Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Induktív átalakító blokkvázlata Az induktív jelátalakítók bemenő jele elmozdulás, vagy erő, kimenő jele pedig induktivitás (L), vagy kölcsönös induktivitás (M). μ = μ0 . μr ahol: „n” = a tekercs menetszáma, G - geometriai tényező. Induktív érzékelők változatai.

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Induktív érzékelők változatai.

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Zárt és nyitott induktív átalakítók Annak megfelelően, hogy az erővonalak hol haladnak nagyobb mértékben, levegőben vagy vasban beszélünk zárt és nyitott mágneskörű induktív átalakítókról. Természetesen ennek megfelelően az erővonalak záródhatnak teljes egészében a levegőben, illetve a vasban. A következőkben hasonlítsuk össze a kétféle átalakítót. Összehasonlítást az induktivitás, érzékenység és üzemi frekvencia alapján szokás elvégezni. a, Induktivitás a zárt vasmagos kivitelnél sokkal nagyobb, mint a nyitottnál, mert mint tudjuk μr >> μ0. b, Érzékenység a zárt vasmagos kivitelnél szintén lényegesen nagyobb, mert itt a légrés mértéke változik, ezért a mágneses energia változása is nagy, hiszen a mágneses energia jelentős része a légrésben van. c, Üzemi frekvencia a légmagos induktivitásnál sokkal nagyobb lesz, mint zárt vasmagos esetben, mert a tekercs jósági tényezőjét nem rontja a vasveszteség. A jósági tényező (Q) megadja, hogy rezonanciafrekvencián: a rezgőkör „C” vagy „L” elemén hányszor nagyobb a feszültség az energiaforrás feszültségénél.

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Nyitott mágneskörű induktív átalakítók Az ábra mutatja az egyszerű légmagos tekercsek kölcsönös induktivitásának változását a tekercsek távolságának függvényében. Ezek a görbék mérések alapján vannak felvéve és láthatóan nemlineárisak. A grafikon koordinátarendszerében a vízszintes tengelyen az x/R relatív távolság, a függőleges tengelyen pedig a fajlagos kölcsönös induktivitás látható.

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Geometriai tényező változásán alapuló induktív átalakító. Nyitott mágneskörű induktív átalakítók Az „x” elmozdulással létrejött görbe alakja látható az ábrán. Az induktivitás értéke a vasmag mindenkori helyzetének függvénye. Az „x” elmozdulással létrejött görbe alakja nemlineáris és x = ± ∞ - nél sem zérus, mert minden légmagos tekercs a benne lévő vasmag nélkül is rendelkezik egy véges induktivitás értékkel, amelyet nevezünk „L0”- nak. Vasmagos nyitott mágneskörű átalakító ahol: „x” a tekercs és vasmag középpontjainak távolsága, „l” a tekercs hossza, „L0” a légmagos tekercs induktivitása, „Lmax” a maximális induktivitás és „k” állandó (kb. 4). A karakterisztikát általában mérésekkel alakítják ki és nem elméleti úton.

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Geometriai tényező változásán alapuló induktív átalakító. Nyitott mágneskörű vasmagos különbségi átalakítók 5.7. ábra. Nyitott mágneskörű vasmagos különbségi átalakító A nyitott mágneskörű átalakítók előnyei, hogy: - 1…3,5 cm-es elmozdulásokra is alkalmazhatók, - üzembiztosak, nincs érintkező alkatrész, jól használható hermetikus térben is. Hátrányuk viszont, hogy: kicsi az érzékenysége, ezért kis elmozdulások mérésére nem alkalmas, a karakterisztika csak közelítőleg lineáris, - árnyékolni célszerű, mert érzékenyek a zavaró mágnesterek hatásaira. Zárt hüvelyű különbségi átalakító

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Geometriai tényező változásán alapuló induktív átalakító. Zárt mágneskörű induktív átalakítók Zárt mágneskörű induktív átalakítók Zárt mágneskörű induktív átalakítókra mutat néhány példát az ábra.

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Egyszerű zárt mágneskörű induktív átalakítók A mágneskör felépítése az ábrán látható. A jelátalakító jelölései a következők: „n” menetszám, „δ” a légrés mérete, „A1” állórész vasmag kereszt-metszete, „A2” a záró test vasmag keresztmetszet, „lvl” az állórész közepes erővonal hossza, „lv2” a zárótestben mért közepes erővonal hossz, „μr” az állórész és zárótest relatív permeabilitása, „μ0” levegő permeabilitása 5.11. ábra. Egyszerű zárt mágneskörű átalakítók Érzékenység Átalakítási tényező: Az induktivitás változása mindig a relatív légrés méret változásának a -1- szerese,

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Egyszerű zárt mágneskörű induktív átalakítók Mért és számított érték közötti különbség A méréssel történő kialakítás, ill. annak ellenőrzése pontosabb eredményt ad, mint az elméleti összefüggések. Látható, hogy δ=0 esetén L ≠ ∞ és δ = ∞ esetén L ≠ 0.

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Egyszerű zárt mágneskörű induktív átalakítók Az egyszerű zárt mágneses-körű induktív átalakító mágneses körének geometriai tényezője változhat még akkor is, ha a felület változik. Ekkor egyszerű esetben a geometriai tényező lineárisan változik: Felületi változás alapján működő átalakítók Ha a zárótest „x” irányba elmozdul, akkor megváltozik a légrés felülete (A’), ezzel megváltozik az induktivitás értéke is, amely az elmozdulásnak jó közelítéssel lineáris függvénye.

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Zárt mágneskörű különbségi átalakítók Felületi változás alapján működő átalakítók Látható, hogy differenciál átalakító két darab egyszerű zárt mágneskörű induktív átalakító szembekapcsolásával épült. Így a kimeneti mennyiség az „L1” és „L2” különbsége, amelyet váltakozó áramú szempontból hídkapcsolásban alkalmazzuk.

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Zárt vasmagos induktív jelátalakítók

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Zárt vasmagos induktív jelátalakítók

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Kölcsönös induktivitás változáson, alapuló induktív jelátalakítók. Két tekercs van a vasmagra csévélve, amelyek közül bármelyik lehet a gerjesztő tekercs. Ezek közül valamelyikre feszültséget kapcsolunk. A kimeneti jel a másik tekercs feszültsége, amely a szórt mágneses tér miatt változik. A gerjesztő fluxus láthatóan két részre oszlik, a vasban haladó fluxusra és a szórt fluxusra. Zárt mágneskörű átalakító Hogy e két részfluxus hogyan oszlik meg egymás között, azt a mindenkori légrés méret határozza meg, így tehát a légrésméret függvénye. A karakterisztika nemlineáris.

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Zárt mágneskörű differenciál transzformátor Zárt mágneskörű differenciál átalakító Ez a megoldás szintén a kölcsönös induktivitás változásán alapul, de a különbségi induktív átalakítók közé tartózik. Elvi kialakítása az ábrán látható. Az ábra jelölései: „δ1” és „δ2” légrésméretek, „A” vasmag keresztmetszete, „ng” a gerjesztő tekercs menetszáma, a gerjesztett fluxus, „”és „” a szekunder tekercsek fluxusa, „Ug” a gerjesztő feszültség, „I” áram és „Uk” a kimenő feszültség. A működésének elvi alapja, hogy milyen a fluxuselosztás a légrések között.

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Az ábra néhány zárt mágneskörű kölcsönös induktivitás változásán alapuló átalakítót mutat.

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Zárt mágneskörű rövidzárgyűrűs differenciál-transzformátoros átalakító Rövidrezárt gyűrűs induktív átalakító A fluxusváltozás egy másik módját mutatja az ábra. A működése azon alapul, hogy a légrésben mozgó rövidzárgyűrű elmozdulásakor a rövidzárban folyó örvényáramok által indukált fluxus megváltoztatja a szekunder tekercs keresztmetszetén áthaladó fluxust. A statikus karakterisztika mindkét megoldásnál jó közelítéssel lineáris.

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Kölcsönös induktivitás változáson, alapuló induktív jelátalakítók. Átalakítók jellemző paraméterei Az átalakítók jellemzésére a következő paramétereket szokás megadni: - mérési tartomány, - kimeneti impedancia, - érzékenység, vagy átalakítási tényező, - linearitás, karakterisztika, - mechanikai és villamos energiaigény, - zavarérzékenység, - pontosság, - határadatok és megbízhatósági adatok.

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Inductosyn Az inductosyn egy huzalozott pályából és csúszkából áll. A két rész kb. 0,1…,15 mm légréssel van egymástól elválasztva. A csúszka két tekercset tartalmaz. Ezek egymáshoz képest negyed osztással el vannak tolva. A pálya (állórész) tekercselését néhány kHz-es váltakozó feszültséggel gerjesztik, amelynek hatására a csúszka tekercseiben feszültség indukálódik. Ez a feszültség arányos a csúszka tekercsei és a pálya tekercse közötti kölcsönös induktivitással. Az induktivitás pedig arányos a csúszka elmozdulásával. A kimenő feszültségek. Látható, hogy a kimenő feszültség szinusosan változik egy osztáson belül, de az osztások számlálása más eszközökkel történik. Az elérhető feloldás: 2…3 μm, szögmérésnél pedig 0,05’. Eltolás a fel-lefutó él előre hátra irány jelzésére. Speciális kialakítású átalakító

Automatikai építőelemek 7. Induktív átalakítók Kölcsönös induktivitás változáson, alapuló induktív jelátalakítók. 2. Előnyök A zárt mágneskörű átalakítók viszonylag nagy érzékenységgel rendelkeznek, ezért kis elmozdulások mérésére is alkalmasak (0,01….15mm), - kevésbé érzékenyek külső zavarokra, - üzembiztosak - gyakorlatilag nincs súrlódás. Hátrányok - Nyitott kivitel érzékeny a külső zavarokra, ezért árnyékolni kell. - Zárt kivitelnél fennáll a hőmérsékletérzékenység, telepítésük bonyolult. - A „B-H” mágnesezési görbe nemlinearitása miatt a permeabilitás függ a tápfeszültségtől. -- Sajnos ugyanez a helyzet a villamos impedancia szempontjából is. Ha ez változik, akkor változik a tekercsen átfolyó áram és az általa létrehozott térerősség (visszahatás).

Automatikai építőelemek 7. Köszönöm a figyelmet!