6.Магнитоупругие преобразователи
Принцип действия
магнитоупругих преобразователей основан
на изменении магнитной проницаемости
ферромагнитных тел взависимости от
возникающих в них механических напряжений
(магнитоупругий эффект) обусловленных
воздействием на ферромагнитные тела
механических сил (растягивающая,
сжимающая, изгибающая и скручивающая
сила).
Относительное
изменение магнитной проницаемости
для различных материалов составляет
0,5 – 3% при изменении
на 1МПа,
где - механическое напряжение .
Типы магнитоупругих преобразователей можно разбить на две основные группы, к первой группе относятся преобразователи в которых используется изменение магнитной проницаемости чувствительного элемента в одном направлении, магнитный поток в них направлен в большей части магнитной цепи вдоль линий действия усилия. В преобразователях этой группы под действием измеряемой силы изменяется индуктивность обмотки (рисунок а) или индуктивность между обмотками (рисунок б).
Рисунок а, б
В первом случае реализуется следующая цепь преобразования:
,
во втором случае:
- взаимная
индуктивность.
Ко второй группе относятся преобразователи в которых используется изменение магнитной проницаемости одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях или иначе говоря магнитная анизотропия материала чувствительного элемента. В этих преобразователях магнитный поток направлен под углом 45о к линиям действия измеряемого усилия (рисунок в).
Рисунок в
В ненарушенном состоянии преобразователя силовые линии первичной обмотки рисунок г располагаются симметрично и не сцепляются со вторичной обмоткой в результате этого ЭДС вторичной обмотки равна 0.
Рисунок г, д
После приложения усилия вследствие изменения магнитной проницаемости материала, магнитные силовые линии рисунок д «вытягиваются» в направлении большей проницаемости, сокращаются в направлении меньшей проницаемости, и сцепляясь со вторичной обмоткой индуктируют в ней ЭДС пропорциональную приложенному к преобразователю усилию при изменении знака нагрузки изменяется и фаза выходной, ЭДС. Из-за начальной магнитной анизотропии материала при отсутствии нагрузки уже существует некоторая ЭДС, для ее уменьшения в датчиках из листового материала чередуют листы с взаимно перпендикулярными направлениями проката, кроме этого специальным образом располагают отверстия выбирая угол между обмотками; используют дополнительную обмотку или магнитный шунт.
Магнитоанизотропные свойства проявляются и при скручивании ферромагнитных тел, этот эффект называется эффектом Видемана, заключается в том, что при прохождении тока через стержень на который воздействует крутящий момент в стержне кроме кругового магнитного потока возникает продольный магнитный поток наводящий в обмотке намотанной на стержень рисунок а ЭДС пропорциональную крутящему моменту.
Рисунок а
При скручивании ферромагнитного стержня находящегося в продольном магнитном поле рисунок б в стержне появляется винтовая составляющая потока которую можно считать результатом суперпозиции продольного и кругового потока.
Рисунок б
Круговой поток наводит в контуре образованным стержнем и подключенным к нему милливольтметром, ЭДС пропорциональную потоку и зависящую от крутящего момента. Например, при диаметре скручиваемой проволоки из стали марки «Э» 1,5мм и длине активного участка 30мм поле возбуждения частотой 1000 Гц и напряженностью Н=500А/м наводит ЭДС
е=20мВ при крутящем моменте Мкр=10-2 Нм.