Czujniki indukcyjne to jedne z najczęściej wykorzystywanych czujników do przetwarzania wielkości mechanicznych na wielkości elektryczne. Czujniki wykorzystują zjawisko zmiany indukcyjności obwodu elektrycznego za pomocą zmian wejściowej wielkości. Indukcyjność ta może być własna lub wzajemna. Czujniki indukcyjne to inaczej czujniki parametryczne, wymagające zasilania z zewnątrz w celu odbioru informacji odnośnie zmian badanego sygnału. Indukcyjne przetworniki zasilane są napięciem zmiennym, a jako sygnał wejściowy, najczęściej uwzględniane jest przesunięcie. Zatem, jak działają i czym się charakteryzują takie urządzenia?

Klasyfikacja czujników indukcyjnych

Wyróżnia się czujniki dławikowe i transformatorowe. Czujniki dławikowe wykorzystują zmianę własnej indukcyjności, a wśród nich występują czujniki dławikowe o zmiennej długości szczeliny, czujniki o zmiennej powierzchni szczeliny, czujniki dławikowe różnicowe o zmiennej powierzchni szczeliny oraz dławikowe różnicowe o zmiennej długości szczeliny. Innym rodzajem takich urządzeń są czujniki transformatorowe, które wykorzystują zmianę indukcyjności wzajemnej.

Główne zalety czujników indukcyjnych

Czujniki indukcyjne pozwalają uzyskać małe naciski pomiarowe. Za ich pomocą można bowiem otrzymać duże przełożenie skutkujące małymi wartościami działki elementarnej. Udogodnieniem w czujnikach są małe wymiary głowic pomiarowych. W układzie sumującym bądź różnicującym czujników istnieje możliwość pracy dwóch czujników. Daje to efekt wygodnego i prostego wykorzystania czujników podczas selekcji wymiarowej i odchyłek kształtu oraz położenia. Rozdzielenie czujnika i urządzenia wskazującego, ułatwia budowę przyrządów czujnika do mierzenia dużej ilości pomiarów.

Wady czujników indukcyjnych

Jak każde urządzenie czujniki mają również swoje wady. W porównaniu z innymi czujnikami występuje u nich mała czujność, która umożliwia dokonywanie pomiarów wyłącznie sygnałów przemiennych lub zależności wyjściowego sygnału od częstotliwości indukcji. Stawarza to podstawowe problemy przy analizowaniu odkształconych przebiegów. W tym przypadku konieczne jest więc stosowanie układu całkującego na wyjściu czujnika, ponieważ sygnał wyjściowy czujnika nie zależy bezpośrednio od indukcji B, ale od jej pochodnej indukcji dB/dt. Układy te mogą być przyczyną zbędnych błędów.

Czujnik indukcyjny – zasada działania

Ogólnie ujmując, zasada działania czujników indukcyjnych polega na wywołaniu zmiany określonych wielkości elektrycznych – np. pojemności, zjawiska fotoelektrycznego, oporu, indukcyjności. Wywołanie zmiany powstaje na skutek przesunięcia liniowego pomiarowego trzpienia. Gdy przyjmujemy rodzaj zmiennej za pomocą czujnika wielkości elektrycznej, to za podstawę klasyfikacji rozróżnia się następujące czujniki – indukcyjne, elektrostykowe oraz pojemnościowe. Gdy bierzemy pod uwagę czujnik indukcyjny, zasada działania jest następująca – moduły te wykorzystują zmianę indukcyjności własnej (czujniki dławikowe) lub wzajemnej (czujniki transformatorowe), cewek przetwornika spowodowaną przemieszeniem elementu, który związany jest z pomiarowym trzpieniem. Pomiarowa głowica czujnika indukcji zbudowana jest z zespołu cewek, sprężyny, dzięki której wywoływany jest nacisk pomiarowy oraz rdzenia ferromagnetycznego połączonego z pomiarowym trzpieniem. Przetwornik czujnika zbudowany jest z kolei z mostka pomiarowego i głowicy. Mostek stanowi natomiast zintegrowaną część głowicy. Przemienne napięcie Uq zostaje wytworzone poprzez generator, który poprzez mostek zasila głowicę pomiarową. W określonym położeniu rdzenia cewkowego różnica napięć wynosi zero. Gdy rdzeń ten połączy się z trzpieniem pomiarowym, automatycznie zostaje przesunięty na pewną odległość. W wyniku tego powstaje różnica napięcia proporcjonalna do powstałego przesunięcia, a faza jest zależna od kierunku tego ruchu. Gdy sygnał we wzmacniaczu nasili się, wartość przesunięcia pomiarowego trzpienia może zostać odczytana z miernika. Miernik może mieć analogowe lub cyfrowe urządzenie wskazujące. Zerowe wskazanie ustawiane jest poprzez potencjometr połączony z układem. W celu pomiaru zastosowana jest prostoliniowa część czujnika, a dopuszczalna odchyłka prostoliniowości o jeden procent jej zakresu.

Czujnik indukcyjny pracuje z układem o wysokiej częstotliwości. Jego działanie opiera się na podstawie zmiany parametrów obwodu magnetycznego czujnika, spowodowanej przemieszczaniem się elementów, najczęściej metalowych w obszarze jego aktywnej powierzchni. Jest niezbędnym elementem w większości gałęzi gospodarki.