напряженности магнитного поля в материале. Соответственно иидук-TiiBHOCTb L зависит от тока, текущего через преобразователь п создающего собственное магнитное поле, и от параметров внешнего магнитного поля. Преобразователи, принцип действия которых основан на использовании зависимости L = / (В), называются магнитомоду-ляционными. При деформации ферромагнетиков также изменяется их магнитная проницаемость. Этот эффект, называемый магнитоупру-гим, используется в преобразователях для измерения сил и давлений. Принцип действия магнитоупругого преобразователя показан на рис. 8-1,6.

°>

Рнс. 8-1

Электромагнитная сила действует на контур с током, находящийся во внешнем магнитном поле, стремясь сместить или развернуть его так, чтобы суммарная индукция магнитного поля была максимальной. Эта сила пропорциональна току I и индукции В. Если ток через контур поддерживать постоянным i = const, то по значению электромагнитной силы можно определить индукцию магнитного поля В.

Такие преобразователи иногда применяются для измерения магнитной индукции. Если, используя постоянный магнит, создать магнитное поле с постоянной индукцией В = const, то преобразователь может быть применен для преобразования тока в силу и измерения тока (рис. 8-1, в). Такие преобразователи называются магнитоэлектрическими и широко используются в измерительных механизмах электромеханических приборов.

Ферромагнитный сердечник втягивается в контур с током так, чтобы индуктивность контура была максимальной (рис. 8-1, г), В этом

случае электромагнитная сила пропорциональна квадрату тока. Подобные преобразователи используются в электромагнитных измерительных механизмах электромеханических приборов.

Индуктированная ЭДС енд возникает в контуре, находящемся во внешнем магнитном поле, при изменении потокосцепления. Для преобразователя, взаимосвязь которого с внешним магнитным полем характеризуется некоторым обобщенным параметром k при однородном внешнем магнитном поле с индукцией В, потокосцепление = = кВ и индуктируемая в контуре ЭДС е„„д = -dWIdt = - (kdBldt + -f Bdkldt). При неподвижном контуре (dkldt - 0) ЭДС будет индуктироваться только в переменном магнитном поле. Для контура без сердечника при В = В sin (ot ЭДС е == wSa>Bm cos (ot, где w - число витков и S - площадь контура. Преобразователь, представляющий собой неподвижную катушку (рис. 8-1, д), может быть использован

а) \

Ro Lpac I-i-vv-V-

Рис. 8-2

для измерения переменной магнитной индукции. В постоянном магнитном поле ЭДС индуктируется только в движущемся контуре, и для измерения индукции В контуру задают принудительное движение, например вращение с постоянной скоростью, как показано на рис. 8-1, е. Можно использовать преобразователь и для решения обратной задачи - определения по значению выходной ЭДС скорости при движении контура в поле с известной индукцией В. Преобразователи, выходной величиной которых является ЭДС е„„д, называются индукционными.

ЭМ преобразователи строятся таким образом, чтобы выделить зависимость между входной величиной и одной из перечисленных выходных величин, однако учитывать в большинстве преобразователей приходится проявление всех взаимосвязей. Так, на сердечник преобразователя (рис. 8-1, а) действует электромагнитная сила, которая может вызвать дополнительное перемещение сердечника, т. е. помеху, искажающую входную величину. На контур, в котором наводится ЭДС е,„,д (рис. 8-1, д), если он замкнут на конечное сопротивление и по нему протекает ток, действует сила, стремящаяся определенным образом ориентировать его относительно поля. Поворот

контура под действием этой силы вызовет изменение индуктируемой ЭДС. Взаимосвязь электрической и механической сторон в ЭМ преобразователе подробно рассмотрена в § 2-4.

Эквивалентная схема одноконтурного ЭМ преобразователя. Преобразователь с контуром в виде обмотки, содержащей w витков показан на рис. 8-2, а. Основной поток Ф1 контура пронизывает всю обмотку и сцепляется со всеми витками. Однако некоторая часть) потока Ф2, называемая потоком рассеяния, замыкается, не пронизывая ряд витков. Соответственно полная индуктивность контура имеет две составляющие: основную индуктивность L = ш2/2„ и индуктивность рассеяния L = w/Zm, где Z„ и ZI, - магнитные сопротивления основного потока и потока рассеяния. Если в обмотку преобразователя введем ферромагнитный сердечник, в котором концентрируется магнитный поток, то доля потоков рассеяния в общем, потоке уменьшается и отношение L/Lpac увеличивается. Наименьшую индуктивнОЬть рассеяния имеет обмотка, выполненная на тороидальном сердечнике. .

Однако при введении ферромагнетика появляются зависящие от частоты потери мощности на перемагничивание магнитопровода. Эти потери учитываются сопротивлением R„ot, включенным параллельно индуктивности L. Кроме того, в эквивалентной схеме должны быть учтены также межвитковые емкости; в области частот до 10- 10* Гц они учитываются в виде сосредоточенной емкости.

Эквивалентная схема преобразователя, в которой учтены сопротивление обмотки постоянному току Ro, основная индуктивность L, индуктивность рассеяния Lpac, емкость С и сопротивление потерь R„oi, приведена на рис. 8-2, б. В ней учтены также источники ЭДС г„„д и f/, которые характерны для ЭМ преобразователей. ЭДС е„„д индуктируется в контуре, находящемся во внешнем магнитном поле. Эта ЭДС может быть информативной, как в индукционном преобразователе, но может являться и помехой. Для того чтобы уменьшить ту составляющую епнд, которая является помехой, преобразователи экранируются от внешнего магнитного поля, соединительные провода подводятся таким образом, чтобы не образовывать дополнительных контуров (см. рис. 8-1,5). Преобразователи, находящиеся в магнитных полях, защищаются от механических помех (вибрации, акустические воздействия), вызывающих колебания частей преобразователя и наведение ЭДС.

Уменьшить составляющую помехи еш,д можно, применяя в преобразователях симметричные магнитные цепи и симметричные обмотки. В качестве примера на рис. 8-2, в показана магнитная цепь в виде тороидального сердечника. При равномерной обмотке для каждого витка есть симметрично расположенный по отношению к магнитному потоку, пронизывающему тор, парный виток (например, витки б и е или а и г). ЭДС, наводимые в «парных» витках, компенсируют друг друга, и суммарная ЭДС es. при идеальной симметрии равна нулю.

В высокочувствительных ЭМ преобразователях с ферромагнитным сердечником иногда приходится считаться с напряжением шума.