При перемещении якоря в направлении Х изменяется воздушный зазор δ, следовательно, меняется сопротивление магнитной цепи, что приводит к изменению индуктивности L цепи по гиперболическому закону и нелинейности характеристики:

, где  - магнитная проницаемость воздушного зазора, W – число витков обмотки; S – площадь поперечного сечения магнитопровода. При этом линейный участок составляет обычно (0,1- 0,15)δ, а диапазон перемещений – от нескольких микрометров до нескольких миллиметров

.

Рис. 4 а)                                                       Рис 4. б)

    Перемещение якоря в направлении z (рис. 4, а) изменяет площадь зазора ИП. Для таких ИП характерна линейная зависимость индуктивности от перемещения. Диапазон измеряемых перемещений увеличивается до нескольких сантиметров и даже десятков сантиметров для схем с использованием соленоидов.

    Погрешность индуктивных преобразователей составляет 0,1—1,5 %. При этом точность ИП можно  несколько повысить, применяя мостовые и дифференциальные схемы включения. На рис. 4, б показана мостовая схема ИП, в которой в одно из плеч моста включен ИП, а в противоположное плечо — переменная емкость С, шунтированная сопротивлением R₀. Перемещение якоря по Х (или по Z) приводит к изменению индуктивности и разбалансу моста. Соответственно будет изменяться выходное напряжение в диагонали моста пропорционально перемещению якоря.

    Электромагнитные  преобразователи, основанные на изменении  взаимной индукции между двумя системами  обмоток, называются трансформаторными или, более строго, взаимоиндуктивными.

    Конструктивно трансформаторный преобразователь (ТП) можно получить из индуктивного путем  применения двух обмоток (см. рис. 4, а), вторая обмотка обозначена штриховой  линией. Пои этом величина взаимоиндукции М определяется выражением:

    M=W₁W₂/Z_M,

где W₁, W2 — соответственно число витков первой и второй обмоток; Z_м — полное магнитное сопротивление.

Отсюда  следует, что, изменяя полное магнитное  сопротивление Z_M путем перемещения якоря (рис. 4, а) либо взаимную ориентацию обмоток и W₂ относительно друг друга, можно менять взаимную индуктивность. В первом случае структура построения ТП аналогична ИП, отличие заключается в наличии второй обмотки. Во втором случае одна из обмоток делается подвижной. Для повышения точности TП, как и в случае ИП, применяют мостовые и дифференциальные схемы включения. В частности, использование принципов развертывающего уравновешивания совместно с дифференциальной схемой включения ТП позволяет существенно повысить стабильность и линейность преобразования.

Так же к магнитоэлектрическим ПП можно  отнести магнитострикционные ПП, основанные на явлении, заключающемся  в том, что при изменении состояния  намагниченности тела его объем  и линейные размеры изменяются.

Емкостные преобразователи.

Емкостные преобразователи  основаны на зависимости электрической  емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения его обкладок и от диэлектрической проницаемости  среды между ними.

Для двухобкладочного плоского конденсатора электрическая  емкость

где ео—диэлектрическая постоянная; в — относительная  диэлектрическая проницаемость  среды между обкладками; в—активная площадь обкладок; 5— расстояние между обкладками.

Из выражения  для емкости видно, что преобразователь  может быть построен с использованием зависимостей С =f1(µ), С =f2(s), С=f3(ґ).

На рис. 5 схематически показано устройство различных емкостные  преобразователей. Преобразователи  на рис. 5, а представляют собой конденсатор, одна пластина которого перемещается под действием измеряемой величины х относительно неподвижной пластины. Изменение расстояния между пластинами 5 ведет к изменению емкости преобразователя.

Функция преобразования С = f3(ґ) нелинейная. Чувствительность преобразователя резко возрастает с уменьшением расстояния ґ, поэтому целесообразно уменьшать начальное расстояние между пластинами. При выборе начального расстояния между пластинами необходимо учитывать пробивное напряжение воздуха (10 кВ/см для воздуха).

Рис. 5. Емкостные преобразователи с изменяющимся расстоянием между пластинами (а), дифференциальный (б), дифференциальный с переменной активной площадью пластин (б) и с изменяющейся диэлектрической проницаемостью среды между пластинами (г)

Такие преобразователи  используются для измерения малых  перемещений (менее 1 мм).

Малое рабочее  перемещение пластин приводит к  появлению погрешности от изменения  расстояния между пластинами при  колебаниях температуры. Соответствующим выбором размеров деталей преобразователя и материалов эту погрешность можно значительно снизить.

В емкостных  преобразователях возникает усилие притяжения между пластинами, определяемое производной от энергии электрического поля и^ по пепемешению подвижной пластины.

где U и С — соответственно напряжение и емкость между пластинами.

Применяются дифферинциальные преобразователи (рис. 5, б), у которых имеется одна подвижная и две неподвижные пластины, При воздействии измеряемой величины х у этих преобразователей одновременно изменяются емкости С1 и С2.

На рис. 5, в показано устройство дифференциального емкостного преобразователя с переменной активной площадью пластин. Такой преобразователь целесообразно использовать для измерения сравнительно больших линейных (более 1 мм) и угловых перемещений. В этих преобразователях легко получить требуемый характер функции преобразования путем профилирования пластин.

Для измерения  выходного параметра емкостных  преобразователей применяются равновесные  и неравновесные мостовые схемы  и схемы с использованием резонансных  контуров. Последние позволяют создавать  приборы с высокой чувствительностью, способные реагировать на перемещения порядка 10"' мм.

Цепи с емкостными преобразователями обычно питаются током повышенной частоты (до десятков мегагерц), что вызвано желанием увеличить мощность, рассеиваемую в  преобразователе: P=UІwC (а следовательно, и мощность, попадающую в измерительный прибор), и необходимостью уменьшить шунтирующее действие сопротивления изоляции.

Достоинства емкостных  преобразователей — простота устройства, высокая чувствительность и возможность  получения малой инерционности  преобразователя.

Недостатки — влияние внешних электрических полей, паразитных емкостей, температуры, влажности, относительная сложность схем включения и необходимость в специальных источниках питания повышенной частоты.

 

ОБЗОР СОСТОЯНИЯ РЫНКА.

Производитель Baluff

Магнитные линейные энкодеры Balluff BML-S1A

 

Описание:

Высокоточная  магнитная инкрементальная система Balluff BML-S1A состоит из сенсорной магнитной  головки и магнитной ленты. Основа инкрементальной системы- неподвижная  магнитная лента в которой  находятся поля с постоянно чередующимися  полюсами. Расстоянием между периодическими магнитными полюсами, прежде всего, и определяется разрешение системы и точность. Движущийся над магнитной лентой датчик считывает информацию в соответствии с периодом и вырабатывает на выходе информацию о перемещении: стандартные прямоугольные или аналоговые синусоидальные импульсы.

Магнитные инкрементальные энкодеры Balluff BML-S1A используют бесконтактный способ считывания. Магнитная головка движется с  зазором 0.01.. 0.35 мм от ленты и не соприкасается с ней. Линейный инкрементальный энкодер Balluff BML-S1A достигает разрешения до 1 мкм, а максимальная скорость перемещения 20 м/с. Точность системы составляет 10 мкм. Поскольку принцип измерения магнитный, то, в отличии от оптических систем измерения перемещения, линейные энкодеры Balluff нечувствительны к внешним воздействиям, таким как: различные масла, пыль и др. Благодаря этому, магнитные линейные энкодеры Balluff находят свое применение в деревообрабатывающей и машиностроительной отраслях промышленности.

Индуктивные датчики линейных перемещений Balluff Micropulse BIW с аналоговым выходом

Описание: Линейные потенциометры уже долгое время используются для измерения линейных перемещений на производстве. Однако, не смотря на невысокую стоимость, они имеют серьезный недостаток- малый срок эксплуатации, в следствии механического износа контакта. Бесконтактные датчики линейных перемещений обладают более высокой надежностью, сроком эксплуатации, точностью, но при этом высокая цена и несовместимость корпусов с линейными потенциометрами накладывали ограничения на их использование. Новые датчики линейного перемещения Balluff BIW1 лишены недостатков, которыми обладают потенциометрические датчики линейных перемещений. 

 

          Новый датчик Micropulse BIW использует запатентованную импульсно- индуктивную технологию, которая обеспечивает датчику перемещения Balluff высокую эффективность, долгий срок службы, механическую совместимость с линейными потенциометрами и низкую стоимость. Электроника заключена в прочный алюминиевый корпус. Стандартные аналоговые выходные сигналы: 0.. +10 V; -10.. +10 V; 0.. 20 mA; 4.. 20 mA и высокое разрешение.

 

  Все это  позволяет использовать датчики  линейных перемещений Balluff Micropulse BIW в термопластавтоматах, упаковочной  промышленности, задачах в гидравлике и пневматике, вместо аналоговых линейных потенциометров.

Магнито-индуктивные датчики линейных перемещений Balluff BIL с аналоговым выходом

 

Описание: Магнито-индуктивные датчики линейных перемещений Balluff SmartSens BIL прекрасно подойдут для измерения перемещений в диапазоне до 160мм. Положение определяется пассивным позиционным магнитом. Balluff BIL имеют на выходе линейный аналоговый выходной сигнал (0.. 10 В или 4.. 20 мА) пропорциональный пройденному пути в диапазоне измерения. Магнитоиндуктивные датчики линейных перемещений Balluff BIL имеют очень компактный корпус и легко монтируются. Для компактных пневмоцилиндров Balluff предлагает датчики Micro-BIL, измерительный сенсор легко монтируется в T-слот цилиндра. Плюсы датчиков линейных перемещений Balluff BIL: бесконтактное определение положения объекта; нечувствительность к загрязнениям; отсутствие механического износа; нечувствительность к ударам и вибрации; абсолютный выходной сигн ал.

Магнитострикционные датчики линейных перемещений Balluff Micropulse в профильном корпусе P с цифровым выходом.