Obraz3

Czujniki położenia (drogi i kąta) Zasady pomiaru

Rysunek 2

1 - tarcza tłumika magnetoindukcyjnego

2 - prądy wirowe

3 - cewka powietrzna (bezrdzeniowa)

4 - oscylator

0 zmiennym tłumieniu

5 - demodulator

s - długość mierzona

A(s) - napięcie

oscylatora

U_A{s) - napięcie

wyjściowe

(pomiarowe)

Rysunek 3

1 - pierścień zwierający

2 - rdzeń

magnetycznie miękki

3 - cewka / - prąd

/_w - prąd wirowy L{s) - indukcyjność oraz <j>(s) - strumień magnetyczny zależne od wartości mierzonej s

Czujniki wykorzystujące prądy wirowe

Płaską lub zakrzywioną tarczę z materiału elektrycznie przewodzącego (np. z aluminium lub miedzi) zbliża się do cewki (zazwyczaj bezżelazowej) zasilanej prądem przemiennym o wysokiej częstotliwości, tak że oddziałuje ona nie tylko swą rezystancją, ale także indukcyjnością. Przyczynia się do tego tarcza tłumika magnetoindukcyjnego, w której indukują się prądy wirowe wskutek rosnącego sprzężenia magnetycznego. Położenie tarczy tłumika reprezentuje mierzoną długość 5 (rys. 2).

Choć ta zasada dobrze działa już w zakresie kHz, ze względu na wykrywalność szybkich ruchów (a także na mniejszy pobór prądu) zaleca się wyższe częstotliwości zasilania -o zakresie MHz, które wymagają wprowadzenia elektroniki do czujników.

Do przetworzenia efektu pomiarowego w elektryczne napięcie wyjściowe można wykorzystać zarówno efekt tłumienia (rezystancję), jak i efekt tłumienia pola (indukcyjność). W pierwszym przypadku stosuje się np. oscylator o zmiennej amplitudzie drgań, w drugim zaś oscylator o zmiennej częstotliwości albo dzielnik napięcia o stałym zasilaniu (różnicowy).

Prądy wirowe można wykorzystać do pomiaru zarówno dużych jak i małych wartości liniowych oraz kątowych, a ponadto charakteryzują się one niewielką podatnością na temperaturę.

Czujniki z pierścieniem zwierającym

W przeciwieństwie do czujników wykorzystujących prący wirowe, czujniki z pierścieniem zwierającym mają rdzeń magnetycznie miękki, najczęściej blaszkowy, o kształcie prostym albo zakrzywionym, przypominającym literę E lub U (rys. 3).

Ruchomy spoiler, zwany pierścieniem zwierającym z dobrze przewodzącego materiału (Al lub Cu), porusza się na jedno- lub wielo-ramieniowym rdzeniu. Rdzeń żelazny w takich czujnikach powoduje, że mają one bardzo dużą indukcyjność i dlatego mogą dobrze działać przy niższych częstotliwościach prądu, a niezbędne do działania układy elektroniczne nie muszą być koniecznie zintegrowane z czujnikiem.

Wytworzone przez prąd 1 cewki zmienne pole magnetyczne w żelaznym rdzeniu i wokół niego nie może przenikać przez pierścień zwierający, prądy wirowe w pierścieniu są więc ograniczone wydłużaniem strumienia magnetycznego w przestrzeni między cewką a pierścieniem zwierającym. Położenie pierścienia w dużym zakresie wpływa niemal proporcjonalnie (liniowo) na wartość indukcyjności.

W efekcie cała konstrukcyjna długość czujnika może być wykorzystana do pomiaru. Ruchoma masa pierścienia jest bardzo mała. Ukształtowanie ramion rdzenia (ich rozstaw) wpływa na kształt charakterystyki. Zmniejszenie odległości ramion względem końca zakresu pomiarowego poprawia jeszcze i tak dobrą liniowość charakterystyki.

Zależnie od materiału i kształtu najlepsze efekty osiąga się w zakresie 5...50 kHz. Czujniki takie są montowane np. w pompach wtryskowych silników ZS.