Villamosságtan | Felsőoktatás » Induktív mérőátalakítók és mérőköreik

32. Induktív mérőátalakítók és mérőköreik Az induktív mérőátalakítók a mérendő fizikai mennyiség változásának hatására induktivitás változást hoznak létre. A mérendő fizikai mennyiség nagysága és a mérőátalakító induktivitása között egyértelmű kapcsolat adható meg. Az induktív mérőátalakítók induktivitásának változását a mágneses kör ellenállásának változtatásával hozzuk létre. A mágneses Ohm törvényt alkalmazva egy n menetű tekercsre, melyben I áram folyik: n I = Rm Φ1 ahol R m a mágneses kör mágneses ellenállása, Φ 1 egy menet fluxusa: Φ 1 = (n I) / R m A teljes tekercs fluxusa: Φ = n * Φ 1 = (n2 / R m ) I Ezt a kifejezést behelyettesítve a Faraday törvénybe: E i = dΦ / dt = (n2 / R m ) (dI / dt) Mivel E i = L (dI / dt) L = (n2 / R m ) Tehát egy tekercs önindukciós tényezője arányos a menetszám négyzetével és fordítottan arányos a mágneses ellenállással. Egy l hosszúságú, A

keresztmetszetű, µ permeabilitású anyag mágneses ellenállása: R m = l / (µ 0 µ r A) Ebből látszik, hogy a mágneses ellenállás változtatása, vagy a mágneses úthossz, vagy a permeabilitás változtatásával lehetséges. Az előbbi módon működnek a nyitott és zárt mágneskörű átalakítók, az utóbbi elven a magnetoelasztikus átalakítók. Zárt mágneses körű átalakítók: Zárt mágneses körű az átalakító, ha az indukcióvonalak kis légréstől eltekintve vasmagon keresztül záródnak. Az ilyen típusú átalakítók karakterisztikájára jó közelítést kapunk, ha egy L = [K / (d + a)] + L S alakú hiperbola egyenletet alkalmazzuk. A zárt mágneskörű átalakítók karakterisztikája csak kis szakaszon tekinthető lineárisnak, viszont az induktivitás erősen függ a légrés méretétől. Ezért az átalakító kis elmozdulások mérésére alkalmas. A zárt vasmag következtében külső zavaró terekre kevésbé érzékeny Nyitott

mágneses körű átalakítók: Olyan vasmagos tekercsek, melyekben a vasmag mozgatható. Ha nincs a vasmag a tekercsben, a tekercs induktivitása L0 . Ha vasmagot helyezünk a tekercsbe és fokozatosan egyre beljebb toljuk, fokozatosan csökken a tekercs mágneses ellenállása, azaz növekszik az induktivitás. A maximális induktivitást akkor érjük el, amikor a vasmag teljesen kitölti a tekercset. Egy ilyen átalakító karakterisztikája a következő kifejezéssel közelíthető meg: L = L 0 + K * e-k [(1 – (x / l) (1 – (x / l)] A karakterisztika jóval hosszabb lineáris szakasszal rendelkezik, mint a zárt mágneses körű átalakítók. Ezért az átalakító nagyobb elmozdulások mérésre alkalmas Magnetoelasztikus mérőátalakítók: Működése azon alapul, hogy külső erő hatására a vas mágneses tulajdonsága, így permeabilitása megváltozik. Ez a m ágneses ellenállás megváltozását vonja maga után Ha a vasmagra tekercset helyezünk, erő hatására

a tekercs induktivitása változni fog. Az olyan típusú mérőátalakítónál, ahol 2 tekercset helyezünk el a vasmagra a működés elve azon alapszik, hogy adott gerjesztés hatására létrejövő fluxus függeni függ a mágneses ellenállástól. Tehát ha az egyik tekercset gerjesztjük, a másik tekercsen mérhető feszültség az átalakítóra ható erő függvénye lesz. Előnye, hogy könnyen előállíthatók kis méretben. Nagy erők mérésére alkalmasak Megbízhatóan üzemelnek. Induktív adók mérőkörei: Induktív adók induktivitás változása közvetlenül induktivitás méréssel, kiegyenlített híddal, pl. Maxwell híddal detektálható Gyakrabban alkalmazzák azonban hídkapcsolásban úgy, hogy elmozdulás jelet alakítanak át feszültség jellé. Ilyenkor a híd kiegyenlítetlen A híd kimenő feszültsége arányos az elmozdulással. Mérőátalakítónál igen gyakran alkalmaznak differenciál kialakítást. A differenciál kialakítású induktív

adó két teljesen azonos induktív adó, úgy elhelyezve, hogy a bemenő jel hatására az egyik átalakító induktivitása nő, a másiké csökken. Ha az így kialakított differenciál kialakítású átalakító képezi a h íd felét, az érzékenység a kétszeresére nő. Előnye, hogy megnő a lineáris tartomány, a zavaró paraméterek csak csökkentve fejtik ki hatásukat. A tekercsek ohmikus ellenállását azonosnak tekintjük: R L1 = R L2 U AC = [U T / (Z 1 + Z 2 )] Z 1 és U AB = U T / 2 U BC = U AC – U AB = U T [(Z 1 / (Z 1 + Z 2 )) – 1 / 2] U BC = (U T / 2) [(Z 1 – Z 2 ) / (Z 1 + Z 2 )] A linearitási tartományon belül a fenti feltételek figyelembe vételével felírhatjuk, hogy Z 1 = R + j ω (L ± ∆ L) Z 2 = R + j ω (L - + ∆ L) U ki = U BC = (U T / 2) [(± j ω ∆L) / (R + j ω L)] = (U T / 2) [(± ∆L / L) / (- j (R / ω L)) +1] = (U T / 2) * [± δ / 1 – j (1 / Q)] Tekintettel arra, hogy rendszerint Q >>1 U ki ≈ ± (U T / 2) δ