Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки

Индуктивные ИП

Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки

Принцип действия индуктивных ИП основан изменении собственной индуктивности катушки. В общем случае индуктивный преобразователь состоит из катушки индуктивности, магнитопровода и подвижного ферромагнитного сердечника (якоря). Входная величина Х изменяет взаимное расположение катушки и якоря, или отдельных частей магнитопровода. При этом изменяется индуктивность катушки и ее полное сопротивление.

На рис. 8.1 представлены различные варианты конструктивного исполнения индуктивных ИП: с переменной длиной воздушного зазора (рис. 8.1 а); с переменной площадью воздушного зазора (рис. 8.1 б); соленоидальный (рис. 8.1 в); с распределенными параметрами (рис. 8.1 г).

В преобразователях с переменной длиной или площадью воздушного зазора (рис. 8.1 а, б) входная величина вызывает перемещение Х якоря 2. В результате этого изменяется магнитное сопротивление системы, что приводит к изменению индуктивности катушки 1, размещенной на магнитопроводе 3.

Соленоидальные индуктивные ИП представляют собой преобразователи с разомкнутой магнитной цепью (рис. 8.1 в) и работают на принципе изменения магнитного сопротивления участков рассеяния магнитного потока при перемещении якоря 2.


В преобразователях с распределенными параметрами (рис. 8.1 в) изменение магнитного сопротивления происходит вследствие размагничивающего действия вторичных токов. В таких индуктивных ИП вместо ферромагнитного якоря перемещается короткозамкнутый виток 2 (рис. 8.1 г). При этом в витке индуцируются токи, которые создают потери, что приводит к появлению дополнительного реактивного сопротивления магнитной цепи. Вместо витка в зазор магнитопровода можно вводить электропроводный элемент (например, диск из меди или алюминия), в котором наводятся вторичные токи.

а) б) в) г)

Рис. 8.1

Наиболее распространенными являются преобразователи с переменной длиной воздушного зазора. Рассмотрим их работу.

Входная неэлектрическая величина Х изменяет взаимное расположение катушки 1, намотанной на магнитопровод 3 и подвижного якоря 2. При этом изменяется длина воздушного зазора d и магнитное сопротивление системы, что при-водит к изменению индуктивности катушки 1, которая определяется по формуле

L = n2/RМ, (8.1)

где n - число витков катушки; RМ - магнитное сопротивление ИП.

Пренебрегая рассеянием магнитного поля и нелинейностью кривой намагничивания материала магнитопровода и якоря, получим выражение для магнитного сопротивления в виде

RМ = RСТ + RЗ = lСТ/(mr m0 QСТ) + 2d/(m0 Q), (8.2)



где RСТ – магнитное сопротивление участков магнитопровода и ферромагнитного сердечника; RЗ – магнитное сопротивление воздушных зазоров; lСТ - длина средней силовой линии по магнитопроводу и якорю; QСТ - поперечное сечение магнитопровода и якоря (магнитопровод и якорь имеют одинаковую площадь поперечного сечения); mr – магнитная проницаемость материала магнитопровода и якоря; m0 - магнитная постоянная; d - длина воздушного зазора; Q – сечение воздушного зазора.

Выполнив условие QСТ = Q, получим

L = m0 Q n2/(lСТ/mr + 2d). (8.3)

Переходя к сопротивлению катушки индуктивности и пренебрегая активным сопротивлением катушки, получим

Z(d) = iwL = iwm0 Q n2/(lСТ/mr + 2d). (8.4)

Учитывая, что 2d >> lСТ/mr (так как mr - велико), получим

L » m0 Q n2/(2d); Z » iwm0 Q n2/2d. (8.5)

К достоинствам индуктивных ИП можно отнести:

1) большой диапазон измеряемых линейных и угловых перемещений;

2) большую мощность выходного сигнала (до 5 Вт), что позволяет обойтись без дополнительного усиления;

3) высокую чувствительность;

4) надежность;

5) возможность питания от сети (для многих случаев).

Недостатками индуктивных ИП являются:

1) большая инерционность;

2) наличие электромагнитных сил притяжения.


2615610492259425.html
2615640082438250.html
    PR.RU™