Индукционные преобразователи

Индукционным преобразователем называется преобразователь, принцип действия которого основан на законе электромагнитной индукции. Преобразователь имеет катушку. При воздействии входной величины на преобразователь изменяется потокосцепление Ψ катушки с внешним по отношению к катушке магнитным полем. При этом в катушке наводится ЭДС

Потокосцепление

,

где w — число витков катушки; Ф — проходящий через нее поток; Q — площадь, через которую проходит этот>поток; В - индукция магнитного поля.

ЭДС в катушке может наводиться при изменении во времени любой из перечисленных величин w, В, Q,

В качестве примера рассмотрим преобразователь, который представляет собой магнитную систему с постоянным магнитом, в воздушном зазоре которой перемещается катушка (рис. 14.11).

При движении катушки с изменением х изменяется площадь катушки, находящейся в магнитном поле, Q = b∙х. Это приводит к изменению потокосцепления Ф = w∙B∙b∙x, и в катушке наводится ЭДС

Индукционные преобразователи служат для преобразования линейной dx/dt или угловой dα/dt скорости перемещения катушки относительно магнитного поля в ЭДС. Они являются генераторными преобразователями и преобразуют механическую энергию в электрическую.

Различают ряд типов преобразователей. Рассмотрим их.

Преобразователи скорости вибрации. Индукционные преобразователи генерируют ЭДС только при перемещении катушки в магнитном поле. По этой причине преобразователи этого типа могут служить для преобразования линейной скорости в ЭДС на небольших длинах пути. Обычно они применяются для измерения скорости вибрации, когда ее амплитуда не превышает нескольких сантиметров. Одна из конструктивных схем преобразователя вибрационной скорости показана на рис. 14.12а. Преобразователь имеет кольцевой магнит 1, вставленный в стальное ярмо 2.

Магнитный поток от постоянного магнита проходит по центральному цилиндрическому сердечнику через воздушный зазор и кольцевой полюсной наконечник 3. В цилиндрическом воздушном зазоре находится намотанная на каркас катушка 4. Она может перемещаться в воздушном зазоре вдоль оси преобразователя.

Катушку условно можно разделить на три части I, II, III (рис. 14.12а): I — находится вне магнитопровода, и магнитный поток в нее не заходит, II — находится в воздушном зазоре, образованном полюсными наконечниками и цилиндрическим сердечником. Магнитный поток, пронизывающий витки этой части катушки, не меняется во времени, число витков также остается постоянным. В этой части катушки ЭДС не наводится. Часть III катушки находится вне воздушного зазора, но внутри магнитной системы. Магнитный поток, проходящий через витки этой катушки, также постоянен, но при вибрации катушки изменяется число витков. Изменение числа витков приводит к изменению потокосцепления и наводит ЭДС. Витки катушки обычно наматываются равномерно. При этом ЭДС преобразователя пропорциональна скорости вибрации.

Индукционные преобразователи могут применяться и для измерения угловой виброскорости. Схема такого преобразователя показана на рис. 14.12б. Он состоит из постоянного магнита 1, полюсных наконечников 2, цилиндрического стального сердечника 3 и катушки 4. Устройство преобразователя аналогично устройству магнитоэлектрического измерительного механизма. При повороте катушки вокруг оси сердечника ее потокосцепление изменяется и в ней индуцируется ЭДС, пропорциональная угловой скорости.

Тахометрические преобразователи. Преобразователи этого типа представляют собой электромашинные генераторы. В качестве примера рассмотрим синхронный преобразователь с вращающимся постоянным магнитом (рис. 14.13а): он состоит из статора 1, на котором помещена обмотка, и ротора 2 с закрепленным на нем постоянным магнитом. При вращении магнита изменяется поток, проходящий через обмотку, и в ней индуцируется переменная ЭДС. Амплитуда и частота ЭДС пропорциональны частоте вращения ротора. Частота ЭДС определяется соотношением f = n∙р/60, где n - частота вращения, об/мин; р —число пар полюсов.

На рис. 14.13б приведена схема тахометрического преобразователя постоянного тока с возбуждением от постоянного магнита, расположенного на статоре 1.

Измерительная обмотка расположена на роторе 2, и при его вращении в ней образуется переменная ЭДС, которая снимается с вращающегося ротора и подается на статор с помощью коллектора 3 и скользящих по нему щеток. При этом переменная ЭДС выпрямляется.