Індуктивні магнітопружні перетворювачі

Зубчасті ІП

 

Для точного виміру великих переміщень, наприклад у МРС, застосовуються лінійні і кругові ІП із зубчастими сердечниками.

Такі перетворювачі мають періодичну характеристику і дозволяють вимірювати збільшення вхідної величини, тобто лінійне чи кутове переміщення, шляхом рахунку періодів зміни вихідного сигналу в процесі руху рухливої частини.

 

Рис. 4. Зубчатий індуктивний перетворювач

 

Принципова схема такого перетворювача приведена на рис.4 Магнітопровід 1 має зубцюваті полюси. На магнітопроводі розташована обмотка 2. Зубчастий якір 3, зв'язаний з рухливою частиною пристрою, переміщується в горизонтальному напрямку щодо нерухомого магнітопровода 1. При переміщенні якоря індуктивність обмотки міняється періодично від α_max до α_min і відповідно міняється повний електричний опір обмотки від z_max до z_min (рис. б).

Максимальна індуктивність відповідає розташуванню зубців якоря проти зубців магнітопровода, а мінімальна – проти впадин. Обмотка включається, наприклад, в одне з плеч мостової схеми (рис. в), що врівноважується при z₁=z_ср.

На виході мостової схеми утвориться вихідний сигнал, близький до синусоїдального (рис. г).

ІП з рухливими екранами

 

Вимірюють механічні переміщення. При подібному переміщенні х екрана в таких перетворювачах міняється еквівалентний питомий реактивний опір немагнітного зазору і, отже індуктивний і повний опір обмотки.

Принципова схема ІП з однією обмоткою збудження показана на рис. 5.

 

 

 

Рис. 5. Індуктивний перетворювач з КЗВ:

а – принципова схема; б – характеристика управління

 

 

На магнітопроводі 1 розташована обмотка 2, включена послідовно з опором навантаження під напругу живлення. Екран 3, жорстко зв'язаний з рухливою частиною пристрою, охоплює верхню частину магнітопровода. У залежності від положення екрана міняється реактивний опір немагнітного зазору, індуктивність обмотки і струм I, що протікає через опір навантаження R_н.

Характеристика керування ІП з однією обмоткою приведена на рис. б). Вона не проходить через початок координат і на ній можна виділити лише невелику лінійну ділянку. Крім того, на екран діють значні електромагнітні сили.

Ці недоліки виявляються значно менше в схемах ІП із двома обмотками. Принципова схема такого перетворювача показана на рис. 6.

Рис. 6. симетричний індуктивний

перетворювач з КВЗ

 

Він має замкнутий магнітопровід 1, на крайніх вертикальних стрижнях якого розташовані дві однакові котушки – 2 і 2. Уздовж верхнього горизонтального стрижня переміщається екран 3. Обмотки перетворювачів включені в два сусідніх плеча моста. В інші два плеча включені однакові баластні опори R_δ.

При симетричному положенні екрана індуктивності котушок рівні, міст знаходиться в рівновазі і вихідна напруга дорівнює нулю. При зсуві х екрана від середнього положення, індуктивність однієї котушки збільшується, а іншої зменшується, у результаті чого з'являється вихідна напруга U_вих, що залежить від положення екрана. Характеристика керування зображена на рис. б).

Вона розташована в I і III квадрантах, має більшу лінійну ділянку і проходить через початок координат. На екран діє менша електромагнітна сила, тому що вона є різницею сил створюваних правою і лівою котушками.

 

Індуктивні магнітопружні перетворювачі

 

Вони призначені для виміру значних механічних сил. Принцип їхньої дії заснований на зміні магнітної проникності феромагнітних тіл під впливом механічних сил.

Зміна магнітної проникності феромагнітних матеріалів при дії механічних напруг називається магнітопружністю. Хорошими магнітоупружними властивостями володіють залізонікелеві і залізокобальтові сплави. Конструкційні сталі мають трохи гірші магнітопружні властивості, але вони мають більшу стабільність характеристики.

Принципова схема магнітопружного перетворювача приведена на рис.7 а).

 

Рис. 11.21. Схеми магніто пружних перетворювачів

 

Він являє собою замкнутий магнітопровід, на одному зі стрижнів якого розташована обмотка. При вимірі сили Р, що діє на магнітопровід, міняється повний електричний опір обмотки. Включаючи обмотку в потенціометричну чи мостову схему, можна одержати перетворення механічних сил в електричну величину (напруга чи струм).

Магнітопружний перетворювач для виміру деформацій (рис. 7б) складається з пермалоєвого проводу 1, поміщеного, усередині котушки 2, і тісно зв'язаного з досліджуваною деталлю 3, на яку діє розтяжне зусилля Р. Деформація пермалоєвого проводу приводить до зміни індуктивності котушки і відповідно до зміни її повного опору.

Перетворювачі з використанням ефекту Відемана (рис. в) застосовуються для виміру крутного моменту. У феромагнітному стрижні при дії крутного моменту, з'являється гвинтова складова підвищеної магнітної проникності. Якщо при цьому через стрижень проходить перемінний струм, то в ньому виникає гвинтова складова магнітного потоку, яку можна вважати результатом суперпозиції подовжнього і кругового потоків. Подовжній перемінний потік створює в обмотці, натягнутої на стрижень, ЕРС, пропорційну крутному моменту.

Статичні характеристики (характеристики керування) магнітопружних перетворювачів мають нелінійність і неоднозначність. Неоднозначність характеристики визначається магнітопружним гістерезисом. Крім того, для одного й того ж самого матеріалу під дією механічної напруги магнітна проникність у слабких полях може зростати, у той же час як у сильних полях падати.

Погрішність перетворювача, обумовлена магнітопружним гістерезисом, залежить від режиму його роботи. Для зменшення погрішності необхідно збільшувати напруженість магнітного поля, тому що, при цьому незворотні процеси, зв'язані з переорієнтацією областей самодовільного намагнічування, слабшають.