Czujniki indukcyjne

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki
Instytut Technologii Mechanicznej
Laboratorium metrologii
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Temat ćwiczenia: Czujniki indukcyjne
Szczecin 2011
Czujniki indukcyjne
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie budowy, własności oraz sposobów wykonywania badań
i pomiarów przy pomocy czujników indukcyjnych. Końcowym efektem pomiarów będzie
wykreślenie charakterystyk pracy czujnika x=f(U) na podstawie pomierzonych wartości.
Wprowadzenie
Czujniki indukcyjne są jednymi z najczęściej wykorzystywanych czujników do
przetwarzania wielkości mechanicznych na wielkości elektryczne. Wykorzystuje się tutaj
zjawisko zmiany indukcyjności (własnej lub wzajemnej ) obwodu elektrycznego pod
wpływem zmian wielkości wejściowej. Czujniki indukcyjne to czujniki parametryczne,
wymagają one zewnętrznego zasilania w celu uzyskania informacji na temat zmian badanego
sygnału. Przetworniki indukcyjne zasila się napięciem zmiennym. Najczęściej sygnałem
wejściowym jest przesunięcie.
Klasyfikacja czujników indukcyjnych
a) dławikowe – wykorzystujące zmianę indukcyjności własnej
 dławikowy o zmiennej długości szczeliny
 dławikowy o zmiennej powierzchni szczeliny
 dławikowy różnicowy o zmiennej długości szczeliny
 dławikowy różnicowy o zmiennej powierzchni szczeliny
b) transformatorowe – wykorzystujące zmianę indukcyjności wzajemnej
Zasada działania
Ogólna zasada działania czujników elektrycznych polega na wywołaniu zmiany
określonej wielkości elektrycznej (np. oporu, indukcyjności, pojemności, zjawiska
fotoelektrycznego) wskutek przesunięcia liniowego trzpienia pomiarowego. Przyjmując
rodzaj zmienianej przez czujnik wielkości elektrycznej za podstawę klasyfikacji, rozróżnia się
czujniki: elektrostykowe, indukcyjne, pojemnościowe.
Czujniki indukcyjne wykorzystują zmianę indukcyjności własnej (czujniki
dławikowe)lub wzajemnej (czujniki transformatorowe) cewek przetwornika spowodowaną
przemieszczeniem elementu związanego z trzpieniem pomiarowym. Głowica pomiarowa
czujnika indukcyjnego składa się z zespołu cewek , rdzenia ferromagnetycznego połączonego
trzpieniem pomiarowym oraz sprężyny wywołującej nacisk pomiarowy. W skład
przetwornika wchodzi głowica i mostek pomiarowy , który na ogół stanowi integralną cześć
głowicy. Przemienne napięcie Uq wytwarzane przez generator , zasila przez mostek głowicę
pomiarową. W pewnym położeniu rdzenia cewki różnica napięć jest równa zera. Gdy rdzeń
cewki połączony z trzpieniem pomiarowym , zostanie przesunięty o pewną długość , ulegnie
zmianie indukcyjność cewki i spowoduje powstanie różnicy napięcia proporcjonalnej do tego
przesunięcia , o fazie zależnej od kierunku ruchu. Po wzmocnieniu sygnału we wzmacniaczu
wartość przesunięcia trzpienia pomiarowego może zostać odczytana z miernika z
analogowym lub cyfrowym urządzeniem wskazującym. Wskazanie zerowe urządzenia
wskazującego ustawia się za pomocą potencjometru połączonego z układem. Do celów
pomiarowych wykorzystuje się prostoliniową cześć charakterystyki czujnika , dopuszczając
odchyłkę prostoliniowości o 1% zakresu prostoliniowości, który jest większy lub równy
zakresowi pomiarowemu.
Główne zalety czujników indukcyjnych to:
2
Czujniki indukcyjne

możliwość uzyskania dużych przełożeń (rzędu 100000) i w związku z tym
małych wartości działki elementarnej,

możliwość uzyskania małych nacisków pomiarowych,

małe wymiary gabarytowe głowic pomiarowych,

możliwość pracy dwóch czujników w układzie sumującym lub różnicowym
(wskazanie miernika jest sumą lub różnicą wskazań każdego z czujników ) co
umożliwia ich łatwe wykorzystanie m.in. w selekcji wymiarowej i pomiarach
odchyłek kształtu i położenia,

rozdzielenie czujnika i urządzenia wskazującego ułatwia budowę przyrządów
czujnikowych do pomiaru wielu wymiarów.
Wady czujników indukcyjnych to:

relatywnie mała czułość (w porównaniu z innymi czujnikami),

pomiar tylko sygnałów przemiennych oraz zależności sygnału wyjściowego od
częstotliwości indukcji , co stwarza istotne problemy przy analizie przebiegów
odkształconych,

sygnał wyjściowy czujnika nie zależy wprost od indukcji B ale od jej pochodnej
dB/dt. Konieczne jest więc stosowanie układu całkującego na wyjściu czujnika –
układy takie mogą być źródłem dodatkowych błędów.
Opis ćwiczenia
Opis ćwiczenia powinien być poprzedzony wykazem urządzeń, który miał miejsce podczas
badania. Zasada dokonywania pomiaru i schemat (przykład poniżej dla szczeliny x0=1,5mm).
Schemat stanowiska pomiarowego
3
Czujniki indukcyjne
Tabela pomiarowa
Lp. Przemieszczenie Wskazanie
Wskazanie
Wskazanie Wartość
X [µm]
woltomierza woltomierza woltomierza średnia
dla przejścia dla przejścia dla przejścia Us [V]
nr 1 [V]
nr 2 [V]
nr 3 [V]
1
0
2
20
3
40
4
60
5
80
6
100
7
80
8
60
9
40
10
20
11
0
12
-20
13
-40
14
-60
15
-80
16
-100
17
-80
18
-60
19
-40
20
-20
21
0
Opracowanie wyników
Na podstawie tabeli pomiarowej należy wykreślić charakterystykę przetwarzania
badanego czujnika indukcyjnego x=f(Us).
4