1.9. Электромагнитный метод

Электромагнитный метод измерения неэлектрических величин основан на прямом использовании закона электромагнитной индукции.

Закон электромагнитной индукции можно использовать в следующих двух формулировках.

1. Если в постоянном магнитном поле движется проводник со скоростью , то в нем индуктируется и э. д. с. е, равная

, (2.32)

где В— составляющая магнитной индукции по направлению, перпендикулярному

скорости ;

l — длина проводника.

2. Если поместить проводник в переменном магнитном поле, то индуктируемая в нем э. д. с. е будет равна

, (2. 33)

где Ф — магнитный поток.

В соответствии с этими двумя формулировками можно получить два типа преобразователей неэлектрических величин в электрические. Первый тип преобразователя состоит из катушки 1, движущейся в постоянном магнитном поле магнита или электромагнита 2 (рис.2.30, а и б). Катушка приводится в движение со скоростью под действием механических сил, возникающих за счет энергии, получаемой от испытуемого объекта. Наводимая в катушке э. д. с. пропорциональна скорости движения. Второй тип преобразователя состоит из неподвижной катушки 1 (рис.2.31) и магнитопровода с переменным зазором (или с другим устройством для изменения магнитного потока), служащим для изменения магнитного потока магнита или электромагнита 2. Изменение зазора осуществляется за счет измеряемых неэлектрических величин. Разновидностями второго типа преобразователя являются система с неподвижными катушками 1, магнитом 2 и вращающимся коммутатором 3 (рис.2.32,а) и система с неподвижной катушкой 1 и вращающимся магнитом 2 (рис.2.32,б).

Электромагнитный метод применим непосредственно для измерения тех неэлектрических величин, которые связаны со скоростью движения или могут быть преобразованы в скорость. В частности, этот метод находит широкое применение при измерении вибраций, ускорений и скоростей вращения. Если измеряемые величины связаны с перемещением, а не со скоростью, то для получения на выходе прибора величины, пропорциональной, измеряемой, необходимо применять интегрирующие устройства.

Покажем, что в преобразователе с переменным зазором индуктируемая э. д. с. пропорциональна скорости изменения зазора. Если М — магнитодвижущая сила постоянного магнита или электромагнита, a R_M — магнитное сопротивление, то магнитный поток будет равен

. (2.34)

Сопротивление R_M состоит из сопротивления железа R_ж и сопротивления воздушного промежутка , где — величина зазора, т.е.

, (2.35)

Если зазор изменяется на величину , то

, (2.36)

где .

Электродвижущая сила е, индуктируемая в катушке, согласно формуле (2.33) будет равна

. (2.37)

Следовательно, э. д. с. пропорциональна скорости изменения зазора .

При выборе параметров электромагнитных датчиков следует исходить из требований работы их в режиме холостого хода, так как только при этом условии остаются справедливыми соотношения (2.34) и (2.35).

Электромагнитный метод целесообразно применять для измерения быстроменяющихся величин.