Индуктивные преобразователи в народном хозяйстве

July 5, 2015 by admin Комментировать »

Индуктивные преобразователи можно разделить на две группы: низкочастотные и высокочастотные. Действие и тех и других основано на изменении индуктивности катушки преобразователя под влиянием преобразуемой входной величины. На низких частотах индуктивность определяется параметрами конструкции преобразователя: типом и размерами сердечника, его магнитной проницаемостью, количеством витков и диаметром проволоки катушки, зазором δ в магнитной цепи, положением сердечника в соленоидной катушке, концентрацией материала в наружной части магиитопровода и другими параметрами. Обычно в качестве преобразуемых такими датчиками входных величин выбираются величина зазора, положение катушки относительно сердечника и концентрация магнитных материалов в наружной части магиитопровода.

На высоких частотах становятся существенными потери на вихревые токи, так что действующее значение индуктивности становится зависящим от частоты.

Рис. 2-12.

На рис. 2-12 представлены схемы низкочастотных индуктивных преобразователей. Преобразователи с переменным зазором (рис.

2-                     12, а, б) используются для измерения перемещений от 0,01 до 5,0 мм. Преобразователь на рис. 2-12,6 дифференциальный. Он обладает большей чувствительностью. Для измерения перемещений от 3 до 100 мм используются преобразователи соленоидного типа (рнс.

2-                     12,в), которые могут быть также простыми и дифференциальными. В преобразователе, изображенном на рис. 2-12, г, индуктивность изменяется при изменении свойств наружной части магиитопровода, в качестве которой может быть использована контролируемая пасто-

образная масса с вкрапленными в нее частицами магнитного материала (например, концентрат железной руды). В зависимости от изменения концентрации вкрапленных частиц будет изменяться и индуктивное сопротивление преобразователя. Для измерения угловых перемещений используется преобразователь, изображенный на рис. 2-12,(9.

Рис. 2-13.

Рис. 2-14.

Измеритель дисбаланса главного барабана чесальной машины (авторы конструкции Ю. И. Куроедов н В. Н. Рябичев). Датчик выполнен на Н-образиом сердечнике, набранном из пластин трансформаторной стали. Его конструкция и расположение обмоток показаны на рис. 2-13. Измеритель дисбаланса работает следующим образом. На обмотку рис. 2-13, б to подается наприжеине от генератора, выполненного на транзисторах Т\ н 7* по двухтактной схеме. Измерительные обмотки намотаны на четырехполюсных наконечниках сердечника и соединены последовательно так, что при наличии тока в обмотке возбуждения Lq сигнал на выходе 4—5 равен нулю. Когда к одному из полюсов поднесен ферромагнитный материал, магнитные потоки внутри сердечника перераспределяются и на выходе появится сигнал разбаланса. Величина этого сигнала фиксируется стрелочным индикатором. Разбаланс при прочих равных условиях и однородном ферромагнитном материале зависит от расстояния между по-

люсным наконечником н испытуемым ферромагнетиком. Так, если датчик поднести к металлической пластине и один из полюсов будет ближе к пластине, а другой дальше, то на выходе прибора также появится сигнал разбаланса. Этот сигнал будет тем больше, чем больше разница в зазорах между полюсами и испытуемым материалом. При проведении практических измерений датчик устанавливают вдоль образующей (параллельно оси) главного барабана, и чем ближе датчик будет установлен к его поверхности, тем чувствительнее он будет реагировать на дисбаланс барабана.

Датчик давления (авторы конструкции Р. А. Губанов и Г. Л. Бараночников). Жидкость (рис. 2-14), давление которой необходимо измерить, поступает через отверстие в крышке / н давят на дно 3 корпуса 2. Толщина дна выбирается в зависимости от диапазона измеряемых давлений. С дном болтом 4 жестко связана втулка 7 (шток), которая через пружину давит на мембрану 6, Мембрана расположена между катушками 5. Соединение датчика с электрической частью схемы осуществляют посредством штепсельного разъема $, экранированным многожильным кабелем 9. Измеритель давления с таким датчиком показан на рис. 2-15. Он состоит из задающего генератора, выполненного по схеме двухкаскадного усилителя (74 и 7s), охваченного глубокой обратной связью через фазосдвнгающую ЯС-цепочку (мост Вина). Генератор вырабатывает переменное напряжение частотой 400 Гц. Это напряжение через согласующий каскад — эмнттерный повторитель (транзистор 7$) подается на усилитель мощности, выполненный по трансформаторной схеме на транзисторах 7т—79. Со вторичной обмотки трансформатора 7р8 (обмотки 3 и 4) напряжение весущей частоты поступает на вход питания мостовой измерительной схемы, которая представляет собой сдвоенный мост с фазочувствительиым детектором.

Резисторы Яг, Яз и тумблеры П ы и /7Ь2 служат для установки диапазона измерения. Балансировка мостов осуществляется индукционными потенциометрами A/Tfj.j и И/7^2 Эти потенциометры по конструкции напоминают индуктивные дифференциальные датчики н позволяют плавно изменять реактивное сопротивление; они обладают довольно высокой стабильностью своих характеристик. Для тарирозки прибора используется вторая пара индуктивных потенциометров (Ш72_|И и/72-г)* которые включаются вместо катушек датчика. Сигнал разбаланса моста с фазового детектора поступает на стрелочный индикатор — микроамперметр М265 на 100 мкА. Для того чтобы иметь возможность регистрировать сигнал стандартным светолучевым (шлейфовым) осциллографом, в схеме предусмотрен трехкаскадиый усилитель постоянного тока, выполненный по параллельно-балансной схеме на транзисторах Т10—7j5. Пары транзисторов тщательно подобраны по своим характеристикам. Усилитель позволяет при входном токе 100 мкА питать гальванометр шлейфового осциллографа током 4—5 мА.

Индуктивный дифференциальный датчик давлении (авторы конструкции В. Б. Скварковский, Л. Н. Климчеико н Г. Ф. Жаткин). Действие датчика (рис. 2-16, а) основано на изменении реактивного сопротивления катушки с железным сердечником при изменении воздушного зазора между сердечником н якорем. Перемещение якоря определяется давлением на мембрану. Между двумя катушками с сердечниками 3 н 4 помещен якорь 5, жестко соединенный с двумя

Рис. 2-15.

Рис. 2-16.

стальными мембранами. Толщина наружной мембраны / значительно меньше внутренней 2, поэтому давление в основном воспринимается внутренней мембраной. Наружная мембрана защищает внутреннюю от влияния высоких температур. Корпус датчика охлаждается трансформаторным маслом, нагнетаемым во внутреннюю полость между мембранами через штуцер 6. На рис. 2-16, б показан внешний вид того же датчика в сборе.

Другая конструкция индуктивного датчика вибраций показана на рис. 2-17,0. Он представляет собой дифференциальный датчик соленоидного типа. На каркасе / намотаны две секции обмоток 2, Внутри катушки перемещается ферритовый сердечник 3. В зависимости от степени натяжения пружины 4> устанавливаемой стопорами 5, датчик может регистрировать вибрации частотой от 0 до 300 Гц. Максимальная амплитуда регистрируемых вибраций 5 мм. Внешний вид датчика показан на рис. 2-17,6.

Несколько слов об особенностях выбора материалов для изготовления индуктивных преобразователей. При изготовлении сердечников низкочастотных индуктивных преобразователей, работающих на частотах до 100 Гц, применяют стали марок Э-21, Э-31, Э-46,

Э-330. Для преобразователей, работающих в диапазоне частот 500— 1000 Гц, используют высокочастотные марки сталей с толщиной листа 0,2—0,3 мм. На более высоких частотах применяют пермаллои и ферриты. При изготовлении обоймы, стягивающей магнитопровод, рекомендуется выбирать материал с температурными свойствами, близкими к температурным свойствам материала сердечника. Отдельные пластины магнитопровода лучше склеивать.

Действие высокочастотных индуктивных преобразователей основано на следующем. Если через катушку индуктивного преобразователя пропустить переменный ток и в созданное им магнитное поле поместить проводящий материал, то индуктивность и добротность катушки изменятся. Это связано с тем, что в проводящих материалах, находящихся в переменном магнитном поле, наводятся вихревые токи, на образование которых затрачивается часть энергии вызвавшего их поля. В свою очередь вихревые токи вызывают вторичное магнитное поле, направленное против первичного и тем самым ослабляющее его. Потерн энергии на образование вихревых токов в проводящей среде равносильны уменьшению добротности индуктивного преобразователя, а ослабление первичного электромагнитного поля вторичным равносильно уменьшению его индуктивности. Изменяя в широких пределах напряженность и частоту магнитного поля, можно в значительных пределах изменять чувствительность преобразователя, приспосабливая его для исследования интересующих нас свойств среды.

На рис. 2-18,а схематично показан датчик для контроля изменения диаметра проволоки (чувствительность— доли микрон). Конструкция датчика для контроля влажности сыпучих материалов с погрешностью до 2— 3%, изображена на рис. 2-18,6. На рис. 2-18, в приведена схема датчика для определения концентрации раствора, на рис. 2-18, г— для определения концентрации

рудного проводящего материала в породе, на рис. 2-18, д— для определения наличия дефектов (трещин, раковин) в металлических изделиях.

При конструировании высокочастотных индуктивных преобразователей особое внимание надо уделять их экранировке. Соединение датчика с измерительной схемой должно производиться высокочастотным коаксиальным кабелем с согласованным волновым сопротивлением. Для питания индуктивных высокочастотных преобразователей используются генераторы высокой частоты со схемами стабилизации частоты.

На конструктивных особенностях конкретных датчиков мы останавливаться не будем, так как-они целиком определяются задачами, связанными с применением. Как правило, индуктивные датчики выполняют в виде катушек с рядовой намоткой или намоткой типа «универсаль». Катушки помещают в экран из латуни или дюралюминия (дюраля). Схемы включения высокочастотных индуктивных датчиков мало отличаются от схем включения емкостных датчиков· Катушка датчика часто является составным элементом колебательного контура генератора или питается напряжением от отдельного ‘ генератора, и изменение ее параметров, связанных с параметрами исследуемого материала, фиксируется схемой, подобной схеме обычного Q-метра.

Электронный микрометр (автор конструкции А. Князьков). Прибор (рис. 2-19) предназначен для измерения диаметра медного провода, пропускаемого для этой цели внутри катушки Lz, являющейся

Рис. 2-19.

датчиком прибора (подобен датчику на рис. 2-18,а). Прибор состоит из генератора высокой частоты, выполненного по двухтактной схеме на транзисторах Г, и Гг, и измерительной схемы. Напряжение генератора с индуктивности L·^ поступает на измерительную компенсационную схему, состоящую из двух взаимокомпенсируемых по напряжению цепей (Ди Rq и Д% Сб, Съ Ц) и стрелочного нуль-индикатора, в качестве которого используется чувствительный микроамперметр. Частота напряжения, вырабатываемого генератором, 15 МГц. Частота настройки контура L3, С6, С7 смещена в область более высоких или более низких частот так, чтобы рабочая точка находилась в середине «прямолинейного участка» верхнего илн ннжнего спада резонансной кривой. В этом случае схема работет как частотный дискриминатор. Чувствительность прибора к измеряемой величине тем выше, чем острее резонансная характеристика контура, т. е. чем выше его добротность. Для непрерывного измерения диаметра провода, пропускаемого через датчик, достаточно подключить параллельно стрелочному индикатору самопишущий прибор с установленным на его входе согласующим усилительным каскадом (эмиттерный повторитель). Настройка прибора сводится к смещению резонансной характеристики контура в область более высоких или более низких частот. Это достигается изменением емкостей подстроечных конденсаторов Сг и С7. Градуировка шкалы прибора сводится к проведению серии измерений с проводами известного диаметра. Основное достоинство прибора в том, что ои обеспечивает непрерывные измерения диаметра провода и на его показания не оказывает влияние лаковое защитное покрытие проводов.

Данные контуров прибора: катушка L\ намотана на полистироловом каркасе диаметром 6 мм в один слой и содержит 21 виток провода ПЭЛ 0,31 с отводом от середины. Ширина намотки 10 мм. Катушка £г намотана тем же проводом поверх катушки L\ и содержит 10 витков. Катушка L% (датчик) намотана на керамическом каркасе с наружным диаметром 4 мм и внутренним — 2 мм. Она содержит 42 витка провода ПЭЛ 0,2.

Металлоискатель (рис. 2-20) предназначен для обнаружения металлических предметов на глубинах до 1 м. Он состоит из двух генераторов высокой частоты: опорного (транзистор Γι) и измери-

тельного (транзистор Г2), днодно-резисторного смесителя (диодД^, на котором выделяется сигнал разностной частоты (биений), и усилителя НЧ с громкоговорителем на выходе (транзисторы Гз — Гб). Колебательный контур измерительного генератора Гг, С9 является датчиком прибора. Принцип действия устройства основан на изменении индуктивности катушкн Г2 при приближении ее к металлическому предмету.

Источник: Смирнов А. Д., Радиолюбители — народному хозяйству. — 2-е изд., перераб. и доп. — М: Энергия, 1978. — 320 с., ил.— (Массовая радиобиблиотека; Вып. 957).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты