Электромагнитные преобразователи

Электромагнитные преобразователи основаны на изменении характеристик магнитной цепи (сопротивления R, проницаемости μ, потока Ф) действием измеряемой механической величины. К числу электромагнитных преобразователей относят индуктивные, трансформаторные, индукционные и магнитоупругие.

Индуктивный преобразователь представляет собой катушку с разомкнутым магнитопроводом, в котором под действием измеряемой механической величины меняется воздушный зазор или величина действующего сечения якоря. Выходным параметром индуктивных преобразователей является изменение индуктивности.

Для преобразователя с поперечным перемещением якоря (рис. 4.5,а), если магнитное сопротивление воздушного зазора значительно больше магнитного сопротивления сердечника, можно записать

где L - индуктивность преобразователя; w - число витков катушки;

μ - магнитная проницаемость; А - эффективная площадь воздушного зазора; б - величина воздушного зазора.

Рис. 4.5 Электромагнитные преобразователи.

Приращение индуктивности при изменении зазора

относительное изменение индуктивности

Из первого уравнения видно, что зависимость изменения индуктивности от изменения воздушного зазора нелинейна. Удовлетворительная линейность возможна только при ∆ << . Практически линейную зависимость для этих преобразователей удается получить при ∆ < 0,2, т. е. в пределах 0,1... 2 мм.

Для измерения больших перемещений применяют преобразователи соленоидного типа с продольным перемещением якоря (рис. 4.5,б). Индуктивность такого преобразователя с некоторым допущением пропорциональна объему введенного в катушку сердечника, т. е.

где D₁ и D₂ - внутренний и наружный диаметры катушки.

Такие преобразователи применяют для измерения перемещений до 50... 60 мм. Для больших перемещений используют преобразователи с плоской катушкой и сердечником в виде плоской пластины треугольной формы.

В преобразователях с поперечным и продольным перемещением якоря для исключения начального сигнала и линеаризации характеристик применяют две обмотки, включенные по дифференциальной схеме.

Индуктивные трансформаторные преобразователи (рис. 4.5,в). К первичной обмотке преобразователя подключен источник переменного тока с напряжением U_п. Вторичная обмотка соединена с измерительным прибором. За счет изменения взаимной индуктивности обмоток под действием измеряемой механической величины на выводах вторичной обмотки меняется уровень сигнала U_и.

Компенсацию начального сигнала в трансформаторных преобразователях получают за счет размещения на сердечнике двух вторичных обмоток, включенных по дифференциальной схеме.

Достоинства практически всех электромагнитных преобразователей состоят, прежде всего, в их высокой чувствительности и возможности рассеяния на преобразователе мощности, превышающей во много раз мощность, потребляемую магнитоэлектрическим прибором средней чувствительности, включенным на выходе преобразователя. Эта особенность позволяет непосредственно согласовывать электромагнитные преобразователи с относительно низкочувствительными измерительными приборами.

Индуктивные и трансформаторные преобразователи с поперечным перемещением сердечника используют в СТДМ, связанных с измерениями малых перемещении от нескольких микрометров, например для оценки величин люфтов в сопряжениях машин. Преобразователи с поперечным перемещением сердечника находят также широкое применение для измерения в комплексе с упругими чувствительными элементами давлений жидкостей и газов. Преобразователи с продольным перемещением якоря применяют для измерения перемещений относительно больших величин, например игл форсунок в дизельных двигателях. Индуктивные преобразователи специальных конструкций применяют для измерения потери сечения стальных канатов от износа.

Магнитоупругие преобразователи основаны на эффекте изменения магнитной проницаемости ферромагнитных материалов от деформации под действием приложенных к ним сил. Преобразователи представляют собой чаще всего замкнутый сердечник с одной или несколькими катушками (рис. 4.5,е). Начальная индуктивность магнитоупругого преобразователя (при отсутствии силы)

Изменение индуктивности преобразователя при относительной деформации ∆l/l сердечника

Преобразователь с одной намотанной на стержне сердечника катушкой работает как переменное индуктивное сопротивление, величина которого меняется под действием приложенной к сердечнику силы Р.

Преобразователь, имеющий две катушки, может быть включен как трансформаторный с меняющейся взаимной индуктивностью между обмотками под действием прикладываемой к сердечнику силы.

Довольно широко распространены магнитоупругие преобразователи, в которых используют эффект изменения магнитной проницаемости материала чувствительного элемента одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях (магнитная анизотропия). Такие преобразователи выполняют, как правило, с трансформаторной схемой включения обмоток.

Сердечники магнитоупругих преобразователей выполняют из ферромагнитных материалов, имеющих узкую петлю магнитного гистерезисного цикла и высокий предел упругости. Максимальные механические напряжения в чувствительном элементе должны быть в 6... 7 раз ниже предела упругости материала. Для повышения стабильности магнитных характеристик материала применяют специальные режимы термообработки, длительное "естественное" старение материала и механическую тренировку.

Частотный диапазон измерений магнитоупругих преобразователей определяется в основном выбранной частотой тока питания, а не собственной частотой сердечника преобразователя, так как последний представляет собой колебательную механическую систему, имеющую достаточно высокую частоту свободных колебаний (до десятков килогерц).

Магнитоупругие преобразователи отличает конструктивная простота, большая механическая прочность и жесткость, возможность работы в тяжелых эксплуатационных условиях.

Магнитоупругие преобразователи в СТДМ используют для измерения сил, крутящих моментов и параметров вибраций.

Дата добавления: 2014-01-15