6. Магнитоупругие преобразователи.

Принцип действия магнитоупругих преобразователей основан на изменении магнитной проницаемости ферромагнитных тел в зависимости от возникающих в них механических напряжений (магнитоупругий эффект), обусловленных воздействием на ферромагнитные тела механических сил (растягивающая, сжимающая, изгибающая и скручивающая сила). Относительное изменение магнитной проницаемости для различных материалов составляет 0,5 – 3% при изменении на 1МПа, где - механическое напряжение.

Типы магнитоупругих преобразователей можно разбить на две основные группы. К первой группе относятся преобразователи, в которых используется изменение магнитной проницаемости чувствительного элемента в одном направлении; магнитный поток в них направлен в большей части магнитной цепи вдоль линий действия усилия. В преобразователях этой группы под действием измеряемой силы изменяется индуктивность обмотки (рисунок а) или индуктивность между обмотками (рисунок б).

Рисунок а, б

В первом случае реализуется следующая цепь преобразования:

, во втором случае: ,

- взаимная индуктивность.

Ко второй группе относятся преобразователи, в которых используется изменение магнитной проницаемости одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях или, иначе говоря, магнитная анизотропия материала чувствительного элемента. В этих преобразователях магнитный поток направлен под углом 45^о к линиям действия измеряемого усилия (рисунок в).

Рисунок в

В ненагруженном состоянии преобразователя силовые линии первичной обмотки (рисунок г) располагаются симметрично и не сцепляются со вторичной обмоткой, в результате этого ЭДС вторичной обмотки равна 0.

Рисунок г, д

После приложения усилия вследствие изменения магнитной проницаемости материала, магнитные силовые линии (рисунок д) «вытягиваются» в направлении большей проницаемости, «сокращаются» в направлении меньшей проницаемости, и сцепляясь со вторичной обмоткой, индуктируют в ней ЭДС, пропорциональную приложенному к преобразователю усилию. При изменении знака нагрузки изменяется и фаза выходной ЭДС. Из-за начальной магнитной анизотропии материала при отсутствии нагрузки уже существует некоторая ЭДС. Для ее уменьшения в датчиках из листового материала чередуют листы с взаимно перпендикулярными направлениями проката, кроме этого специальным образом располагают отверстия, выбирая угол между обмотками; используют дополнительную обмотку или магнитный шунт.

7. Погрешности магнитоупругих преобразователей. Область применения.

Магнитоупругая погрешность выражает невоспроизводимость магнитного состояния сердечника преобразователя при нагрузке и разгрузке.

По своему значению погрешность обычно превышает остальные погрешности и равна 1 – 4%. Для получения возможно меньшей погрешности магнитная цепь датчика работающей как упругий элемент должна в первую очередь удовлетворять требованиям предъявляемым к упругим элементам, то есть элемент должен быть монолитным, выполненным из материала с высоким пределом упругости, рабочая часть элемента должна быть удалена от точек приложения силы, так для датчика с магнитной цепью рисунок в погрешность при переходе от листового материала к сплошному уменьшается от 1,5 – 4% до 0,3%. Однако при этом значительно уменьшается чувствительность датчика, так как магнитная анизотропия сплошного материала меньше чем листового, в этом смысле лучше материалы с комбинированным сердечником. Существенной может оказаться также погрешность линейности как определяемая преобразованием так и дальнейшим преобразованием , .

Выбором индукции В в материале преобразователя созданием предварительно напряженного состояния его а также взаимной коррекции нелинейностей удается снизить суммарную погрешность линейности до 1 – 2%.

При изменении напряжения питания меняется как начальное значение магнитной проницаемости так и магнитоупругой чувствительности поэтому стабилизация напряжения питания необходима для всех типов преобразователей. Уменьшение погрешности достигается также применением дифференциальных преобразователей. Однако при их конструировании встречается ряд трудностей обусловленных необходимостью такой передачи измеряемой силы на преобразователи чтобы один из них испытывал деформацию сжатия а другой деформацию растяжения.

Магнитоупругие датчики применяются для измерения сил, давлений, крутящих моментов. Мощность развиваемая датчиком как правило достаточная для непосредственного включения указателя без предварительного усиления. Датчик обладает высокой надежностью, так как не имеет подвижной части перемещающейся под действием входной величины. Датчик представляет собой жесткий элемент имеющий собственную частоту колебаний в диапазоне от 1 до 10 кГц и позволяющий измерять как статические, так и высокочастотные динамические величины.