Индуктивный измерительный датчик перемещений (ИДП)

 

Индуктивный измерительный датчик перемещений представляет собой дифференциальный дроссель с симметрично расположенными друг относительно друга обмотками индуктивности. Измерительный якорь, передвигающийся между обмотками, обуславливает синфазное изменение их индуктивности, обеспечивая тем самым преобразование линейных перемещений якоря в электрическую величину.

            Такие датчики находят широкое применение для измерения статических и динамических изменений перемещений, а также всех преобразуемых в перемещение механических величин (сила нажима и тяги, удлинение, давление жидкости и газа, толщина материала, изгибающий момент и др.).

            Для контроля перемещений отдельных элементов конструкций энергоагрегатов роторного типа часто требуются измерители подобного типа. Конструкция и схема такого датчика приведены на Рис.1.

Рис. 1  Конструкция и электрическая схема включения обмоток датчика

 

Основу датчика (Рис.1а) составляют две симметрично расположенные на каркасе обмотки индуктивности 3. Внутри обмоток размещен якорь 2 из ферромагнитного материала с возможностью перемещения вдоль оси катушек (+X) под воздействием объекта контроля. Если якорь находится точно в среднем положении каркаса, то полные сопротивления Z₁ и Z₂ обеих обмоток являются равными. В случае изменения положения якоря полное сопротивление в одной обмотке становится больше Z₁' = Z₁+ΔZ , а в другой меньше Z₂' = Z₂ - ΔZ.

            Обмотки датчика включаются в измерительный мост (Рис.1б), который питается переменным напряжением U₀ с несущей частотой f₀. Напряжение Uв на диагонали моста получается пропорциональным перемещению X якоря. Заменяя реальный дроссель

Z = r + jw₀L на идеальный с сопротивлением Z = jw₀L можно примерно оценить величину выходного напряжения с помощью формулы:

где:  ΔL - изменение индуктивности обмоток.

-                    Выявить точную зависимость между перемещением якоря X и приращением сопротивления ΔZобмотки аналитическим путем практически невозможно из-за трудностей в определении реальной картины поля датчика. Поэтому при создании датчика и линеаризации его характеристики в требуемом диапазоне измерения приходится пользоваться результатами экспериментальных исследований магнитопроводов различного типа, а именно путем совместной оптимизации геометрических параметров S₁, S₂, l₀ (Рис.1а).

Результаты экспериментальных исследований выходного напряжения Uв=F(X) для различных значений параметра S₁ якоря датчика, предназначенного для диапазона измерения 0 - 160 мм приведены на Рис.2.

Рис. 2  Выходное напряжение датчика для различных значений S₁

Расширение температурного диапазона работы достигается применением каркаса для намотки обмоток, выполненного не из диэлектрика (фарфор, стекло, керамика), а из металла (титан, латунь), а также за счет использования высокотемпературного намоточного провода ПНЭТ-ИМИД.

При практической реализации индуктивного измерительного датчика перемещений применена следующая полная структурная схема (Рис. 4).

Рис. 4  Структурная схема индуктивного преобразователя

Первичное возбуждение обмоток и демодуляция их сигналов осуществляется с помощью специализированной микросхемы генератора Г. Усилитель У предназначен для усиления аналогового сигнала и приведения его к шкале 0-2.5 В. Дальнейшую обработку сигналов в цифровом виде осуществляет микроконтроллер ADuC812. Микроконтроллер обеспечивает линеаризацию характеристики, учет температурных воздействий на обмотки путем их периодического подключения к источнику постоянного тока J₀ и определения температуры окружающей среды, сохранение статистической информации в ОЗУ с ее периодической обработкой и выдачу сигнала в виде напряжения на преобразователь "напряжение - ток"  для подключения ко вторичной регистрирующей аппаратуре в шкале 4-20 ma. Внешний вид датчиков типа ИДП приведен ниже, основные технические характеристики представлены в таблице.

---

Машков Александр Сергеевич

Батырев Юрий Павлович

Контактный телефон: (095) 588-52-48

E-mail: batyrev@mgul.ac.ru