Индуктивный преобразователь (недифференциальный).
μ –магнитная проницаемость среды
для парамагнетиков и диамагнетиков μ практически равно единице, а для ферромагнетиков μ имеет порядок 104. К ферромагнетикам относят Fe, Co, Ni. В дальнейшем будем рассматривать ферромагнетики – они бывают двух видов:
– магнитомягкие (электротехнические стали, арикор, пермаллой, супермаллой);
– магнитотвердые.
Магнитомягкие материалы –характеризуются узкой петлей гистерезиса:
|
Иногда петля гистерезиса ферромагнетика близка к прямоугольной. Она характеризует энергию, затраченную на перемагничивание.
B = μH
μ – тангенс угла наклона петли.
Наиболее близкую к прямоугольной петлю гистерезиса имеют материалы пермаллой, супермаллой.Чем больше μ – тем выше проводимость.
Магнитотвердые материалы – материал постоянных магнитов с очень широкой петлей гистерезиса, что говорит о необходимости большого количества энергии на перемагничивание.
Произведение B на Н эквивалентно энергии.
Xм – компонента комплексного сопротивления, которая проявляется на переменном токе и характеризует потери энергии, затрачиваемые на перемагничивание и на вихревые токи.
Будем рассматривать материалы, у которых: Xм << Rм
Для воздуха: Zм = Rм
Xм à0
Электрокинематическая схема индуктивного датчика
1) статор;
2) ротор – ферримагнитный (проводящий) материал;
3) обмотка;
4) резистор нагрузки
|
На железном сердечнике 1 намотана катушка 3. Если изменять воздушный зазор посредством перемещения якоря 2, например, под действием силы F, то коэффициент самоиндукции L катушки 3 будет изменяться, вследствие чего сила тока i, протекающего по катушке также будет изменяться. Таким образом, каждому значению силы F и зазора будет соответствовать вполне определенное значение индукции L, а следовательно, и определенное значение силы тока i.
Индуктивность катушки: (1), где
Напряжение питания и выхода:
W - количество витков катушки;
ZM – магнитное сопротивление
Jx – реактивная составляющая магнитного сопротивления
Чтобы реактивные составляющие магнитного сопротивления были меньше, статор и ротор делают из шихтованного материала (изолированные друг от друга пластины), для уменьшения вихревых токов. Но остаются гистерезисные характеристики, поэтому используются магнитомягкие материалы - пермаллой, супермаллой.
Тогда можно записать:
-длина пути;
магнитная проницаемость;
S – площадь сечения, в котором располагаются магнитные линии;
Далее везде считают, что ;
; ; , в зависимости последовательное соединение или параллельное.
Рассмотрим электрическую схему:
Для схемы имеем:
Рассмотрим эквивалентную магнитную схему:
Магнитная цепь (магнитная составляющая)
Ry – сопротивление утечки
Rз – сопротивление зазора
Ф – магнитный поток.
Rв1, Rв2 – сопротивление воздуха 1 и 2
Sв - сечение, соответствующее ширине полюса;
Rв и Rу соединены параллельно, чем меньше зазор, тем меньше Rу
Для магнитных цепей применимы законы расчета электрических цепей, такие как оба закона Кирхгоффа
Рассмотрим подробнее в объеме:
Стараются делать так чтобы:
– доминирующая
Приблизительная эквивалентная магнитная цепь прибора:
НС – намагничивающая сила
|
|
|
Построим график зависимости индуктивности от смещения:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
как видно ΔL (+x) не равно ΔL (-x)
При нулевом зазоре индуктивность не стремиться к бесконечности, т. к. пройдено сопротивление воздуха, но остается сопротивление железа, при этом она достигает максимального значения.
Видно, что ΔL – нелинейная функция
|
|
Данное выражение можно разложить в ряд Тейлора.
для членов порядка 2,3 и более верно следующее:
исходя из этого запишем:
Что бы избежать возникновение нелинейности необходимо, чтобы удельный вес не превосходил какой-либо наперед заданной величины.
|
Максимальное изменение индуктивности определяется из определения . Такой тип датчика, описанного выше – это недифференциальный индуктивный датчик с изменяемым зазором.
Параметры:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для увеличения диапазона линейной работы предпочтительными являются:
– дифференциальные схемы индуктивных датчиков
– индуктивные датчики с другими изменяемыми параметрами
1). С изменяемым зазором (дифференциальный датчик)
2). Индуктивный датчик с изменяемой площадью перекрытия
3). Датчик с изменяемой магнитной проницаемостью
Дата добавления: 2015-08-04; просмотров: 1326;