Traductoare inductiveConsideratii teoretice Senzorii de deplasare inductivi sunt larg rspndii n aplicaii industriale datorit robusteii i compactitii lor i datorit influenei reduse a factorilor de mediu. Funcionarea se bazeaz pe principiul circuitului magnetic. Exist dou tipuri de senzori inductivi: senzori generatori i senzori pasivi. Primul tip furnizeaz la ieire o mrime activ, de regul tensiune, care este generat prin micarea unui conductor n camp magnetic (prin fenomenul de inducie) sau prin variaia cmpului electromagnetic n care se afl situat conductorul. n acest gen de aplicaii, cmpul magnetic trebuie s se modifice cu o anumit frecven (semnal alternativ), iar deplasarea conductorului apare ca o modulaie n amplitudine, adic amplitudinea tensiunii alternative se modific cu distana sau deplasarea. Senzorii pasivi necesit o surs suplimentar de energie. Deplasarea se traduce prin modularea tensiunii furnizate de aceasta.Principiile de baz ale funcionrii senzorilor inductivi se pot explica pe circuitul simplu din figura 1.

Fig. 1 CircuitAnsamblul de mai sus devine senzor de deplasare dac ntrefierul variaz. n aceste condiii reluctana circuitului magnetic este compus din dou pri. Datorit faptului c permeabilitatea relativ a miezului feromagnetic este mult mai mare (cteva mii) fa de permeabilitatea aerului (1), variaia de reluctan va fi n limite largi pentru variaii mici ale ntrefierului. Din punct de vedere senzorii inductivi de deplasare lucreaz dup dou principii: cu reluctan variabil (cu armtur mobil) i cu inductan variabil (miez mobil). n ambele cazuri variaia mrimii electrice, funcie de deplasare, este neliniar. Pentru liniarizare se folosesc metode difereniale dup cum se va vedea n continuare.

Senzor de deplasare inductiv cu armtur mobilSenzorii cu reluctan variabil se bazeaz pe modificarea reluctanei cii fluxului magnetic. Acest gen de traductoare i gsesc aplicaii n special la msurarea acceleraiei, dar se pot folosi cu succes i la msurarea deplasrilor sau a vitezelor.

Fig. 2 Senzor de deplasare inductiv cu armtur mobilSenzor de deplasare inductiv diferenial cu armtur mobilPentru a obine o caracteristic liniar se folosete modelul diferenial, cu dou miezuri identice i o armtur mobil ntre ele ca n figura 3.

Fig. 3 Senzor de deplasare inductiv diferenial cu armtur mobilPentru msurarea deplasrilor se utilizeaz traductorul inductiv cu o singur inductivitate i miez mobil sau cu armtur mobil.Traductorul inductiv cu miez mobil (figura 4) este format dintr-o bobin cilindric lung, fix, n interiorul creia se poate deplasa axial un miez mobil din material feromagnetic, de aceeai lungime cu bobina, solitar cu piesa a crei deplasare se msoar. Inductivitatea bobinei variaz n funcie de poziia miezului ntre valorile L0 si Lmax corespunztoare miezului scos din bobin, respectiv complet introdus n bobin.

Fig. 4 Traductor inductiv cu miez mobilTraductoarele inductive realizeaz o dependen funcional (i nu o transformare) ntre o mrime neelectric de intrare (obinuit o deplasare "l") i mrimea de ieire electric, o variaie a inductanei L. Dependena L = f (l) dintre cele dou mrimi de natur diferit, constituie caracteristica static a traductorului. Principial traductoarele inductive pot fi realizate cu o bobin sau mai multe bobine, simple sau cuplate avnd circuite sau poriuni de circuit feromagnetic. Exceptnd unele soluii constructive speciale, traductoarele inductive, se clasific n trei grupe principale : sisteme n care este influenat o singur inductana (bobine simple i duble); sisteme n care sunt influenate dou inductane n sensuri contrare (bobine difereniale); sisteme n care sunt influenate inductane mutuale (transformatoare difereniale).Msurrile cu ajutorul acestor traductoare au la baz modificarea parametrilor circuitului magnetic, ca o consecin a schimbrii poziiei relative a unor poriuni ale acestuia, n procesul de msurare. La msurrile experimentale este necesar s se utilizeze poriunea cea mai convenabil a caracteristicii statice, aceea creia i corespunde o sensibilitate suficient de mare, i in special, din zona liniar a acesteia. Caracteristicile statice ale traductoarelor inductive cu bobine simple respectiv difereniale sunt prezentate n figura 5.

Fig.5 Scheme principiale i caracteristicile statice aferente ale traductoarelor inductive: a) bobina diferenial; b) bobina simpl (1,2-bobine; 3-miez feromagnetic)Mrimea de msurat se poate aplica traductorului, cu sau fra contact mecanic. n primul caz traductorul are armtur mobil proprie. La msurtorile fr contact, rolul de armtur mobil l are nsi piesa feromagnetic a crei poziie se determin.Schemele electrice de msurat, destinate traductoarelor inductive, prevd utilizarea numai de surse de semnal de curent alternativ. Traductoarele inductive funcioneaz de cele mai multe ori la frecvena reelei (50 Hz). Pentru msurri dinamice i de mare precizie este necesar alimentarea montajelor cu semnale de frecven nalt (1 kHz ... 50 kHz).Varianta constructiv a unui traductor inductiv de tip transformator diferenial pentru control dimensional este prezentat n figura 6.

Fig.6 Varianta constructiv a unui traductor inductiv de tip diferenial: 1-bobina;2-miez feromagnetic;3-ghidaj cu bile;4-arc;5-cap pentru palpare

Exemple de traductoare inductiveIn categoria traductoarelor inductive se incadreaza in special acele traductoare care folosesc adaptorul deplasare -curent IEA tip ELT 370 .Se dau mai jos cateva exemple de traductoare inductive tip IEA sau, mai bine spus, modul principal de realizare a unor elemente sensibile care sunt folosite in combinatie cu adaptorul deplasare-curent tip ELT 370.Traductor de presiune cu tub Bourdon (tip AT ).Elementul sensibil al traductorului de presiune este un tub Bourdon T , care sub actiunea presiunii de masurat P tinde sa se indrepte (pozitia punctat).Cu cresterea presiunii P aplicate ,punctul a din capatul liber al bielei B manivela M este rotita in jurul punctului c cu unghiul .Rotirea este aplicata modulatorului magnetic din adaptorul ELT 370 care produce la iesire semnalul unificat i = 210 m A c.c. proportional cu presiunea P.Traductoare de presiune cu mebrana de separatie. In cazul in care fluidul de masurat contine impurtitati care s-ar depunde infundand tubul Bourdon,se foloseste un traductor cu membrana de separatie tip MS 100.Aceste element suplimentar este format dintr-o capsula manometrica C (fig. 7, b) prevazuta cu membrana elastica S. Presiunea de masurat P se aplica in acest caz la orificiul O3 si actionand asupra membranei elastice comprima lichidul de separare din cealalta parte,care de obicei este ulei.Orificiul O2 al capsulei fiind racordat printr-un tub la orificiul O1 al tubului Bourdon (fig. 7, a), presiunea respectiva este transmisa indirect elementului sensibil descris in paragraful precedent,functionarea avand loc asa cum s-a aratat.Traductorul cu membrana de separatie tip IEA poarta indicativul AT 10 ELT 370 MS 100.

Fig. 7 Traductor de presiune cu tub Bourdon: a -schema functionala,b- membrana de separateTraductor de presiune cu capsula. Acest traductor,numit AT 20 ELT 370 ,cuprinde un element sensibil realizat sub forma unei capsule C cu pereti din tabla subtire ondulata.Partea posterioara fiind rigidizata prin discul metalic D, fluidul introdus la presiunea P,deformeaza peretele anterior al capsulei actionand asupra bratului B. Bratul respectiv ,asupra caruia actioneaza si resortul antagonist R,transforma deplasarea liniara a capsulei intr-o rotire a axului A. Solidar cu acest ax,al carui unghi (= 016) este proportional cu presiunea p, se afla rotorul modulatorului magnetic din adaptorul ELT 370 care produce in final un semn unificat i= 210 mAc.c.Traductorul este folosit pentru masurarea presiunilor mici ( 0 - 1 kgf/cm).

Fig. 8 Traductor de presiune cu capsulaTraductor de presiune diferentiala cu burdufuri. Elementul sensibil al traductorului este format dintr-o capsula inchisa M in care peretele de separare D, se creeaza doua compartimente C1 si C2, alimentate cu presiunile P1. Cele doua presiuni,a caror diferenta (P= P1-P2) trebuie masurata, actioneaza asupra unor burdufuri B1 si B2 rigidizate intre ele prin tija T si care sprijinindu-se fiecare pe peretele despartitor actioneaza ca niste resoarte spirale la deplasarea lor(B1 se comprima, iar B2 se intinde). Cele doua burdufuri fiind identice, forta rezultata F creata de cele doua presiuni va fi proportionala cu diferenta presiunilor respective: F=F1-F2 = S(P1-P2)=S.P,in care: S este suprafata burdufurilor; F1,F2 - fortele produse de presiuni asupra burdufurilor. In acest fel, deplasarea longitudinala d a tijei va fi proportionala cu forta F, deci cu presiunea diferentiala P.

Fig. 9 Traductor de presiune diferentiala tip AT 30 ELT 370: a schema functionala; b aspectul exteriorTija T, prevazuta cu opritorul reglabil O, actioneaza asupra manivelei rotind axul A cu unghiul . In acest mod se transforma deplasarea d (proportionala cu P) intr-un unghi si, deoarece axul A este solidar cu modulatorul magnetic din adaptorul ELT 370 ,se obtine un semnal unificat i=210 m A c.c proportional cu diferenta presiunilor. In figura 9, b este prezentat aspectul exterior al acestui traductor ,denumit AT 30 ELT 370.Traductor cu nivel plutitor. La traductorul de nivel plutitor tip AT 50 ELT 370,elementul sensibil tip AT 50 este format dintr-un vas cilindric V,racordat la rezervorul cu lichid al carui nivel H trebuie masurat.In interiorul vasului se afla plutitorul P(imersor) suspendat de un resort R si articulat cu bratul B (manivela) solidar cu axul de rotire A. Variatiile nivelului H produc deplasarea d a plutitorului ,deci rotirea cu unghiul a axului A. Miscarea de rotatie este transmisa adaptorului ELT 370 si se obtine un semnal inificat i=210 m Ac.c. proportional cu nivelul H.OBSERVATIEVariatia deplasarii d(d) a imersorului este mai mica decvat variatia nivelului de lichid (H), datorita existentei resortului antagonist R. In adevart ,pe masura ce nivelul H coboara, resortul antagonist R se intinde si marindu-si forta de suspensie ,face ca imersorul P sa iasa mai mult afara din lichid - isi "pierde" mai putin din greutate.

Fig. 10 Traductor de nivel cu plutitor tip AT 50 ELT 370Traductoarele inductive sunt realizate din bobine nfurate pe un miez feromagnetic, miez care poate avea, constructiv, un ntrefier, , variabil.

Principiul de msur se bazeaz pe modificarea lungimii a ntrefierului sub aciunea mrimii de intrare. ntruct , va rezulta c reluctana n miez este neglijabil n raport cu cea a aerului. Astfel, se poate scrie c inductana traductorului va fi: .Fig. 11

Fig. 12

Principiul de funcionare a unui traductor inductiv de for este prezentat n figura 11 Constatm c, sub aciunea forei, se modific ntrefierul , ceea ce conduce la varierea lui Lx.

Cum fluxul magnetic este proporional cu intensitatea curentului ce trece prin bobin: = LI i innd seama de expresia care definete inductana bobinei, , se poate determina valoarea curentului ce trece prin bobin atunci cnd ntrefierul variaz: .Traductoarele de tip transformator sunt dispozitive care utilizeaz dou nfurri a cror inductan mutual poate fi modificat sub aciunea mrimii de intrare fie prin modificarea poziiei miezului sau ntrefierului, fie prin modificarea poziiei nfurrii primare, printr-o micare liniar (fig. 13) sau de rotaie liniar.Traductoarele cu miez mobil (fig. 14) sunt des utilizate n convertirea deplasrilor mecanice ntr-o mrime electric, de obicei o tensiune alternativ. Ele constau dintr-o bobin cu miez mobil, mrimea de intrare acionnd asupra acestui miez.

Fig. 13 Traductor inductiv de tip transformator cu modificarea ntrefieruluiFig. 14 Traductor inductiv de deplasare cu miez mobil

Utilizarea traductoarelor inductive n procese industriale

11