Принцип действия электромагнитных преобразователей

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).
Подпись:  Рис. 7.1. Типы магнитных цепей электромагнитных преобразователей: а - с одной обмоткой на сердечнике; б - с двумя обмотками на сердечнике; в - с обмоткой в воздушном зазоре; г - с магнитоупругим сердечником
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.