Електромагнітні первинні перетворювачі

Принцип дії електромагнітних перетворювачів оснований на зміні параметрів електромагнітного кола під дією вимірюваних неелектричних величин. До них належать індуктивні, трансформаторні, індукційні та магнітопружні перетворювачі.

Індуктивний перетворювач (рис. 9.12) – це котушка індуктивності з феромагнітним осердям, повний опір якої Z змінюється при взаємному відносному переміщенні елементів магнітопроводу.

Рис. 9.12 – Схема індуктивного перетворювача

Індуктивність L котушки пов’язана з зазором і ефективною площею магнітопроводу S. Вхідною величиною такого перетворювача є переміщення рухомого осердя під дією вимірюваної неелектричної величини: сили, тиску. Зміна індуктивності L котушки призводить до зміни її опору Z, який є вихідною величиною індуктивного перетворювача.

Характеристика градуювання індуктивного перетворювача має вигляд

(9.7)

де Z – комплексний опір обмотки з кількістю витків W;

- колова частота;

- магнітна стала;

- довжина повітряного зазору.

Трансформаторний первинний перетворювач (рис. 9.13) – це трансформатор, у якого під дією вхідної величини змінюється взаємна індуктивність між його обмотками, що призводить до зміни вихідної напруги.

Рис. 9.13 – Схема трансформаторного первинного перетворювача

Принцип дії таких перетворювачів ґрунтується на залежності взаємоіндуктивності М, яка дорівнює

(9.8)

між обмотками W₁ і W₂ від магнітного опору R_М, який є функцією довжини повітряного проміжку

(9.9)

де - струм збурення.

Індукційним первинним перетворювачем є такий перетворювач, принцип дії якого оснований на законі електромагнітної індукції. На рис. 9.14 наведена схема індукційного перетворювача.

Рис. 9.14 - Схема індукційного первинного перетворювача

Перетворювач складається з постійного магніту (електромагніту), між полюсними наконечниками якого поміщена рухома котушка. При переміщенні котушки в постійному магнітному полі в ній наводиться ЕРС, яка є функцією кута повороту котушки.

Характеристикою градуювання перетворювача є аналітична залежність

(9.10)

Індукційні перетворювачі використовуються для вимірювань лінійних та кутових переміщень, швидкості обертання, прискорення.

Магнітопружний первинний перетворювач – це феромагнітне осердя з однією або двома обмотками, до якого прикладене механічне зусилля F – рис. 9.15.

Рис. 9.15 – Схема магнітопружного первинного перетворювача

Це зусилля створює в осерді механічне напруження , яке приводить до зміни магнітної проникності і, відповідно, до зміни індуктивності L котушки індуктивності.

Принцип дії таких перетворювачів оснований на явищі магнітопружного ефекту, суть якого полягає в зміні магнітної проникності під дією механічної пружної деформації. Якщо на намагнічене феромагнітне тіло діє зовнішня механічна сила, то тіло деформується, домени змінюють свою орієнтацію і індукція у матеріалі змінюється. Явище має пружний характер – якщо силу зняти, то індукція В набуде попереднє значення. Якщо значення напруженості магнітного поля Н стале, зміна індукції еквівалента зміні магнітної проникності , оскільки .

Отже, у магнітопружному перетворювачі відбуваються такі перетворення

(9.11)

Матеріалом для виготовлення магнітопружних перетворювачів служать електротехнічні сталі і пермалой.

Магнітопружні перетворювачі використовуються для вимірювань великих сил (10⁵…10⁶ МПа), тисків, крутних моментів.