Дослідження індуктивних датчиків

 

Мета роботи: отримати навички в дослідженні, розрахунку та виборі індуктивних датчиків з рухомим осердям, з рухомим якорем та з поворотним якорем.

Прилади та обладнання:

1.Індуктивний датчик з рухомим осердям простішого типу.

2.Диференційний індуктивний датчик з рухомим осердям.

3.Вольтметри ~ 150 В, ~ 300 В.

4.Міліамперметри ~ 300 мА (3 шт.).

5.Міліамперметр ~ 60 мА.

6.Універсальний лабораторний стенд з джерелами напруг змінного струму 127В, 0-220В промислової частоти 50Гц.

7.З’єднувальні провідники.

 

Основні теоретичні положення:

Принцип дії індуктивних датчиків базується на зміні індуктивності або взаємоіндуктивності котушки з магнітопроводом при ппереміщенні якоря.

Індуктивні датчики (рис.1) класифікують на датчики з рухомим якорем, рухомим сердечником, поворотним якорем та магнітопружнього типу.

Індуктивні датчики в основному використовують для вимірювання кутових та лінійних переміщень, а також сили тиску. Вони прості, відносно надійні, безконтактні, у них порівняно велика вихідна потужність, працюють вони на змінному струмові частотою від 50Гц до 5кГц (на частотах менше 50Гц зменшується доля індуктивного опору датчика, а на частотах більше 5кГц зростають втрати на перемагнічування та зростає індуктивний опір датчика).

Для індуктивного датчика з рухомим якорем (рис.1,а) вхідним сигналом δ є переміщення якоря відносно середнього положення, а вихідним - напруга Uвих. Нехтуючи магнітним опором сталевого осердя та активним опором котушки, можна вважати, що струм, протікаючий в обмотках, пропорційний значенню повітряного зазору:

I = kδ,

де: k=U10/(0,2·π·ω·W·S)- коефіцієнт; δ – значення повітряного зазору; U – напруга, прикладена до обмотки; ω – кутова частота, пропорційна лінійній частоті напруги живлення f (ω=2·π·f); W – число витків обмотки; S - переріз сталевого сердечника.

Індуктивні датчики з рухомим якорем забезпечують вимірювання механічних лінійних переміщень в межах від декількох мікрометрів до декількох міліметрів.

Для вимірювання великих переміщень використовують індуктивні датчики з рухомим сердечником (рис.1,б).

Індуктивні датчики з поворотним якорем (рис.1,в) використовують для вимі рювання кутових переміщень, а індуктивні датчики магнітопружнього типу – для визначення сили тиску (рис.1,г).

Рис.1. Схеми індуктивних датчиків: а) з рухомим якорем; б) з рухомим сердечником; в) з поворотним якорем; г) магнітопружнього типу.

 

Залежність між вихідною та вхідною величинами датчика у статичному режимі називають статичною характеристикою датчика. Статична характеристика індуктивного датчика простого типу представлена на рис.2,а. Лінійність характеристики індуктивного датчика простого типу зберігається у межах деякої зони (А-В-С) і порушується, коли активний опір котушки r стає рівним з індуктивним опором XL. Нелінійність при малих повітряних зазорах зумовлена споживанням струму на покриття втрат у активному опорі котушки та у сталі.

Робочу точку індуктивного датчика вибирають на середині прямолінійної частини АС характеристики (точка В, рис.2,а). Цій точці відповідає початковий струм Iпо та початковий повітряний зазор δво.

Загальний недолік індуктивних датчиків - залежність точності вимірювань від стабільності частоти напруги живлення.

Порядок виконання роботи:

1.Ознайомитися з інструкцією до виконання роботи, теоретичними матеріалами по вивченню індуктивних датчиків, підготувати звіт до фіксації результатів досліджень.

2.Підготувати робоче місце для виконання роботи, зібрати схеми досліджень(Рис.2, Рис.3).

3.Отримавши дозвіл керівника робіт, включити живлення схеми досліджень.

4.Встановити вказане значення напруги на вольтметрі PV1 (Рис.2). Переміщуючи у відповідності з даними Таблиці 1 осердя індуктивного датчика лінійного переміщення простого типу Х1,мм, фіксувати значення сили струму Іп1 на міліамперметрі РА1. Отримані дані досліджень внести в Таблицю 1 та побудувати графічну характеристику Іп1=f(Х1).

5. Встановити вказане значення напруги на вольтметрі PV2 (Рис.3). Переміщуючи у відповідності з даними Таблиці 2 осердя індуктивного датчика лінійного переміщення диференційного типу Х2,мм, фіксувати значення сили струму Іп2 на мікроамперметрі РА2. Отримані дані досліджень внести в Таблицю 2 та побудувати графічну характеристику Іп2=f(Х2).

Примітка: перед виконанням дослідження індуктивного датчика диференційного типу виконати “баланс нуля”, для чого при фіксованому середньому положенні осердя по відношенню до котушок L1,L2 виставити мінімальний струм по мікроамперметру РА2 (до 3 мкА) повзунком потенціометра Rp.

6.Закінчив виконання роботи, вимкнути живлення стенду, повернути всі органи керування обладнання у вихідне положення.

Підготуйтеся до захисту звіту з лабораторної роботи.

Дайте відповіді на контрольні питання.

Обробка результатів:

1.Побудувати статичні характеристики досліджуємих індуктивних датчиків.

2.Виділити на статичних характеристиках датчиків робочу (лінійну) частину та визначити для них чутливість за формулою kд = dI/dδ = tgα. Результати досліджень оформити у вигляді звіту.

 

Рис.2.Схема індуктивного датчика простого типу з рухомим осердям та його статична характеристика

Рис.3. Схема диференційного індуктивного датчика з рухомим осердям та його статична характеристика

Таблиця 1

Результати дослідження індуктивного датчика з рухомим осердям простішого типу

Uж,В	F,Гц	Параметр	Переміщення плунжеру Х1,мм
		Iп1,мА

 

Таблиця 2

Результати дослідження індуктивного датчика з рухомим осердям диференційного типу

Uж,В	F,Гц	Параметр	Переміщення плунжеру Х2,мм
		Iп2,мА

 

Зміст звіту: назва роботи, мета роботи, перелік обладнання, схеми та характеристики датчиків (рис.1-3), таблиці результатів досліджень та їх графічне зображення, розрахунки, висновки.

Контрольні питання:

1.Поясніть принцип дії індуктивних датчиків.

2.Що є вхідною величиною індуктивного датчика?

3.На яких частотах працюють індуктивні датчики та що обмежує частотний діапазон напруги живлення?

4.З чим пов’язана наявність залишкового струму індуктивного датчика простішого типу при нульовому зазорі?

5.Як змінюється вихідний струм індуктивного датчика простішого типу із зменшенням повітряного зазору?

6.За якою ознакою класифікують індуктивні датчики?

7. Які переваги та недоліки має індуктивний датчик диференційного типу?

8.Який діапазон переміщення плунжеру індуктивного соленоїдного датчику?

9.Що змінюється у вихідному сигналі диференційного індуктивного датчика при зміні напрямку переміщення плунжеру?

10.Яке положення якоря диференційного індуктивного датчика приймають за нуль відліку?

11.На який з індуктивних датчиків (простий, диференційний) менший вплив мають температура та напруга живлення та чому?

Література: [ 2 ], c 97…105 [ 3 ], c 63…65.

 

 

Лабораторна робота №4