Ддв при деформации

В качестве материала для упруго-чувствительных элементов магнитоупругого ДДВ пригоден любой ферромагнитный материал, со значительной магнитострикцией насыщения. Чаще всего используются трансформаторные стали, отличающиеся низкой стоимостью, но и невысокой чувствительностью, пермаллои (термообработанные железо-никелевые сплавы), наоборот, обладающие высокой чувствительностью, но и высокой стоимостью.

Основой магнитоупругого ДДВ является совмещенный упруго-чувствительный элемент в виде катушки с сердечником.

По принципу преобразования различают магнитоупругие ДДВ двух типов: генераторные и параметрические.

Генераторный магнитоупругий ДДВ (рисунок 5.4, а) подобен пьезоэлектрическому ДДВ с сегнетоэле­ктриком.

а – генераторного; б – параметрического дроссельного;

в - параметрического трансформаторного.

Рисунок 5.4 - Схема магнитоупругого датчика

Под действием измеряемого механического напряжения (например, сжатия ) индукция , наведенная в сердечнике - постоянном магните, изменяется. Величина этого изменения характеризует чувствительность материала и составляет  1,5 10^-9 (Вб м²)/(Н м²).

В свою очередь, вариации потока индукции наводят в выходной обмотке ЭДС, пропорциональную . Таким образом, функцию преобразования магнитоупругого ДДВ можно представить приближенным выражением:

где k – коэффициент пропорциональности, значение которого зависит от числа витков катушки и площади ее сечения;

k_г - коэффициент преобразования генераторного датчика.

Генераторные магнитоупругие датчики наиболее просты и миниатюрны, но работают только в динамическом режиме.

Принцип действия наиболее распространенного параметрического магнитоупругого ДДВ основан на измерении вариаций магнитной проницаемости  под действием механической нагрузки на сердечник. Параметрические датчики подразделяются на дроссельные (рисунок 5.4, б) и трансформаторные (рисунок 5.4, в). Относительное изменение магнитной проницаемости сердечника / вызывает соответствующее изменение импеданса датчика, а, следовательно, выходного напряжения. Функция преобразования такого датчика имеет вид:

где - коэффициент преобразования параметрического магнитоупругого датчика.

Основной характеристикой параметрического датчика является магнитоупругая чувствительность :

.

Точность магнитоупругих ДДВ определяется тремя основными факторами: магнитоупругой чувствительностью , уровнем допустимых механических напряжений и частотными характеристиками материала.

Основные достоинства магнитоупругих ДДВ: большая выходная мощность (отсутствие каскадов усиления), высокая механическая жесткость и надежность, позволяют использовать их в экстремальных условиях (при высокой влажности, давлении и т.п.).

К недостаткам этих датчиков можно отнести ограниченную полосу пропускания (вследствие токов Фуко) и невысокую точность измерения.

Лекция 6. Мостовые схемы измерения

План лекции:

- Общие сведения об измерительных мостовых схемах;

- Одинарная мостовая схема п Уитстона;

- Двойной мост Томсона;

- Принципы работы мостов переменного тока;

- Высокочастотные мостовые схемы

Общие сведения об измерительных мостовых схемах

Основные типы ЧЭ преобразуют изменение измеряемой величины в изменение какого-либо параметра, например, сопротивления, емкости, индуктивности, заряда. Часто эти параметры объединяют термином “импеданс”. Импеданс может быть как активным, так и реактивным. Например, импеданс резистивных ЧЭ – обычное сопротивление R, емкостных ЧЭ – , электромагнитных ЧЭ – , где f – частота тока, протекающего через ЧЭ.

Для преобразования изменения импеданса Z ЧЭ параметры электрического сигнала ЧЭ включают в измерительную схему.

Обычно используют параметрические и генераторные схемы.

Параметрические схемы предназначены для преобразования информации, полученной ЧЭ в процессе измерения, в вариации тока или напряжения. Схемы могут состоять исключительно из ЧЭ или включать наряду с ними дополнительные элементы, корректирующие её функцию преобразования.

Наиболее распространены два типа параметрических схем: потенциометрические и мостовые с питанием как постоянным, так и переменным током.

Одна из потенциометрических схем с резистивным ЧЭ нами уже была рассмотрена (в лекция 2).

Мостовая схема (измерительный мост) - это специальное соединение элементов, которое формирует выходное напряжение, сбалансированное относительно массы. Эта схема широко используется в измерительных приборах и во множестве промышленных схем.

Действие измерительной мостовой схемы основано на методе сравнения измеряемой величины с образцовой мерой. Метод сравнения даёт весьма точные результаты, вследствие чего измерительные мосты получили достаточно широкое распространение, как в лабораторной, так и в производственной практике.

В общем случае все измерительные мосты можно разделить на равновесные (уравновешенные) и неравновесные.

Уравновешенный мост - это такой мост, выходное напряжение которого равно нулю.

Мосты, в которых измеряемую величину определяют по значению тока или напряжения называют неравновесными или мостами отклонения. Неравновесные мосты удобнее в эксплуатации, однако они не обладают точностью равновесных мостов.