|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Рис. 9.9. Дифференциальные преобразователи с распределенными параметрами: а - с S-образным магнито-нроБодом; б - с Е-образ-ным магиитопроБодом  шающий ЭДС. Результирующая ЭДС и напряжение нагрузки определяют по формулам (9.22) и (9.23) для max / 1 = «1(&шах + Л). где La - индуктивность измерительной обмотки; - индуктивность первичной обмотки; М - взаимная индуктивность обмоток. Преобразователи с распределенными как магнитными, так и магнитными и электрическими параметрами можно сконструировать по дифференциальной схеме. Для этого в дифференциальных преобразователях первого из рассматриваемых типов применяют S-образный магнитопровод (рис. 9.9, а), а в дифференциальных преобразователях второго типа - Е-образный магнитопровод (рис. 9.9, б). Более полное исследование преобразователей с распределенными параметрами дано в работах [38, 60]. Магнитоупругие преобразователи. В основу построения магни-тоупругих преобразователей положен магнитоупругий эффект, проявляющийся в изменении магнитных свойств ферромагнитных материалов под действием механических напряжений. Различают две основные группы магнитоупругих преобразователей [23]. К первой группе относятся преобразователи, в которых используется изменение магнитных свойств материала в одном или двух взаимно перпендикулярных направлениях. Примерами таких преобразователей могут служить дроссельный и трансформаторный преобразователи, приведенные на рис. 9.10, а, б. В первом преобразователе функцией приложенной силы Р является полное электрическое сопротивление Z, а во втором - ЭДС Е, наводимая во вторичной обмотке. Ко второй группе относятся преобразователи, в которых используется изменение степени магнитной анизотропии материала. В магнитоанизотропном датчике (рис. 9.10, в) в исходном (ненапряженном) состоянии суммарный вектор магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения /, направ- 8* 227  Рис. 9.10. Разновидности магнитоупругих преобразователей лен вдоль витков измерительной обмотки 2, расположенной перпендикулярно оси катушки возбуждения. При этом пересечения витков измерительной обмотки потоком не происходит, т. е. связь между обмотками отсутствует. В нагруженном состоянии вследствие анизотропии магнитных свойств материала магнитное поле обмотки возбуждения деформируется и появляется состав-ляющ,ая магнитного потока, сцепляющаяся с витками измерительной обмотки. В измерительной обмотке наводится ЭДС Е. Магнитоупругий эффект в различных ферромагнитных материалах проявляется по-разному. В железе и его сплавах с увеличением механического напряжения наклон петли гистерезиса увеличивается, а сама петля сужается (положительная магнито-стрикция); магнитная проницаемость при этом возрастает. В никеле с увеличением механических напряжений, наоборот, наклон петли гистерезиса уменьшается и магнитная проницаемость падает (отрицательная магнитострикция). Магнитоупругую чувствительность материала обычно оценивают отношением относительного изменения магнитной проницаемости Др/р к соответствующему изменению механического напряжения о: 5 = Др/ро. , Заданную чувствительность можно получить, выбирая подходящие значения начальной напряженности магнитного поля в материале, при этом диапазон измеряемых механических воздействий определяется требуемой линейностью функции преобразования. Значения магнитоупругой чувствительности некоторых ферромагнитных материалов по данным работы [23 ] приведены в табл. 9.1. При работе в высокочастотных полях в качестве материалов могут использоваться ферриты. По данным работы [4], весьма перспективным является никель-цинковый феррит 400НН, имеющий большую механическую прочность. Зависимость относительного изменения дифференциальной магнитной проницаемости Ay от величины механического напряжения о для колец размерами 10x6x3 при напряженности магнитного поля Я = 172 А/м приведена на рис. 9.11. В диапазоне механических напряжений О-4 МПа зависимость Ai{a) обладает хорошей линейностью, причем магнитоупругая чувствительность составляет 9,29%/МПа. 228 Таблица 9.1 Магннтоупругая чувствительность некоторых ферромагнитных материалов
При проектировании магнитоупругих преобразователей сердечник обычновыполняется замкнутым. Наличие воздушного зазора может привести к тому, что даже небольшое его изменение окажет большее влияние на величину магнитного сопротивления, чем магнитоупругий эффект. Начальное значение напряженности магнитного поля чаще всего устанавливают соответствующим максимальной магнитной проницаемости. Конструктивно магнитоупругий элемент стремятся выполнить с большим отношением высоты к поперечным размерам, что ограничивает возникновение поперечных механических напряжений, которые приводят к нелинейности преобразования [23 . С этой целью, если упругий элемент имеет форму полого цилиндра с отношением (D - d)/D > 0,2, где D и d - внешний и внутренний диаметры, в нем делают продольные проточки, превращающие его в ряд жестко связанных между собой стержней. Магнитоупругие преобразователи можно сделать дифференциальными. Для этого используют два упругих элемента, один из которых работает на сжатие, другой - на растяжение, или же один является рабочим, а другой компенсационным. Существенное влияние на метрологические характеристики магнитоупругих преобразователей оказывают механический гистерезис, являющийся следствием упругого последействия, и магнитный гистерезис. Уменьшения механического гистерезиса достигают теми же О методами, что и для стабилизации характеристик упругих элементов. Уменьшения магнитного гистерезиса добиваются, применяя материалы с узкой петлей гистереза. Для стабилизации характеристик магнито-упругого преобразователя во времени приме-няют естественное и искусственное старение и термообработку. Рис. 9.11. Зависимость относительного изменения дифференциаль ной магнитной проницаемости от величины механического напряжения феррита 400НН 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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 |