Термин «электромагнитные преобразователи» объединяет четыре типа преобразователей : индуктивные, трансформаторные, магнитоупругие и индукционные. Для всех этих преобразователей характерно использование зависимости характеристик магнитной цепи (магнитного сопротивления, магнитной проницаемости, магнитного потока и др.) от величины механического воздействия на элементы этой цепи.
Индуктивный преобразователь представляет собой дроссель с изменяющимся воздушным зазором или изменяющейся площадью поперечного сечения. В качестве выходного параметра в нем выступает изменение индуктивности L (или кажущегося сопротивления Z) обмотки, одетой на сердечник, при изменении величины зазора б или площади F.
Преимуществом соленоидных преобразователей является возможность измерения больших (до 50-60 мм) перемещений. Существенным недостатком описанных трех преобразователей является наличие на выходе значительного «нулевого» сигнала. Для компенсации начального сигнала применяются мостовые или дифференциальные схемы, в которых обмотки включаются встречно. Мостовые и дифференциальные схемы имеют более широкий линейный участок статической характеристики, большую чувствительность и меньшую погрешность.
Недостатком индуктивных и трансформаторных преобразователей является трудность регулировки и компенсации начального напряжения на выходе преобразователя. Кроме того, для уменьшения помех оба типа преобразователей нуждаются в тщательной экранировке, что увеличивает размеры и вес преобразователей. Погрешности преобразователей вызываются в основном нестабильностью напряжения и частоты источников питания, а также влиянием изменения температуры.
4
ИНДУКТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Принципиальные схемы индуктивных преобразователей показаны на рис. 6 Индуктивный преобразователь (см. рис. 6, а — схема для измерения малых перемещений) представляет собой электромагнит 1 с воздушным зазором, величина
(длина)
5 которого изменяется в функции от измеряемой механической величины F . Особенно широко применяются дифференциальные преобразователи
(см. рис. 6, б), в которых одновременно и притом с разными знаками изменяются два зазора двух электромагнитов, что увеличивает чувствительность и улучшает другие характеристики преобразователя.
Вторичные измерительные преобразователи и АЦП
... в дифференциальных индуктивных или емкостных преобразователях, могут потребоваться фазочувствительные детекторы. Поскольку чувствительность делителей и мостовых схем пропорциональна величине ... алгоритмов обработки измерительной информации. Основной функцией вторичных измерительных преобразователей (ВИП) является преобразование информации, выдаваемой первичными преобразователями, в напряжение, ...
При изменении зазора
8 изменяется магнитное сопротивление R
M
магнитопровода электромагнита, связанное с его размерами известной зависимостью: где l
i
, s
i
, μ
i
- длина, площадь поперечного сечения и магнитная проницаемость j -го участка стальной части магнитной цепи; \х
0
— магнитная проницаемость воздуха; δ и s — длина и площадь поперечного сечения воздушного зазора.
Изменение магнитного сопротивления R
м
оценивается по величине полного сопротивления Z катушки 2 (см. рис. 6, а), так как при перемещении якоря 3 изменяются как активное, так и реактивное сопротивления катушки.
Первое изменяется в результате изменения потерь на гистерезис и вихревые токи , а второе — из-за изменения индуктивности катушки.
Индуктивность катушки связана с магнитным сопротивлением R
м
следующей зависимостью: L =Ф ω / l = Iω / R
m
I * ω / I = ω
2
/ R
m
, где l
i
, s
i
, μ
i
- длина, площадь поперечного сечения и магнитная проницаемость j -го участка стальной части магнитной цепи; \х
0
— магнитная проницаемость воздуха; δ и s — длина и площадь поперечного сечения воздушного зазора.
5
Изменение магнитного сопротивления R
м
оценивается по величине полного сопротивления Z катушки 2 (см. рис. 6, а), так как при перемещении якоря 3 изменяются как активное, так и реактивное сопротивления катушки.
Первое изменяется в результате изменения потерь на гистерезис и вихревые токи, а второе — из-за изменения индуктивности катушки.
Индуктивность катушки связана с магнитным сопротивлением R
м
следующей зависимостью: L =Ф ω / l = Iω / R
m
I * ω / I = ω
2
/ R
m
, где Ф — магнитный поток; ω — число витков катушки; I— ток в катушке.
Сопротивление R
Fe
, эквивалентное потерям P
Fe
, можно записать следующей формулой: R
Fe
= P
Fe
/ I
2
Однако потери P
Fe в первом приближении пропорциональны квадрату потока Ф, поэтому: R
«Старинные меры измерения длины»
... измерены. Длины других частей были вычислены на основе этих измерений. В результате большой работы была найдена длина парижского меридиана в существовавших тогда французских мерах длины – туазах (1м 95 см). На Всемирной ... и среднего, около 4,4 см. Пядь, пядень (или четверть) – одна из самых старинных мер длины. Ее носит с собой каждый человек. Название происходит от древнерусского слова «пясть», ...
Fe
= K Ф
2
/ I
2
= K ω
2
/ R
m
, где К — коэффициент, зависящий от конструкции преобразователя. При изменении воздушного зазора 8 меняются как активное, так и реактивное сопротивления катушки, а следовательно, и полное ее сопротивление Z.
Таким образом, в индуктивных преобразователях имеет место последовательное преобразование
F→∆δ→R
M
→
Z.
Преобразователи описанных типов применяются при сравнительно небольших перемещениях якоря относительно сердечника. Для измерения больших перемещений якоря используются дифференциальные индуктивные преобразователи с разомкнутой магнитной цепью (см. рис. 6, в), в которых якорь 3
перемещается внутри катушек 2, изменяя их полные сопротивления.
Приборы с индуктивными преобразователями могут быть использованы для измерения, как перемещения, так и любых механических величин, функционально связанных с перемещением якоря, например сил, давлений, крутящих моментов и т.д.
7 и числом пар параллельных ветвей; Ф — поток возбуждения, создаваемый обычно постоянными магнитами; р — число пар полюсов; n — число оборотов в минуту (скорость вращения).
Величина pn /60 = f является частотой переменной ЭДС, индуктируемой в генераторе.
Таким образом, критерием измеряемой скорости вращения может служить либо ЭДС генератора Е, либо частота f . Принцип устройства индукционных преобразователей приборов для измерения параметров вибраций и ускорений показан на рис. 7.
На рис. 7, а представлен принцип устройства индукционных преобразователей приборов для измерения линейных вибраций.
Цилиндрическая катушка 1, связанная с объектом измерения посредством вала 2 и расположенная в кольцевом зазоре магнитопровода 3, совершает линейные перемещения (колебания) в направлении, указанном стрелками.
Цилиндрические постоянные магниты 4 намагничены вдоль образующей и создают в зазоре радиальное поле. При своем перемещении витки катушки под прямым углом пересекают линии магнитного поля и в них индуктируются
ЭДС.
Если линейное перемещение ∆ х является некоторой функцией времени
∆ х = = f ( t ), то мгновенное значение ЭДС E=ωBl a
, где число витков катушки; В — индукция в зазоре; l
а
- активная длина витка.
Точно так же индуктируется ЭДС в цилиндрической катушке 1 (см. рис.
7, б), помещенной на ферромагнитный сердечник 5, когда он вместе с катушкой совершает угловые перемещения в направлении, указанном стрелкой.
