Принцип действия индуктивных и трансформаторных датчиков основан на явлении изменения индуктивности или взаимоиндуктивности катушки со стальным сердечником при перемещении подвижной части магнитной системы (стального ярма). Они получили очень широкое распространение благодаря простоте и надежности конструкции, большой мощности на выходе и отсутствию подвижных контактов. Индуктивные и трансформаторные датчики работают от сети переменного тока на частотах от 50 Гц до нескольких килогерц и могут замерять линейные и угловые перемещения в диапазоне от десятых долей микрона до нескольких десятков миллиметров.
Схема простейшего индуктивного датчика с плоским подвижным якорем приведена на рисунке 5.3, а, а его характеристика— на рисунке 5.3, б. Входной величиной датчика является изменение воздушного зазора δ, выходной— ток Iп во вторичном приборе П. Величина тока Iп зависит от индуктивного сопротивления обмотки и активных: сопротивлений обмотки и прибора. Индуктивное сопротивление прибора меньше, чем датчика, и им можно пренебречь. Индуктивность катушки с учетом двух воздушных зазоров определяется по приближенной формуле:
гн.
Ток на выходе
где R = Rоб + Rп— суммарное активное сопротивление обмотки и вторичного прибора, ом;
ωL — индуктивное сопротивление обмотки, ом;
w —число витков катушки;
S — поперечное сечение магнитопровода, м2;
δ — воздушный зазор, м.
Чувствительность датчика без учета активного сопротивления R:
Простейший плоскостной датчик применяется очень редко, так как имеет серьезные недостатки: его характеристика II линейна в очень узкой области и сильно отличается от расчетной характеристики I, точность и чувствительность невелики, фаза выходного сигнала не изменяется при смене знака входной величины.
Наиболее широкое распространение получили дифференциальные датчики. В дифференциальном датчике входной величиной является смещение плунжера (якоря) относительно среднего положения, а выходной — геометрическая разность токов I1 – I2 (рис.5.3, в и г). При нейтральном положении плунжера I1 = I2 и, следовательно, ток во вторичном приборе отсутствует. При смещении плунжера изменяются индуктивные сопротивления обмоток датчика, поэтому нарушается равенство токов I1 и I2 и появляется выходной сигнал. Фаза выходного сигнала зависит от направления отклонения плунжера.
На рисунке 5.3, д показана схема трансформаторного датчика угла поворота. При α1 = α2 = 0 э.д.с. в обмотке среднего сердечника не наводится, поскольку магнитные потоки, создаваемые намотанными в противоположном направлении обмотками крайних сердечников, равны и направлены встречно. При смещении якоря магнитное сопротивление для потока одной обмотки увеличивается, а для потока второй — уменьшается, вследствие чего на выходе датчика появляются напряжение и ток.