SENZORI INDUCTIVI

1. Principiul de functionare

Functionarea senzorului inductiv se bazeaza pe variatia inductantei unei bobine alimentate in curent alternativ. Modificarea inductantei are loc datorita modificarii circuitului magnetic prin deplasarea miezului bobinei sau a unei parti din miez. Infasurand N spire pe un miez magnetic se obtine o bobina a carei inductanta este:

L = N² /R_m , [L]_SI =H (Henry) (1)

unde R_m este reluctanta a circuitului magnetic:

R_m = (l₁+l₂)/(m_o×m
r×S_f) + d/(m_o×S_a) (2)

l₁ si l₂ - lungimea circuitului magnetic din miezul feromagnetic;
d - distanta parcursa de liniile de camp magnetic prin aer;
S_f = aria sectiunii miezului;
S_a = aria sectiunii intrefierului;
N = numarul de spire al bobinei;
m_o - permeabilitatea magnetica a vidului (=4p× 10^-
7 H/m);
m_r - permeabilitatea relativa a miezului magnetic.

Reluctanta magnetica este raportul dintre tensiunea magnetica (SH× dx) si fluxul fascicular (B× S). Joaca in circuitele magnetice rolul rezistentei electrice din circuitele de curent continuu. In practica se utilizeaza mult inversul reluctantei, permeanta pe care producatorii de miezuri magnetice il dau sub forma coeficientului A_L , masurat in Henry/spira². Inductanta bobinei se afla inmultind numarul de spire N la patrat cu coeficientul A_L al miezului. Impedanta circuitului are expresia:

Z = [R² + (w L)² ]^1/2 . (3)

In majoritatea cazurilor rezistenta ohmica R este neglijabila fata de reactanta inductiva, iar reluctanta miezului de fier (l₁+l₂)/(m_o×m
r×S_f) este mult mai mica decat reluctanta intrefierului, de aceea inductanta se poate scrie:

L @ m₀·S_a·N²/d (4)

Variatia ei cu distanta "d" este practic hiperbolica. Doar pentru deplasari mici "x" in jurul unei valori date a intrefierului variatia este cvasiliniara:

D L =m_o·N²·S/(d –x)–m_o·N²·S/d = L·x/(d–x) @ L·x/d (5)

Pentru marirea domeniului de liniaritate si sensibilitate ridicata se folosesc sistemele cu miez mobil si bobine duble legate in opozitie de faza pentru sesizare si bobina separata pentru excitare in curent alternativ (LVDT – Linear Variable Diferential Transformer)

D U=U[R₁ /(R₁+R₂)–Z₁ /(Z₁+Z₂)=(U/2)(Z₂–Z₁)/(Z₁+Z₂) (6)

unde:

M este inductanta mutuala
R ₁ = R ₂
Z₁ @ jw (L₁ + M)
Z₂ @ jw (L₂ + M)

Avantajul deosebit al senzorilor inductivi il constituie semnalul mare, ei lucrand cu curenti relativ mari, avand o imunitate mare la zgomotele electrice. Ca revers al acestui fapt avem o forta de reactie relativ mare asupra armaturii mobile.

2. Montajul experimental

Montajul experimental consta dintr-o bobina aflata in circuitul de masura a inductantmetrului digital. In interiorul bobinei se introduce miezul mobil feromagnetic (bara de ferita).

3. Modul de lucru

Se conecteaza bobina la bornele inductantmetrului si se citeste valoarea inductantei.

Se introduce treptat miezul feromagnetic in bobina notand pozitia miezului (distanta de la mijlocul bobinei la mijlocul miezului) si valoarea corespunzatoare a inductantei.

Se repeta calitativ experimentul pentru varianta in care fata de bobina aflata in carcasa feromagnetica se misca o armatura tot din material feromagnetic.

4. Analiza rezultatelor

Se reprezinta grafic valoarea inductantei in functie de pozitia miezului. Se calculeaza sensibilitatea senzorului dupa relatia:

S = D L/D x (7)

pentru zona cu variatia cea mai rapida a inductantei.

5. Rezultate experimentale

Nr.
Crt.
L x Observatii

(mH) (mm)

1

2

3

4