Главная Об электрических измерениях. Достоинства и недостатки



4.2.8. Магнитоупругие преобразователи

Принцип действия и конструкция. Работа магнитоупруго-го. преобразователя основана на магнитоупругом эффекте. Как известно, ферромагнитные вещества имеют области самопроизвольного намагничивания (домены). В ненамагниченном состоянии вещества домены ориентированы хаотично и магнитные моменты отдельньгх доменов компенсируют друг друга. При помещении ферромагнитного тела в магнитное поле домены ориентируются в его направления. В слабом поле ориентация частичная; в сильном поле при маггитном насьпдении материала ориентируются все домены. Ориентация доменов вызывает увеличение магнитной индукции, характерное для ферромагнитных материалов.

Если на намагниченный образец ферромагнитного тела воздействовать внешней механической силой, то тело деформируется, домены изменят свою ориентацию и индукция в материале изменяется. Явление имеет упругий характер. Если силу снять, то индукция примет грежнее значение. Поскольку абсолютная магнитная проницаемость вещества

= ц,Но = В/Н, (4.136)

то при заданной напряженности поля Н изменение индукции В эквивалентно изменению магнитной гроницаемости.

Изменение индукции или магнитной проницаемости в ферромагнитных телах при действии на них силы называется магнитоупругим эффектом.

Рассмотренное явление используется для преобразования механической силы в электрическую величину.

Один из возможных типов магнитоупругого преобразователя представлен на рис. 4.34,а. Он представляет собой ферромагнитный сердечник с намотанной на нем катушкой. При действии силы F в материале сердечника возникает механическое напряжение о, изменяется p.f, следовательно, и магнитное сопротивление сердечника Д,, а также

индуктивность катушки L. Формула преобразований имеет вид

F а р. ->/,. (4.137)

Магнитоупругие преобразователи могут иметь две обмотки (рис. 4.34,6). Такие греобразователи являются трансформаторными.

действии силы вследствие изменения магнитной проницаемости изменяется взаимная индуктивность гМ между обмотками и ЭДС вторичной обмотки Е. Формула преобразования имеет вид

F о (1 R Ж Е. (4.138)






Рис. 4.34

При расчете преобразователя и его чувствительности нужно в соответствии с законами и правилами механики рассчитать механические напряжения о в элементах конструкции и их зависимость от измеряемой силы а = а (F).

Зависимость jU;. = Mr (о) в ферромагнитных веществах в общем случае нелинейна. Однако при небольших механических напряжениях можно считать, "Что относительное изменение магнитной проницаемости пропорционально а:

гном

(4.139)

где AfjL = - М;.„(,д; М;. - значение магнитной проницаемости при воз-

действии а; р

- номинальная магнитная проницаемость при о =

= 0; S - чувствительность материала.

Магнитная проницаемость Мном зависит от напряженности поля Н. Для увеличения Ajjl целесообразно работать при таких Н, при которых М;.„ом максимальна. Наибольшую чувствительность Sц имеют железоникелевые сплавы, меньшую - железокобальтовые сплавы и кремниевые стали. Так, электротехнические стали имеют чувствительность порядка 11 • 10" м/Н, сталь марки СтЗ - 8 • 10" м/Н. Имеются сплавы с чувствительностью 25-10" м/Н.

Зная конфигурацию и размеры греобразователя и зависимость магнитной проницаемости от измеряемой силы F, можно определить зависимость согротивления магнитной цепи, а также индуктивности L или коэффициента взаимоиндукцииМ преобразователя:

(4.140)




Магнитопровод преобразователя следует делать без воздушных зазоров. Даже пришлифованные друг к другу стыки магнитопровода имеют большое магнитное сопротивление и уменьшают чувствительность преобразователя. При действии измеряемой силы воздушные зазоры изменяются, что приводит к возникновению погрешности.

При низких частотах питающего напряжения или в случае, когда сердечник собран из достаточно тонких пластин, магнитное поле равномерно заполняет все сечение преобразователя и говерхностный эффект вьфажен слабо. При сильно выраженном поверхностном эффекте магнитное согротивление увеличивается, а чувствительность уменьшается.

Лучншми метрологическими характеристиками обладает магнит оанизотропный трансформаторный преобразователь, схема которого показана на рис. 4.34, е. Пока измеряемая сила не действует, магнитопровод такого преобразователя магнитоизотропен: его магнитная проницаемость одинакова во всех направлениях. Под действием механических напряжений магнитная проницаемость изменяется в направлении напряжения. Это изменяет магнитное сопротивление материала в том же направлении. Под действием механических напряжений материал становится магнитоанизотропным.

Преобразователь собран из пакета пластин, имеющих четыре отверстия. В отверстии уложены две обмотки: питания w, и измерительная Wj. Они расположены под углом 45° к направлению действия силы и под углом 90 ° друг к другу. При отсутствии измеряемой силы F магнитное поле, создаваемое обмоткой питания Wj, направлено параллельно виткам измерительной обмотки W2 и не заходит в нее (рис. 4.35,а). В измерительной обмотке ЭДС не индуцируется. Под действием измеряемой силы магнитная проницаемость в направлении ее действия изменяется и изменяется магнитное согротивление в том же направлении. Это деформирует магнитное голе (рис. 4.35,5). Магнитный поток пронизывает измерительную обмотку и индуцирует в ней ЭДС£2, пропорциональную действующей силе.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 [54] 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114


0.0173