Изучение индукционного датчика для направления сварочной головки по стыку.

 

Цель работы: ознакомление с конструкцией и принципом действия индуктивных датчиков.

 

Оборудование и материалы:

 

- лабораторный стенд;

- универсальный блок питания РОСТОК-2;

- запоминающий осциллограф С1-67.

 

Содержание работы:

В индукционных датчиках изменение контролируемого параметра вызывает изменение коэффициента индуктивной связи между двумя системами обмоток датчика, одна из которых питается переменным током, другая является выходной. ЭДС, наводимая в выходной об­мотке, зависит от числа витков этой обмотки ω, частоты питающего тока f и от величины потока ФМ, создаваемого первичной обмоткой:

f = 1 ÷ 5 кГц, но может быть 500 Гц и 50 Гц.

Конструктивно индукционные датчики представляют собой уст­ройство, состоящее из двух систем обмоток, размещенных на трех стержнях магнитопровода из Ш-образного трансформаторного железа (рис. 2.1).

 

Рис. 2.1. Индукционный датчик с Ш-образным сердечником

 

 

Диффер

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

енциальный индукционный датчик работает по принципу сравнения двух магнитных потоков (если конструкция содержит две первичные обмотки и одну вторичную), либо по принципу сравнения двух ЭДС (если в конструкции одна первичная обмотка и две вто­ричные). Датчики с Ш-образными сердечниками имеют существенные недостатки. Во-первых, вторичные обмотки оказывают влияние одна на другую. Во-вторых, вследствие наличия тока во вторичных об­мотках и появления вторичных потоков, каждый из которых проходит не только в сердечнике своей катушки, но и в сердечнике другой вторичной катушки, ярмо датчика и сердечников катушек приходится делать удвоенного сечения.

Такой индукционный датчик (рис. 2.2) не имеет указанных выше недостат­ков. Здесь сердечник также Ш-образный, но разделен на две половины немагнитной прокладкой. Благодаря тому, что каждая вторич­ная обмотка работает только на своем магнитном потоке, датчик с разделенным магнитопроводом имеет относительно меньшие габарит­ные размеры и значительно более высокую чувствительность (до 20 В/мм).

Разрешающая способность некоторых датчиков может быть сотые доли микрона. Это достигается тщательной экранировкой и регули­ровкой.

 

Рис. 2.2 Индукционный датчик с разделённым сердечником	Рис. 2.3 Характеристики индукционного датчика

 

Если первичные, обмотки размещены на крайних стержнях магнитопровода, а вторичная обмотка на среднем стержне, то магнитные потоки в среднем стержне противоположны по направлению. Величина этих потоков зависит от магнитного сопротивления их цепи на участках металла свариваемой детали. Если датчик симметричен от­носительно оси стыка, то потоки от обмоток взаимно уравновешива­ют друг друга и выходной сигнал отсутствует. С появление смеще­ния магнитный поток обмотки ближе расположенной к стыку, напри­мер, левой, будет меньше, чем поток правой обмотки из-за дейс­твия на ее магнитную цепь большого магнитного сопротивления воз­душного зазора. Уменьшается и коэффициент взаимоиндукции между левым и измерительным ω₂ контурами. В результате магнитные пото­ки в среднем стержне и ЭДС в измерительном контуре уже не будут уравновешены. На выходе датчика появляется напряжение, величина и фаза которого будут характеризовать смещение х.

Датчик сохраняет свои свойства при з

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

амене входа на выход. При этом сигнал датчика образуется как разность ЭДС, наводимых в крайних ω₁ и ω₁' выходных обмотках.

Достоинства:

1) Бесконтактность (нет скользящих контактов).

2) Тепловые шумы малы.

3) Высокая надежность.

4) Малые габариты.

5) Высокая разрешающая способность и коэффициент усиления.

Недостатки:

1) Влияние наводок.

2) Трудности с установкой нуля двухтактных датчиков (иногда при­ходится ставить компенсаторы).

3) Работают только на переменном токе.

Чувствительность датчика зависит от частоты питающего напря­жения и зазора между датчиком и стыком (h). Чем меньше зазор, тем больше чувствительность (рис. 2.4). Следует отметить, что при увеличении зазора чувствительность падает более резко, чем с уменьшением величины питающего напряжения.

Рис. 2.4 Зависимость чувствительности индукционного датчика от частоты питающего напряжения

 

Наиболее чувствительны индуктивные и индукционные датчики к превышению кромок. Превышение кромок вызывает смещение нуля дат­чика при отсутствии кривизны стыка. Компенсация смещения нуля от перекоса кромок – наиболее сложная задача при разработке таких датчиков.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Вопросы для контроля.

1. Назначение индукционных датчиков?

2. Конструкция индукционных датчиков?

3. Принцип работы индукционных датчиков?

4. От чего зависит чувствительность индуктивных датчиков?

5. В чём отличие датчиков с разделённым магнитопроводом от датчиков с Ш-образным магнитопроводом?

 

1. Назначение индукционных датчиков?

    Индукционные датчики предназначены для преобразования скорости линейных и угловых перемещений в ЭДС. Они относятся к датчикам генераторного типа. Принцип действия индукционных датчиков основан на законе электромагнитной индукции. Выходным сигналом индукционных датчиков является ЭДС, которая пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего витки катушки. Это изменение происходит за счет перемещения катушки в постоянном магнитном поле или за счет вращения ферромагнитного индуктора относительно неподвижной катушки

2. Конструкция индукционных датчиков?

Конструктивно индукционные датчики представляют собой уст­ройство, состоящее из двух систем обмоток, размещенных на трех стержнях магнитопровода из Ш-образного трансформаторного железа

3. Принцип работы индукционных датчиков?

Дифференциальный индукционный датчик работает по принципу сравнения двух магнитных потоков (если конструкция содержит две первичные обмотки и одну вторичную), либо по принципу сравнения двух ЭДС (если в конструкции одна первичная обмотка и две вто­ричные).

4. От чего зависит чувствительность индуктивных датчиков?

Чувствительность датчика зависит от частоты питающего напря­жения и зазора между датчиком и стыком (h). Чем меньше зазор, тем больше чувствительность (рис. 2.4). Следует отметить, что при увеличении зазора чувствительность падает более резко, чем с уменьшением величины питающего напряжения.

5. В чём отличие датчиков с разделённым магнитопроводом от датчиков с Ш-образным магнитопроводом?

Датчики с Ш-образными сердечниками имеют существенные недостатки. Во-первых, вторичные обмотки оказывают влияние одна на другую. Во-вторых, вследствие наличия тока во вторичных об­мотках и появления вторичных потоков, каждый из которых проходит не только в сердечнике своей катушки, но и в сердечнике другой вторичной катушки, ярмо датчика и сердечников катушек приходится делать удвоенного сечения.

Такой индукционный датчик (рис. 2.2) не имеет указанных выше недостат­ков. Здесь сердечник также Ш-образный, но разделен на две половины немагнитной прокладкой. Благодаря тому, что каждая вторич­ная обмотка

работает только на своем магнитном потоке, датчик с разделенным магнитопроводом имеет относительно меньшие габарит­ные размеры и значительно более высокую ч

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

увствительность (до 20 В/мм).

 

                                                                  

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3