6. Индукционные преобразователи

В индукционных преобразователях для преобразования механических перемещений в электрический сигнал используется явление электромагнитной индукции – наведение ЭДС в электрическом контуре, в котором меняется магнитный поток. Индукционные преобразователи относятся к преобразователям генераторного типа. Наведение ЭДС происходит независимо от причины изменения магнитного потока: перемещается ли обмотка в постоянном магнитном поле или магнит в неподвижной обмотке.

Величина индуцированной в катушке ЭДС определяется зависимостью:

;

где – мгновенное значение ЭДС; – число витков катушки; Ф – магнитный поток.

Из приведенного соотношения видно, что индукционный преобразователь может применяться только для измерения скорости перемещения.

Рассмотрим два типа индукционных преобразователей.

Рисунок 6.1. Конструкции индукционных преобразователей: а – для измерения поступательного перемещения; б – для измерения вращательного движения

Наведение ЭДС для схемы «а» равна:

,

а для схемы «б»:

Выходной сигнал имеет два информативных параметра: наведенная ЭДС ; частота изменения выходного сигнала. Первый информативный параметр неудобен тем, что он зависит не только от скорости вращения, но и от других внешних факторов, например температуры. Второй параметр используется более часто, так как он не зависит от внешних факторов, а зависит только от скорости вращения вала.

7. Пьезоэлектрические преобразователи

Пьезоэлектрические преобразователи являются преобразователями генераторного типа, в них генерируется электрический заряд .Эти преобразователи являются устройствами чувствительными к силе, поэтому они употребляются для измерения физических величин, которые могут быть приведены к силам. Пьезоэлектричество появляется в кристалле определенной конфигурации, когда они подвергаются сжатию или растяжению, при этом кристалл поляризуется и на его поверхности образуется электрический заряд. Поляризация пропорциональна приложенному усилию и изменяет знак при изменении знака усилия. Это прямой пьезоэлектрический эффект. Он используется для измерения силы, давления, ускорения и др. Помимо прямого имеется обратный пьезоэффект, который заключается в том, что электрическая поляризация вызывает механические напряжения в кристалле, что приводит к изменению его геометрических размеров. Обратный пьезоэффект используется для ультразвуковой локации, как испонительтый элемент в устройствах автоматики, например при перемещении определенных приборов, изменения оптического фокуса телескопа. Наиболее заметен пьезоэффект в веществах с естественной анизотропией кристаллической структуры или в материалах с искусственной анизотропией. Наиболее распространенным материалом является кварц. Пластина пьезопреобразователя вырезается из кристалла кварца параллельно его осям x, y, z (рисунок 7.1.).

Рисунок 7.1. Ориентация пластины П в кристалле кварца

Под влиянием сил F_x и F_y на плоскостях перпендикулярных к оси х появляется заряд. Ось х называется электрической осью, а эффект называется продольным. Под действием силы F_z электризация не возникает. Этот эффект называется поперечным. Заряды q, возникающие под действием силы F_x, не зависят от геометрических размеров кристалла. При действии силы F_y возникает заряд на сторонах, перпендикулярных электрической оси. Заряд зависит от геометрических размеров пластин.