Рассмотрим принцип действия электромагнитных преобразователей на примере преобразователя с магнитной цепью клапанного типа (рис. 7.1, а). В магнитной цепи имеется катушка с обмоткой из w витков. Индуктивность L этой обмотки равна
или
где RМ, Rм.СТ,
Rd – соответственно полное сопротивление магнитной цепи, магнитное сопротивление участков из стали, магнитное сопротивление воздушных зазоров; d – величина воздушного зазора; S – площадь воздушного зазора; m0 = 1,26 × 10-6 – магнитная проницаемость воздушного зазора.
Если изменять Rм, например, приближая подвижный сердечник 1 к неподвижному 2 (уменьшение d), или уменьшать S, поворачивая сердечник относительно неподвижной части магнитной цепи, то при этом будет изменяться значение индуктивности катушки L.
Значение L можно изменять и при неподвижных сердечниках 1 и 2 путем введения в воздушный зазор пластины 3 из ферромагнитного материала (уменьшение d) или пластины из электропроводного неферромагнитного материала. В последнем случае изменение L обусловлено размагничивающим действием токов, индуктированных в пластине основным магнитным потоком, проходящим по магнитной цепи.
Таким образом, у преобразователя (рис. 7.1, а) естественной входной величиной является перемещение сердечника, а выходной – изменение индуктивности обмотки. Подобные преобразователи, преобразующие значение измеряемой (механической) величины в значение индуктивности, называют индуктивными.
Если на магнитную цепь (рис. 7.1, б), аналогичную цепи, изображенной на рис.7.1, а, поместить не одну, а две катушки (w1 и w2), то при изменении магнитного сопротивления Rм, будет изменяться взаимная индуктивность М между обмотками катушек, равная
.
Взаимная индуктивность между обмотками w1 и w2 будет также изменяться, если обмотку w3 поместить не на сердечник, а вводить ее в воздушный зазор между сердечниками I и 2 (обмотка w3 изображена пунктиром на рис. 7.1, б).
Преобразователи, преобразующие значение измеряемой (механической) величины в значение взаимной индуктивности, принято называть трансформаторными, хотя более строгое название для этой группы преобразователей – взаимоиндуктивные.
Из сопоставления рис. 7.1, а и 7.1, б можно сделать вывод, что индуктивный преобразователь (рис. 7.1, а) путем применения двух обмоток можно превратить в трансформаторный. Поэтому в методике расчета этих преобразователей и в их конструктивном выполнении много общего.
На рис. 7.1, в изображен преобразователь с обмоткой в воздушном зазоре, аналогичный трансформаторному преобразователю (рис. 7.1, 6) с обмоткой w3.
В отличие от преобразователя на рис. 7.1, б здесь через обмотку w1 протекает постоянный ток. Поэтому, если обмотка w2 (рис. 7.1, в) неподвижна, то ЭДС на ее зажимах равна нулю. Однако, если обмотка w2 под воздействием измеряемой величины начинает перемещаться, то сцепленный с ней магнитный поток Ф изменяется, что, согласно закону электромагнитной индукции, вызывает появление в обмотке
ЭДС, равной , где dФ/dt — скорость изменения магнитного потока, сцепляющегося с витками обмотки.
Поскольку скорость изменения магнитного потока определяется скоростью перемещения обмотки в воздушном зазоре, то преобразователь (рис. 7.1, б) имеет входную величину в виде скорости линейных или угловых перемещений, а выходную — в виде индуктированной ЭДС. Подобные преобразователи, в которых скорость изменения измеряемой (механической) величины преобразуется в индуктированную ЭДС, называются индукционными.
Магнитный поток в индукционных преобразователях обычно создается при помощи постоянных магнитов.
Рассмотрим теперь преобразователь, приведенный на рис. 7.1, г. В магнитной цепи этого преобразователя, в отличие от предыдущих, отсутствует воздушный зазор.
Если к магнитной цепи преобразователя приложить сжимающие, растягивающие или скручивающие усилия, то вследствие их воздействия произойдет изменение магнитной проницаемости m сердечника,
что, в свою очередь, вызовет изменение магнитного сопротивления RМ.СТ сердечника , где lc и Sc — длина и площадь сечения сердечника.
Изменение магнитного сопротивления приведет к изменению индуктивности обмотки, расположенной на сердечнике.
Такие преобразователи в качестве входной величины имеют упругую деформацию сердечника и могут быть использованы для измерения сил, давлений, моментов. Эти преобразователи, основанные на изменении магнитного сопротивления, обусловленном изменением магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника под воздействием механической деформации, называют магнитоупругими.