18. Магнитоупругие датчики Индукционные датчики

П

ринцип действия МД основан на магнитоупругом эффекте — физическом явлении, проявляющемся в виде изменения магнитной проницаемости ферромагнитного материала в зависимости от механических напряжений в нем. МД используются для измерения усилий, давлений, крутящих и изгибающих моментов, механических напряжений. Конструктивно представляют магнитопровод с одной или несколькими обмотками. Магнитное сопротивление сердечника

, где l и s — длина и площадь сечения сердечника. Если к сердечнику приложено механическое усилие F, то магнитная проницаемость изменится. Изменятся магнитное сопротивление сердечника, и индуктивность обмотки на сердечнике. Относительная деформация в зоне упругих деформаций связана с механическим напряжением σ через модуль упругости Е: (200-300).

Тензометрический МД с взаимно перпендикулярными обмотками. Первичная обмотка, проходящая через отверстия 1 и 2, при отсутствии механической нагрузки (F= 0) создает магнитный поток Ф₀, не сцепленный с витками вторичной обмотки, проходящей через отверстия 3 и 4.Под действием усилия F в основном изменяется магнитная проницаемость в направлении сжатия, что вызывает поворот вектора магнитной индукции на угол α и одновременно изменение магнитного потока Ф_F. Этот поток уже пересекает плоскость вторичной обмотки, на выходе которой появляется ЭДС E₂.

Достоинства: высокая чувствительность, возможность измерения больших усилий. Недостатки: наличие температурной погрешности, вызванной влиянием температуры окружающей среды на магнитные свойства сердечника; наличие погрешности, вызванной влиянием гистерезиса (как магнитного, так и механического, связанного с остаточной деформацией); наличие погрешности, вызванной колебаниями напряжения питания.

Магнитострикционный эффект: ферромагнитное тело, помещенное в магнитное поле, изменяет свои геометрические размеры, т. е. в нем появляются механические деформации.

Индукционные датчики предназначены для преобразования скорости линейных и угловых перемещений в ЭДС. Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции. Выходным сигналом индукционных датчиков является ЭДС, которая пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего витки катушки. Это изменение происходит за счет перемещения катушки в постоянном магнитном поле или за счет вращения ферромагнитного индуктора относительно неподвижной катушки.

В

них используется постоянное магнитное поле. Постоянное магнитное поле создается постоянными магнитами или катушкой, обтекаемой постоянным током.

а- схема датчика с обмоткой w₂, размещенной в воздушном зазоре, в котором постоянный магнитный поток Ф создается катушкой w₁, включенной на постоянное напряжение U₌. При перемещении катушки в магнитном поле в ней индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости перемещения: , где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от числа витков и конструктивных параметров датчика. б- датчик, в котором постоянный магнитный поток создается с помощью постоянного магнита с полюсными наконечниками. ЭДС, индуцируемая во вращающейся катушке, пропорциональна скорости вращения Ω: В обоих этих датчиках катушки подвижны, поэтому для отвода от них выходного сигнала (ЭДС) необходимы гибкие токоподводы или контактные кольца со щетками.

С

неподвижной катушкой и вращающимся постоянным магнитом (в). Надежность при этом повышается за счет отсутствия скользящего контакта. Катушка, и постоянный магнит неподвижны, а в зазоре между ними вращается ферромагнитное кольцо с вырезами (г) или иной элемент, имеющий существенно разную магнитную проводимость по взаимно перпендикулярным осям. При вращении изменяется поток, пронизывающий плоскость катушки.

Т

ахогенератор постоянного тока имеет обмотку возбуждения, создающую при питании постоянным током магнитный поток Ф. При вращении якоря в нем создается ЭДС, пропорциональная частоте вращения п: . Частота вращения п обычно выражается в 1/мин (количество оборотов в минуту) и связана со скоростью вращения Ω С помощью коллектора и щеток выходной сигнал подается на нагрузку в виде выпрямленного напряжения.

Тахогенератор переменного тока имеет на статоре две обмотки, сдвинутые одна относительно другой на 90 эл. град. Одна обмотка включается в сеть переменного тока. При вращении ротора, выполненного в виде тонкостенного электропроводящего цилиндра, в другой обмотке наводится переменная ЭДС, которая пропорциональна частоте вращения п.. Обладают высокой чувствительностью и мощностью выходного сигнала. Недостаток: зависимость выходного сигнала от сопротивления нагрузки.