– геометрические (изменение линейных размеров с изменением объема или изменение размеров без изменения объема, т.е. кручение или изгиб);
– механические (изменение модуля Юнга).
Существует и обратная связь. Любые механические напряжения и изменения размеров под воздействием внешних сил приводят к изменениям кривой намагничивания, а значит, коэрцитивной силы Нс, остаточной индукции Вr, индукции насыщения Bs и формы петли гистерезиса. Это обратный магнитострикционный эффект.
2.2.4. Трансформаторные датчики
Трансформаторные датчики – это частный случай индуктивных датчиков.
Работа датчиков основана на изменении магнитной связи между первичной (входной) и вторичной (выходной) обмотками под воздействием контролируемой величины перемещения или механической силы.
Рассмотрим работу трансформаторного датчика перемещения [2]. Датчик состоит из шихтованного ферромагнитного сердечника с тремя обмотками: обмотка возбуждения W1 и две идентичные обмотки W2 (рис. 35).
Обмотка возбуждения располагается между сигнальными обмотками, которые соединяются встречно и последовательно. Если под воздействием рабочего механизма ферромагнитный плунжер займет нейтральное, симметричное положение, то э. д. с., наводимые в сигнальных обмотках магнитным потоком, создаваемым обмоткой возбуждения, будут равны. Сигнальные обмотки включены встречно и |
Рис. 35 |
полностью компенсируют взаимно наводимые э. д. с.
Когда плунжер переместится, изменится магнитная связь между обмотками и коэффициент их взаимной индукции. Э. д. с., наводимые в сигнальных обмотках, будут отличаться друг от друга, следовательно, соответственно изменится выходной результирующий сигнал.
2.2.5. Индукционные датчики
Индукционные датчики – это активные датчики, которые выдают значительные выходные сигналы напряжения и мощности в широком диапазоне изменения контролируемой величины.
Индукционные датчики могут быть получены на базе трансформаторных, если одну из обмоток, например обмотку возбуждения, и магнитопровод, на котором она размещается, заменить постоянным магнитом. Тогда при перемещении плунжера в сигнальных обмотках наведётся э. д. с., эквивалентная скорости его перемещения X или углу Ψ (см. рис. 35). Вместо постоянного магнита можно использовать обмотку, подключенную к источнику постоянного тока или напряжения [2].
2.2.6. Датчики частоты вращения Виганда
В электронных системах зажигания контактный прерыватель заменен бесконтактными датчиками Виганда или Холла.
Датчик Виганда [2] состоит из предварительно механически обработанной проволоки из сплава викалой (ванадий V – 10%, кобальт Со – 52%, железо Fe – 38%) диаметром примерно 0,3 мм. Из этой проволоки изготавливают сигнальную обмотку We длиной 15 мм, имеющую примерно 1300 витков.
Если такую обмотку поместить в магнитное поле, то при превышении определённого значения напряженности Н магнитного поля направление намагничивания спонтанно меняется. В результате на зажимах катушки появляется импульс напряжения ес длительностью от 15 до 50 мкс и амплитудой до 5 В.
На рис. 36 изображен датчик Виганда, у которого продольные оси постоянных магнитов 1 и 2 ортогональны оси вращения магнитного коммутатора 4; 3 – магнитопровод; 5 – полюсные наконечники.
При вращении рабочего механизма связанный с ним маг-
нитный коммутатор 4 изменяет своё положение и тем самым пропускает сквозь сигнальную обмотку We потоки от постоянных магнитов 1 или 2. В результате в сигнальной обмотке индуцируются знакопеременные сигналы ес. По количеству положительных импульсов ес, снимаемых с сигнальной обмотки в единицу времени, или по среднему |
We Рис. 36 |
значению выходной э. д. с. можно судить о частоте вращения рабочего механизма.
Датчик Виганда имеет ряд достоинств:
– отсутствие дополнительного источника питания;
– большой выходной сигнал (несколько вольт);
– большой температурный диапазон (от –196 до +175ºС);
– искробезопасность;
– защищённость от коротких замыканий.
– амплитуда и длительность импульсов, не зависящие от скорости изменения магнитного поля, что позволяет использовать эти датчики при скоростях, близких к нулю.