Elemente sensibile inductive cu intrefier variabil

In figura de mai jos se prezinta varianta constructiva de baza si anume cu modificarea grosimii intrefierului prin deplasarea unei armaturi mobile in dreptul unui miez feromagnetic. Uzual, miezul este format din tole pe care se afla un bobinaj alimentat la o tensiune alternativa. O alta varianta constructiva este aceea la care infasurarile se dispun pe miezuri de ferita, iar armatura mobila este de asemenea realizata din material feromagnetic. Armatura mobila este solidara cu corpul a carui deplasare se masoara. Prin variatia fluxului, determinata de variatia reluctantei circuitului magnetic, variaza si inductanta, dupa formula:

unde N- numarul de spire,l_k - lungimea circuitelor magnetice, S_k - suprafetele de inchidere a fluxurilor magnetice; μ_k - permeabilitati magnetice.

Pentru schema din figura de mai jos se obtine:

unde x reprezinta cresterea, respectiv micsorarea intrefierului fata de cel din pozitia de referinta δ₀.

Relatia de mai sus evidentiaza o variatie neliniara, cu atat mai acurent continuuentuata cu cat domeniul de variatie al intrefierului este mai mare.

Element sensibil inductiv cu modificarea intrefierului

O ameliorare a liniaritatii, cu sensibilitate sporita, se obtine cu montajul diferential din figura de mai jos unde este prezentata si caracteristica de iesire.

Element sensibil cu modificarea intrefierului varianta diferentiala

a)schema de montaj

b)caracteristici statice

Intradevar, considerand :

in montajul in punte din figura de mai sus se obtine tensiunea de dezechilibru:

R trebuie sa fie relativ mic, pentru ca variatia relativa de inductanta sa determine o variatie aproximativ egala de impedanta. Din pacate, la aceste elemente sensibile nu pot fi satisfacute simultan conditiile de liniaritate si cele de sensibilitate, solutia compromis fiind:

Pentru se recomanda o variatie a intrefierului

Un alt aspect pentru obtinerea unei mai bune sensibilitati consta in obtinerea unui factor de calitate Q=Im Z/ReZ cat mai bun.

Elementele sensibile cu modificarea intrefierului se pot construi si ele in variante de tip transformator, atat simple cat si diferentiale.

Pentru prima situatie tensiunea de iesire in secundar va fi de forma :

unde k(δ) reprezinta factorul de cuplaj, dependent de deplasarea x. La varianta diferentiala tensiunea de iesire este:

unde δ₀ reprezinta intrefierul corespunzator pozitiei zero, iar Δx - deplasarea armaturii ce modifica intrefierul.

In ceea ce priveste adaptorul, transformatorul diferential cu modificarea intrefierului poate fi cuplat cu etaje de tip amplificator/redresor, dar mai frecvent se utilizeaza un montaj de tip oscilator cu cuplaj magnetic, realizat dintr-un amplificator si un cuadripol de reactie de tip circuit oscilant acordat.

Elemente sensibile cu modificarea intrefierului de tip transformator

a)varianta simpla

b)varianta diferettiala

Adaptor de tip circuit oscilant

a)schema de principiu

b)schema electrica

Schema de principiu din figura a de mai sus poate fi realizata ca in figura b, avand tranzistorul T_osc cuplat direct prin circuitul acordat Lc la colector, cu baza tranzistorului alimentata prin cuplaj magnetic. In functie de inductanta M a cuplajului, se realizeaza reactia negativa intrare-iesire, conditia de amorsare a oscilatiilor fiind S>CR/M, unde S este panta tranzistorului T_osc, iar R - rezistenta totala a circuitului oscilant.

Elementele sensibile de acest tip sunt caracterizate prin gabarit redus, rezolutie foarte buna si robustete sporita. Principala sursa de erori o constituie modificarile caracteristicilor magnetice ale miezului prin imbatranire. Domeniul mic le recomanda ca elemente de conversie intermediara in traductoarele de marimi mecanice bazate pe principiul balantei de forte.

In figura de mai jos este prezentat un element sensibil inductiv cu unitate de preluare a fortei de tip inel, in montaj diferential, astfel ca permite utilizarea unui adaptor de tip punte. Miscarea relativa intre cele doua brate ale armaturii feromagnetice in forma de U se face ca la aplicarea unui efort de compresie sa creasca reluctanta unei bobine prin apropierea bratului, in timp ce reluctanta cealalta scade datorita cresterii intrefierului. Puntea este completata cu doua rezistente .

Traductor de forta inductiv

Pe principiu asemanator functioneaza traductorul de cuplu a carui schema de principiu este prezentata in figura de mai jos.

Traductor de cuplu inductiv:

a)schema electrica

b)schema constructiva

Se constata posibilitatea de obtinere a unei scheme de masurare tip punte cu patru brate active. Axul de masurare are doua discuri, prevazute cu doua miezuri feromagnetice si doua bobine, astfel incat miezurile fixate pe un disc patrund in bobinele fixate pe celalalt disc si reciproc. Un sistem adecvat de inele colectoare permite alimentarea puntii si culegerea semnalului util. Pentru a evita insa erorile datorita contactelor alunecatoare, se poate folosi un sistem de cuplare magnetica, a carui schema de principiu este prezentata in figura de mai jos.

Sistem de cuplare fara contact Traductor de forta capacitiv

Acest sistem de cuplare consta din doua transformatoare cu o parte fixa si alta rotativa.  Factorul de cuplaj este influentat de faptul ca fluxul generat de U₁ nu este transferat integral in bobina interioara U₂. Pentru minimizarea fluxului de scapari se impune un aranjament perfect simetric si o axa de rotatie perfect centrata.