Лекция 3

Электромагнитные измерительные преобразователи. Тензодатчики.

Измерительные преобразователи влажности

Электромагнитные преобразователи можно разделить на 4 группы: 1) индуктивные; 2) взаимно-индуктивные (трансформаторные); 3) индукционные; 4) магнитоупругие.

В индуктивных преобразователях входной величиной является перемещение, под влиянием которого изменяется индуктивность датчика (рис.8 ) Преобразователь содержит стальной магнитопровод, подвижный якорь, обмотку с числом витков W, которая подключена к источнику переменного напряжения. Индуктивность датчика определяется формулой

, где R_M – магнитное сопротивление, - воздушный зазор,

R_M=R_M,ст+R_M,в, , , относительная магнитная проницаемость стали и воздуха, соответственно. Поскольку магнитная проницаемость стали в сотни раз больше магнитной проницаемости воздуха, то . Ток в обмотке датчика пропорционален величине зазора. В приведенных формулах l_ст – длина стальной части при полном обходе магнитопровода. Индуктивные датчики используются для измерения небольших перемещений.

Рис. 8 Индуктивный датчик. Рис. 9. Взаимно-индуктивный датчик.

Трансформаторные (взаимно-индуктивные) преобразователи содержат две обмотки (рис. 9):Под действием входной величины (перемещения) изменяется взаимная индуктивность M двух катушек: Взаимная индуктивность М характеризует влияние одной катушки на другую. Он а входит в уравнения, описывающие токи в обеих катушках.

Индукционные преобразователи служат для измерения скости линейного или углового перемещения (рис.10 ). Ток, протекающий по обмотке, намотанной на сердечник, создает магнитное поле. При перемещении обмотки с числом витков W₂, в ней индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости линейного или углового перемещения подвижной рамки.

Рис. 10. Индукционный датчик 11. Магнитоупругий датчик

В магнитоупругих преобразователях (рис. 11) под влиянием приложенной силы изменяется магнитная проницаемость стали. Воздушный зазор отсутствует. Механическое воздействие на преобразователь вызывает деформацию сердечника, которая влияет на его магнитную проницаемость. Эти датчики применяются для измерения сил и деформаций.

Пьезоэлектрические преобразователи.

Пьезодатчики используются при исследовании вибраций и быстрых динамических процессов. Их действие основано на том, что сила, приложенная к твердому диэлектрику, вызывает деформацию кристаллической решетки. В некоторых кристаллах при этом (кварц, сегнетова соль, титанат бария – BaTiO₃) происходит смещение зарядов внутри кристаллической решетки. На противоположных гранях кристаллов появляются заряды противоположной полярности. Это «прямой пьезоэффект». Существует также «обратный пьезоэффект», когда к пластине пьезодатчика прикладывают переменное напряжение и она начинает колебаться с частотой переменного тока. Пьезодатчики чаще всего применяют при частотах свыше 15 кГц. В них используются срезы кристаллов.

Емкостные преобразователи.

Действие емкостных преобразователей основано на преобразовании входной величины в изменение емкости конденсатора. Например, для плоского конденсатора емкость зависит от расстояния между пластинами d, площади перекрытия пластин S и относительной диэлектрической проницаемости среды между обкладками конденсатора ε. С помощью емкостных преобразователей контролируют линейные и угловые перемещения, степень заполнения баков сыпучим или жидким материалом, влажность, химический состав и толщину непроводящих материалов. Для промышленных емкостных датчиков характерным значением емкости являются десятки пикофарад (пФ). Емкостные датчики обычно используют на частотах, превышающих десятки кГц.