5. Физические основы создания первичных преобразователей, основанных на модуляции магнитных параметров измерительной цепи
В промышленности широко используют измерительные преобразователи индукционные (генераторные) и индуктивные (параметрические). Устройства данного типа в общем случае состоят из катушки индуктивности с магнитопроводом или без него.
5.1 Принцип работы магнитоиндукционных измерительных преобразователей генераторного типа
Принцип работы индукционных преобразователей основан на использовании явления электромагнитной индукции:
.
(5.1)
При этом изменяемыми параметрами преобразователя могут являться:
угол между магнитной осью преобразователя и вектором магнитной индукции;
площадь поперечного сечения магнитопровода;
магнитная проницаемость среды.
Устройства данного типа применяются для измерения, например, параметров магнитного поля, угла поворота элемента конструкции в цепи магнитопровода:
;
(5.2)
частоты вращения, линейной скорости, параметров вибраций и колебаний, расхода жидких проводящих сред:
.
(5.3)
Рисунок иллюстрирует устройство и принцип работы магнитоиндукционного расходомера.
Рис. 5.1 Принцип работы манитоиндукционного расходомера:
А – положение электродов; Б – взаимосвязь между направлением потока и векторами электрического и магнитного полей.
Для точного измерения угла поворота широко используют индуктоксины. В этих устройствах на торцевых поверхностях, обращенных друг к другу и разделенных воздушным зазором (0,1 - 0,2 мм) находятся печатные обмотки радиального растра. К обмотке статора подводится переменное напряжение частотой, например, 10 кГц. В обмотке ротора наводится ЭДС. При повороте ротора появляется сдвиг фаз между наводимой ЭДС и входным напряжением, пропорциональный углу поворота ротора.
Принцип работы
индуктивных
преобразователей
основан на изменении параметров магнитной
цепи первичного преобразователя:
магнитного потока (Ф); магнитная индукция
(В); напряжённости магнитного поля (H);
магнитной проницаемости (
),
а также на использовании других эффектов,
косвенно связанных с изменением
параметров магнитной цепи.
Эквивалентная
электрическая схема замещения (ЭЭСЗ)
катушки индуктивности в общем случае
представляет собой колебательный
контур, содержащий электрическую
ёмкость, включающую в себя ёмкость
между соединительными проводами (
),
межвитковую ёмкость (
),
ёмкость относительно корпуса земли
(
);
активное сопротивление провода (
);
составляющие ЭДС и непосредственно
индуктивность катушки (
).
Модуляция магнитных параметров является достаточно удобным для практического использования механизмом чувствительности, потому что позволяет получить достаточно мощный сигнал на выходе первичного преобразователя.
При измерении различных физических величин, например, температуры, механических воздействий и т.п. может использоваться модуляция геометрических размеров чувствительного элемента, магнитных свойств измеряемой среды и непосредственно магнитопровода.
К недостаткам индуктивных преобразователей можно отнести: большие геометрические размеры; большую потребляемую мощность; низкий частотный диапазон; малое быстродействие.