2.2. Индуктивные датчики (преобразователи)

Индуктивные преобразователи используют при необходимости проведения более точного контроля ли­нейных размеров.

Рассмотрим принцип действия индуктивного преобразователя (рис. 10). Высота контролируемого изделия 1 определяет поло­жение измерительного штока 2 и якоря 3, расположенного меж­ду сердечниками 4 и 5, на которых помещены катушки индук­тивности. Индуктивность этих катушек зависит от магнитного сопротивления их магнитопроводов, состоящих из сердечников, якоря и воздушных зазоров между якорем и сердечниками. Чем больше воздушный зазор, тем больше магнитное сопротивление магнитопровода, меньше магнитный поток и, следовательно, меньше индуктивность катушки. Таким образом, при увеличении высоты детали увеличивается зазор между якорем и нижним сердечником 5 и уменьшается зазор ∆ между якорем и верхним сердечником 4. Это вызывает уменьшение индуктивности катуш­ки на сердечнике 5 и ее увеличение на сердечнике 4.

Рис. 10. Схема дифференциального ин­дуктивного преобразователя

Для получения высокой чувствительности и линейной характеристики индуктивные датчики объединяют попарно, получая дифференциальный индуктивный датчик с двумя сердечниками и одним общим якорем (рис. 11, а). В таком датчике при перемещении якоря в соответствии с размером детали изменяются зазоры и — один из них возрастает, второй настолько же уменьшается. Соответственно изменяется и индуктивность обмоток датчика L₁ и L₂.

Благодаря этому чувствительность дифференциального индуктивного датчика примерно вдвое превышает чувствительность простого датчика. Обмотки датчика включают в электрическую схему мостового типа. Два плеча моста образуют индуктивные сопротивления и , а два других плеча активные сопротивления и . Активные сопротивления и подбирают таким образом, чтобы при среднем положении якоря ( = ) соблюдалось условие: = и = . В этом случае мост будет находиться в равновесии и при подаче напряжения ток в измерительной диагонали АБ отсутствует. При подводе к наконечнику детали якорь сместится из среднего положения, равновесие моста нарушится, и в обмотках датчика появятся токи I₁ и I₂ (рис. 11, б), а в диагонали ток I = I₁-I₂ - фиксируемый прибором ИП. Благодаря высокой чувствительности и линейности характеристику (рис. 11, б) дифференциальные индуктивные датчики получают все более широкое применение в контрольно-измерительных приборах и устройствах. Большинство из них работает на частоте источника питания 50 Гц при стабилизированном напряжении 10—30 В. При особо высоких требованиях к чувствительности и точности работы датчиков частоту питающего напряжения увеличивают до 3—10 кГц. Однако это усложняет устройство в связи с необходимостью применения преобразователей частоты.

Рис. 19. Схема включе- ^ния обмоток дифферен-

Рис.11. Схема дифференциального индуктивного датчика (а)

и его характеристика (б).

Примеры конструкций дифференциальных индуктивных датчиков показаны на рис. 12.

Рис. 12. Схема дифференциальных индуктивных датчиков

В конструкции с общим якорем (рис. 12, а) перемещение штока 1 при измерении вызывает смещение якоря 3 и изменение зазоров и . Измерительное усилие обеспечивается пружиной 4. Так как расстояние между якорем и магнитопроводами невелико, то предусмотрена возможность дополнительного перемещения штока снизу вверх (например, если на измерительную позицию попала деталь с размером, выходящим за пределы поля допуска). Шток связан с якорем не непосредственно, а через пружину 2, поэтому при ходе вверх после остановки якоря он может еще переместиться, сжимая пружину 2. В датчике с двумя якорями (рис. 12, б) неподвижный магнитопровод с обмотками размещен в средней части корпуса. При перемещении штока изменяются зазоры и между неподвижным магнитопроводом и якорями 1 и 2, вызывая изменение индуктивного сопротивления его обмоток.

Величина рабочего хода, определяющая максимально возможные пределы измерения, составляет у дифференциальных индуктивных датчиков ±0,01—0,5 мм.

Недостатками бесконтактного индуктивного метода измерения являются:

1) малая величина измерительного зазора (1,5+5) мм и предела измерения (1-3) мм;

2) зависимость погрешностей измерения от электрических свойств материала контролируемых деталей;

3) значительная нелинейность характеристики преобразователя датчика.

К достоинствам индуктивных датчиков относятся:

1) простота конструкции и долговечностью, так как эти датчики не имеют изнашивающихся деталей;

2) высокая чувствительность и точность контроля.