Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №3 - Журнал «Домашняя лаборатория»
Как видно из рис. 36, индуктивный датчик состоит из трубки-каркаса 5, на котором намотаны обмотки 9. Трубка 5 закреплена в пазах передней 3 и задней 11 крышек корпуса 4. В отверстиях крышек скользят направляющие 6 и 8 магнитопровода 7. Следует обратить внимание на то, что к деталям датчика предъявляются жесткие требования по обеспечению соосности при сборке. Все детали, за исключением обмоток, каркаса 5 и направляющих 6 и 8, изготавливают из магнитомягкого металла, так как они являются элементами магнитной цепи. На направляющей 6 закреплен наконечник 1. Между наконечником 1 и крышкой 3 помещена возвратная пружина 2, служащая для прижима наконечника к детали, перемещение, которой надо измерять. На задней крышке 11 закреплен штуцер 10 с резиновым уплотнением 12, через который пропущен кабель 13 с разъемом 14.
Обмотки датчика должны быть строго симметричны. Поэтому обе катушки наматывают одновременно в два провода рядовой намоткой. Провод сматывают с двух катушек через специальный поводок с двумя направляющими провод узлами, расстояние между которыми равно длине одной обмотки. От симметрии намотки зависит линейность характеристик датчика.
Схема включения индуктивных датчиков ИДАД показана на рис. 37. Это модернизированный мост переменного тока, выполненный на базе стандартного электронного моста ЭМП-09 (могут быть использованы также МСР, КСМ и др.). Из моста удаляют реохорд и на его место ставят механизм привода магнитопровода компенсационного индуктивного датчика — полного аналога рабочего датчика. Механизм выполнен в виде установочного винта 1, позволяющего перемещать магнитопровод линейно на 10 мм за один оборот.
Оба датчика — рабочий и компенсационный — включены в измерительный мест. На одну диагональ моста подано переменное напряжение 6,3 В частотой 50 Гц, а с другой диагонали снимают сигнал разбаланса. Этот сигнал после усиления усилителем 2 поступает на одну из обмоток электродвигателя. На вторую обмотку поступает напряжение сети. Усилитель 2 — фазочувствительный. Когда магнитопроводы датчиков находятся в одинаковом положении по отношению к обмоткам, мост сбалансирован, двигатель 4 остановлен. Как только магнитопровод рабочего датчика изменит свое положение, появится сигнал разбаланса, заработает электродвигатель и начнет вращать винт 1 до тех пор, пока магнитопровод компенсационного датчика не займет такое же положение и не восстановится баланс моста. С валом двигателя кинематически связан и механизм привода каретки самописца 3, поэтому на диаграммной ленте прибора будет записан сигнал, пропорциональный величине перемещения магнитопровода рабочего датчика.
На рис. 38 изображена типовая тарировочная кривая рассмотренного устройства. Она практически линейна в рабочем интервале измеряемых перемещений.
Недостаток рассмотренной схемы включения индуктивного датчика в том, что для измерения перемещений приходится вносить изменения в конструкцию заводских приборов. К тому же и изготовление установочного винта — очень ответственная и трудоемкая операция. Поэтому для трансформаторных датчиков ИДТД была предложена схема, изображенная на рис. 39.
Основное достоинство этой схемы в том, что она не требует переделки заводской конструкции самопишущих приборов и позволяет избавиться от компенсационного датчика.
Как видно из рисунка, измеритель представляет собой мостовой диодно-реистивный сумматор напряжений, снимаемых с вторичных обмоток датчика. Kj выходу сумматора непосредственно подключен электронный самопишущий потенциометр КСП-4 (вместо КСП-4 можно использовать цифровой вольтметр с выходом на цифро- печать).
Еще одно достоинство этой схемы в том, что интервал измерения перемещения у датчика ограничен только его размерами и линейным участком характеристики. Как правило, линейный участок характеристики определяется раз» мерами магнитопровода и обычно равен 1/3 его длины. Сам же магнитопровод должен быть в 1,2 раза больше длины одной секции обмотки. Поэтому, увеличивая длину датчика, длину обмоток и соответственно магнитопровода можно значительно расширить интервал измеряемых перемещений.
На рис. 40 изображена принципиальная схема фотодиодного измерителя мощности лазерного излучения, разработанного С. Калашниковым и А. Мацвейко. Он позволяет измерять мощность слабого светового потока на фоне постоянной засветки. Динамический диапазон измерителя 80 дБ при минимальной чувствительности 10-7 Вт.
Прибор выполнен на ОУ DA1 и фотодиоде VD1. Напряжение на выходе устройства, создаваемое темновым током фотодиода и мешающим световым фоном, компенсируется напряжением, снимаемым с делителя R5-R7. Чувствительность измерителя устанавливают переключением резисторов R1-R4 в цепи обратной связи.
Показания можно отсчитывать по любому вольтметру — цифровому или аналоговому со шкалами на 1 и 10 В.
На рис. 41,а изображена конструкция емкостного датчика для измерения магнитострикции малых образцов при температуре 4,2 К. Авторы З.Казей, М. Леванидов, В. Соколов. Принцип действия, его основан на изменении емкости датчика при изменении расстояния между его электродами.
Датчик состоит из верхней обкладки 3, выточенной из латуни как одно целое с винтом. Эта обкладка гайкой скреплена с изоляционной шайбой 6 из текстолита. Накидной гайкой 5 из латуни шайба 6 зажата в латунном корпусе 4. В наружной части корпуса закреплен стеклянный изолятор 2, через который пропущен вывод 1, припаянный к нижней обкладке 7, выточенной из латуни в виде стакана. Плоскости обкладок строго параллельны, пришлифованы одна к другой и отполированы.
В стакан 7 вклеены клеем БФ-2 изолирующие прокладки 8 из текстолита и диск 9 из пьезокерамики ЦТС-19. Снизу в корпус ввинчена крышка 12 из латуни. В нижней части крышка переходит в цанговый зажим с зажимной гайкой 13.
В цанговом зажиме фиксирован стержень 11 из латуни.
На этом стержне устанавливают исследуемый образец 10, изменение размеров которого в ходе физического эксперимента необходимо исследовать. Сверху на образец устанавливают стакан 7 с пьезокерамическим диском 9. Затем стержень 11 вдвигают внутрь до короткого замыкания между обкладками 3 и 7 датчика и фиксируют гайкой.
Собранный датчик охлаждают до температуры 4,2 К. При этом за счет температурной усадки материала датчика образуется зазор между обкладками, после чего датчик готов к работе.
На рис. 41,б изображена схема включения датчика. Датчик В1 включен в контур генератора ВЧ, выполненного по трансформаторной схеме на транзисторе VT1. При изменении емкости датчика из-за изменения расстояния между обкладками при магнитострикционном эффекте (30-150 пФ) частота генератора изменяется от 1,25 до 1,75 МГц. Чувствительность датчика 0,05 нм.
Пьезокерамический диск 9 служит для калибровки прибора. При подаче на. него постоянного напряжения 200 В его толщина увеличивается на 11,5 нм и ил такую же величину уменьшают зазор между обкладками.
В лаборатории Московского государственного университета с помощью описанного датчика исследовали магнитострикцию пластины монокристалла феррита толщиной 240 мкм в магнитном
