Потенциометрические датчики: назначение, принцип действия.

Потенциометрические датчики предназначены для пре­образования механического перемещения в электрический сигнал.
Основной частью датчика является реостат, сопротивление кото­рого изменяется при перемещении движка, скользящего по проволоке (схема вклю­чения потенциометрического датчика показана на рис.4.1, а). Напряжение питания подается на всю обмотку реостата через неподвижные выводы этой обмотки. Вы­ходное напряжение, пропорциональное перемещению движка, снимается с одного из неподвижных выводов и с подвижного движка. Такая схема включения в электротехнике называется потенциометрической или схемой делителя напряжения.

Если сопротивление всей обмотки датчика обозначить через R, а сопротивление части этой обмотки, с которой снимается вы­ходное напряжение, через , то потенциометрическая схема включения датчика может быть представлена как последовательное соединение резисторов с сопротивлением (рис.4.1, б). Ток через обмотку датчика , а приложенное напряжение распределяется (делится) между последовательно соеди­ненными резисторами: Если сопротивление обмотки равномерно распределить по длине I, а перемещение
движка обозначить через х, то выходное напряжение датчика

Таким образом, выходной сигнал датчика пропорционален пере­мещению движка.

 

Электромагнитные датчики: назначение, принцип действия.

Электромагнитные датчики предназначены для преоб­разования перемещения в электрический сигнал за счет изменения параметров электромагнитной цепи. Эти изменения могут заклю­чаться, например, в увеличении или уменьшении магнитного со­противления магнитной цепи датчика при перемещении сердеч­ника. Если перемещается не сердечник, а обмотка, то происходит изменение потокосцепления обмотки. Таким образом, изменения в электромагнитной цепи датчика могут быть вызваны как пере­мещением элемента магнитной цепи (сердечника или якоря), так и перемещением элемента электрической цепи (обмотки). В ре­зультате таких перемещений изменяется индуктивность обмотки L или ее взаимоиндуктивность М с обмоткой возбуждения. Поэтому в технической литературе электромагнитные датчики часто назы­вают индуктивными.

Электромагнитные датчики обычно рассматривают как параметрические, поскольку величины L и М зависят от перемещения х: L = f(x), M=f(x). Но электромагнитные датчики с изменяющей­ся взаимоиндуктивностью можно отнести и к генераторному типу, поскольку в результате изменяется и ЭДС обмотки, т. е. E = f(x).

Простейший индуктивный датчик представляет собой дроссель с переменным воздушным зазором в магнитопроводе. На рис. 6.1 показаны две наиболее распространенные конструктивные схемы индуктивных датчиков на одном сердечнике. Это оди­нарные индуктивные датчики. На сердечнике 1 из электротех­нической стали размещена об­мотка 2, подключаемая к источ­нику переменного напряжения. Магнитный поток в сердечнике замыкается через якорь 3, ко­торый может перемещаться от­носительно сердечника 2. Якорь 3 механически связан с де­талью, перемещение которой необходимо измерить.

 

Эта деталь на рисунке не показана, но пе­ремещение х ее может происходить в вертикальном (рис. 6.1, а) или в горизонтальном направлении (рис. 6.1, б). Перемещение яко­ря изменяет магнитное сопротивление магнитной цепи, состоящей из сердечника, якоря и воздушного зазора б. Следовательно, из­менится индуктивность обмотки 2. Поскольку эта обмотка вклю­чена на переменное напряжение, ток в обмотке 2 будет определять­ся ее полным сопротивлением, в которое входит и индуктивное со­противление. С увеличением воздушного зазора магнитное сопро­тивление увеличивается, а индуктивность, индуктивное и полное сопротивления уменьшаются. Следовательно, ток в об­мотке увеличивается. Полагая ток I в обмотке за вы­ходной сигнал датчика, а перемещение х — за входной сигнал, имеем выходную характеристику в виде графика I=f(x)

Трансформаторные датчики

Принцип действия трансформаторных датчиков основан на изменении коэффициента взаимоиндукции обмоток при переме­щении якоря. Они относятся к электромагнитным датчикам гене­раторного типа.

Магнитные системы трансформаторных датчиков такие же, как и у рассмотренных в предыдущем параграфе индуктивных датчиков. От­личие заключается лишь в том, что до­бавляется еще обмотка, с которой и снимается выходной сигнал. Благода­ря этому в трансформаторных датчи­ках отсутствует непосредственная элек­трическая связь между цепью питания и измерительной цепью. Существует связь лишь за счет магнитного поля (трансформаторная связь), что позво­ляет выбором числа витков выходной обмотки получить любой уровень выходного напряжения.

Пример: Обмотка возбуждения w1 питается напряжением U1, ко­торое создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Во вторичной обмотке w2 индуцируется ЭДС E2, значение кото­рой зависит от величины воздушного зазора б. Максимальная ЭДС Е2 получается при =0, поскольку при этом магнитное со­противление замкнутого магнитопровода минимально и по нему проходит максимальный магнитный поток Ф. С увеличением! уменьшаются магнитный поток и соответствующая ему ЭДС E2.

Трансформаторные датчики используются для измерения линейных перемещений, давлений, расходов и др.