьшением динамических погрешностей измерений. Чувствительность преобразователя растет с увеличением частоты питающего напряжения, но одновременно растут потери в сердечнике и, следовательно, активное сопротивление катушки преобразователя. При некоторой оптимальной частоте питания чувствительность преобразователя достигает своего максимума.

Существующие высокоточные приборы питаются напряжением с частотой 3—10 кГц. Выбор материала для магнитных цепей индуктивных преобразователей определяется из условия минимальных потерь на гистерезис и вихревые токи. В качестве материала для магнитной цепи при питании преобразователя напряжением с частотой 50 Гц рекомендуется применять листовую кремниевую сталь марок 1311, 1411, 3413 ГОСТ 21427.0—75. Листовую сталь применяют для шихтованных сердечников Ш- или П-образных магнитопроводов. Для цилиндрических магнитопроводов применяют прутковую малоуглеродистую электротехническую сталь.

При повышенных частотах питания преобразователей применяют материалы, обладающие высокими удельными электрическими сопротивлениями: лотовой хромистый или молибденовый пермаллой или прессованные сердечники из окислов некоторых металлов, так называемые ферриты.