Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ПОСОБИЕ № 5 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЙ.doc
Скачиваний:
12
Добавлен:
18.08.2019
Размер:
645.12 Кб
Скачать

§ 8. Вихретоковые индуктивные преобразователи - основаны на изменении индуктивности и взаимоиндуктивности катушек при приближении к ним проводящего тела.

Глубина проникновения электромагнитной волны в материал определяется формулой Z = (2/ωμγ)1/2.

На низких частотах (50 Гц) для меди и алюминия значение Z0,05 составляет около 10 мм, на высоких частотах (500 кГц) глубина проникновения уменьшается до 0,1 мм. Индекс 0,05 свидетельствует о том, что на эту глубину приходится 95% электромагнитных волн.

Присутствие вблизи витка с переменным током проводящей среды приводит к изменению его первоначального поля и электрических параметров, т. е. его активного и реактивного сопротивления: активное сопротивление витка увеличивается за счет роста потерь в проводящей среде, а индуктивное сопротивление уменьшается.

Значение вносимых сопротивлений Rвн Xвн зависит при постоянной частоте питания и геометрических размерах обмотки от расстояния δ от обмотки до пластины, электрической проводимости и толщины пластины, пока толщина не превышает величины d = 2Z.

Вихретоковые преобразователи находят самое широкое применение в области бесконтактного контроля линейных размеров тонких пластин и толщины покрытий (индукционная толщинометрия) и обнаружения дефектов - поверхностных царапин и трещин. Для этих целей используются накладные (рис. а), экранные (рис. б) и щелевые (рис. в) датчики.

Применять вихретоковые датчики для измерения перемещения, очевидно, имеет смысл только в тех случаях, когда датчик не должен иметь ферромагнитных включений, так как чувствительность вихретокового преобразователя к перемещению в 5-20 раз меньше чувствительности такого же по габаритам индуктивного преобразователя с катушкой, помещенной в магнитопровод с перемещающимся сердечником. Кроме того, вихретоковые преобразователи имеют большие погрешности, обусловленные главным образом температурными изменениями электрической проводимости проводящего тела.

§ 9. Магнитоупругие преобразователи - основаны на изменении магнитной проницаемости μ ферромагнитных тел в зависимости от возникающих в них механических напряжений (магнитоупругий эффект), обусловленный воздействием на ферромагнитные тела механических сил (растягивающих, сжимающих, изгибающих, скручивающих). Изменение магнитной проницаемости Δμ/μ для различных материалов составляет 0,5-3% при изменении σ на 1 Мпа.

Магнитоупругие преобразователи можно разбить на две основные группы. К первой группе относят преобразователи, в которых используется изменение магнитной проницаемости чувствительного элемента в одном направлении; магнитный поток в них направлен в большей части магнитной цепи вдоль линии действия усилия. В преобразователях этой группы под действием измеряемой силы изменяется индуктивность обмотки (рис. а) или индуктивность между обмотками (рис. б). В первом случае реализуется цепь преобразований P =>σ => μ => ZM => L => Z, во втором – Р => σ => μ => ZM => M => E2.

Ко второй группе относят преобразователи, в которых используется изменение магнитной проницаемости одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях (магнитная анизотропия материала чувствительного элемента). В этих преобразователях магнитный поток направлен под углом 45о к линии действия измеряемого усилия (рис. в). В ненагруженном состоянии преобразователя силовые линии первичной обмотки (рис. г) располагаются симметрично и не сцепляются со вторичной обмоткой, в результате чего ЭДС вторичной обмотки равна нулю. После приложения усилия вследствие изменения магнитной проницаемости материала магнитные силовые линии вытягиваются в сторону большей проницаемости, сокращаются в направлении меньшей проницаемости и, сцепляясь со вторичной обмоткой, индуктируют в ней ЭДС, пропорциональную приложенному к преобразователю усилию (рис. д). При изменении знака нагрузки изменяется и фаза выходной ЭДС. Из-за начальной магнитной анизотропии материала при отсутствии нагрузки уже существует некоторая ЭДС. Для ее уменьшения в датчиках из листового материала чередуют листы с взаимно перпендикулярными направлениями проката, кроме этого, специальным образом располагают отверстия, выбирая угол между обмотками; используют дополнительную обмотку или магнитный шунт.

М агнитоанизотропные свойства проявляются и при скручивании ферромагнитных тел. Этот эффект, называемый эффектом Видемана, заключается в том, что при прохождении тока через стержень, на который воздействует крутящий момент, в стержне, кроме кругового магнитного потока, возникает продольный магнитный поток, наводящий в обмотке, намотанной на стержень (рис. а), ЭДС, пропорциональную крутящему моменту. При скручивании ферромагнитного стержня, находящегося в продольном магнитном поле (рис б), в стержне появляется винтовая составляющая потока, которую можно считать результатом суперпозиции продольного и кругового потоков. Круговой поток наводит в контуре, образованном стержнем и подключенным к нему милливольтметром, ЭДС, пропорциональную потоку и зависящую от крутящего момента.

М агнитоупругие датчики применяют для измерения сил, давлений, крутящих моментов. Мощность, развиваемая датчиком, как правило, достаточна для непосредственного включения указателя без предварительного усиления. Датчик представляет собой жесткий элемент, имеющий собственную частоту колебаний в диапазоне 1-10 кГц и позволяющий измерять как статические, так и высокочастотные динамические величины. Механическое напряжение в материале датчика составляет 10 –50 МПа. Датчик обладает высокой надёжностью и предел измерений 250 Н или 107 Па.