Типы магнитоупругих преобразователей

Магнитоупругие преобразователи могут работать как пере­менные индуктивные сопротивления, величина которых опре­деляется приложенным к сердечнику механическим усилием, и как трансформаторные преобразователи с переменной взаим­ной индуктивностью между обмотками.

На рис.4.46 представлены разновидности магнитоупругих: преобразователей индуктивного и трансформаторного типа.

Рис.4.46. Разновидности магнитоупругих: преобразователей.

Магнитная цепь магнитоупругих преобразователей выполняет­ся чаще всего из сплошного материала. Сердечник имеет ще­ли для размещения обмотки. В разъемных конструкциях гото­вую катушку надевают на сердечник. На рис.4.47, а) изображен тензометрический магнитоупругий преобразователь индуктив­ного типа, в котором в качестве сердечника 1, катушки 2 ис­пользуется проволока из пермаллоя.

Рис. 4.47. Тензометрический магнитоупругий преобразователь индуктив­ного типа.

На рис. 4.47, б) изображена магнитная цепь преобразователя, выполненная из тонкого ли­ста пермаллоя, наклеиваемого на испытуемую деталь. У маг­нитоупругих преобразователей на переменном токе э.д.с. во вторичной обмотке будет являться функцией изменения взаим­ной индуктивности между катушками, обусловленной измене­нием магнитной проницаемости сердечника. Если первичную обмотку магнитоупругого преобразователя трансформаторно­го типа питать постоянным током, то он превращается в маг­нитоупругий преобразователь индукционного типа. В этом слу­чае при измерении быстро переменных процессов во вторич­ной обмотке будет индуктироваться э.д.с., мгновенное зна­чение которой равно:

(4.20)

где w² - число витков вторичной обмотки; s - напряжение в материале сердечника;

с - коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств материала и напряженности намагничива­ющего поля.

Чувствительность магнитоупругих преобразователей мож­но характеризовать подобно тензосопротивлениям коэффици­ентом тензочувствительности

(4.21)

в тех случаях, когда магнитоупругие преобразователи исполь­зуются для измерения деформации D l других деталей, т. е. ког­да естественной входной величиной является перемещение. Обычно вследствие массивности магнитной цепи магнитоупру­гие преобразователи в качестве естественной величины вос­принимают значение воздействующей на него силы. В этом случае относительной магнитоупругой чувствительностью ма­териала называют относительное изменение магнитной прони­цаемости D m /m, вызываемое единицей механического напря­жения s, т.е.

и измеряемую в % на 1 Н / мм².

Теория ферромагнетизма дает теоретические соотношения, позволяющие обоснованно подойти к выбору материала магнитоупругого преобразователя.

Погрешности магнитоупругих преобразователей:

1. Магнитоупругая погрешность - это погрешность невос­производимости магнитного состояния сердечника преобразо­вателя при нагрузке и разгрузке. Ее возникновение обусловле­но магнитоупругим гистерезисом.

Магнитоупругая погрешность g_М уменьшается с увеличением напряженности магнитного поля в сердечнике. Для полу­чения возможно меньшей магнитоупругой погрешности сердечник следует изготавливать из ферромагнитных материалов с узкой петлей магнитного гистерезисного цикла и высоким пределом упругости.

2. Погрешность, вызванная колебаниями напряжения пи­тания.

При изменении намагничивающего тока меняется как на­чальное значение магнитной проницаемости, так и величина магнитоупругого эффекта. Поэтому стабилизация напряжения питания необходима для всех типов датчиков. Иначе погреш­ность от колебания напряжения источника питания будет недопустимо большой.

3. Погрешность, вызванная колебаниями температуры пре­образователя.

Колебания температуры преобразователя вызывают: изме­нение сопротивления R катушки постоянному току, изменение начальной магнитной проницаемости и изменение магнитострикции, а, следовательно, и магнитоупругого эффекта. Все эти изменения создают температурную погрешность. Но изме­нение активного сопротивления R мало сказывается на работе преобразователя, так как активное сопротивление значительно меньше полного сопротивления преобразователя.

Изменение магнитной проницаемости может иметь поло­жительный и отрицательный знак в зависимости от материала преобразователя и рабочего значения напряженности поля. Таким образом, в зависимости от выбранного материала сер­дечника и рабочего значения напряженности поля, отдельные факторы при колебаниях температуры могут компенсировать друг друга в известных пределах. В случаях необходимости температурную погрешность можно скорректировать при по­мощи включения в соседнее плечо моста корректирующего преобразователя, идентичного с рабочим, и находящегося в тех же температурных условиях, но не подвергающегося на­грузке.

Применение. Магнитоупругие преобразователи применяются для изме­рения больших давлений (больше 10 Н/ мм², или 100 кГ / см²), так как они непосредственно воспринимают давление и не нуждаются в дополнительных преобразователях. При исполь­зовании магнитоупругих преобразователей для измерения си­лы, предел измерения прибора определяется площадью маг­нитоупругого преобразователя. Данные преобразователи де­формируются под действием силы очень незначительно. Так при l = (50 мм—Dl)£ 10 мкм имеют высокую жесткость и соб­ственную частоту до 20 - 50 кГц. Допустимые напряжения в материале магнитоупругого преобразователя не должны пре­вышать 40 Н /мм².

Магнитоупругий динамометр — прибор для измерения со­средоточенных сил (рис.4.48).

На рис. 4.48 представлена измерительная цепь магнитоупругого динамометра, где Z_X - сопротивление рабочего преобра­зователя, a Z_N - сопротивление ненагруженного (нерабочего) преобразователя. При начальном значении Z_X (Z_X = Z_N) измерительная цепь уравновешена и ток в измерительной це­пи равен нулю. При Z_X ¹ Z_N через измеритель протекает ток. Шкала измерителя может быть проградуирована в единицах измеряемой силы.

Рис. 4.48. Измерительная цепь магнитоупругого динамометра.

Частота собственных колебаний преобразователя дости­гает нескольких десятков тысяч герц, что дает возможность при соответствующем выборе частоты источника питания из­мерять динамические силы до частот порядка 10 кГц.