4.8. Электромагнитные пип

Электромагнитный (ЭМ) преобразователь представляет собой один или несколько контуров, находящихся в магнитном поле, которое может быть создано как токами, протекающими по контурам, так и внешним источником.

По числу контуров, находящихся в магнитном поле, электромагнитные ПИП разделяются на одноконтурные и многоконтурные (чаще используются двухконтурные ПИП). Выходной величиной одноконтурного ЭМ преобразова­теля может быть: индуктивность L, электромагнитная сила F_ЭМ и индук­тируемая в контуре ЭДС е_инд Выходной величиной двухконтурного ЭМ преобразователя является ЭДС, индуктируемая в одном из контуров при пропускании переменного тока по другому контуру [15].

При введении в магнитное поле контура ферромагнитного сердечника его индуктивность, которая определяется как (n – число витков кон­тура; R_м – полное маг­нитное сопротивление ЭМ преобразователя), изменяется. Это свойство может быть использовано при построении различных измерительных преобразователей, которые называются индуктивными.

Изменение магнитного сопротивления может также осуществляться за счет изменения параметров (например, магнитной восприимчивости) ферромагнитного сердечника под действием внешних факторов, например при его деформации, что используется в ПИП сил и давле­ний. Подобные преобразователи получили название магнитоупругих.

Магнитная проницаемость ферромагнитного сердечника также зависит и от значениянапряженности магнитного поля в материале, которое может создаваться внешним магнитным полем и током, протекающим через преобразователь. При этом индуктивность контура будет зависеть как от тока, текущего через преобразователь и соз­дающего собственное магнитное поле, так и от напряженности внешнего маг­нитного поля. Такие преобразователи называются магнитомодуляционными.

В контуре, находящемся во внешнем магнитном поле, при изменении потокосцепления возникает индуктированная ЭДС е_инд. При неподвижном контуре ЭДС будет индук­тироваться только в переменном магнитном поле. В постоянном маг­нитном поле ЭДС индуктируется только в движущемся контуре. В этом случае для измерения индукции В контуру задают принудительное движе­ние, например вращение с постоянной скоростью. Это свойство контура используется для построения ПИП различных физических величин (индукции переменного и постоянного магнитного поля, скорости вращения и др.). Пре­образователи, в которых индуктированная ЭДС обусловлена изменением потокосцепления, назы­ваются индукционными.

Преобразователи, содержащие два или более контуров, называют трансформаторными или взаимоиндуктивными.

В двухконтурном преобразователе при про­пускании переменного тока i через первый контур во втором контуре будет индук­тироваться ЭДС, зависящая от угла α между плоскостями контуров и максимальная при совпадении этих плоскостей. По­ток Ψ₂, с которым сцепляется второй контур при прохождении тока i₁ по первому кон­туру, находится как [15]

Ψ₂ = M₁₂i₁ , (4.86)

где M₁₂ – коэффициент взаимоин­дуктивности.

Неоднородность структуры ферромагнитного сердечника вызывает скачки намагниченности материала. Скачкообразное изменение намагниченности, т. е. возникновение магнитных шумов (шумов Баркгаузена) происходит как при изменениях напряженности внешнего магнитного поля, так и при наличии механических воздействий. Скачкообразное изменение намагниченности может быть использовано для построения датчиков различных физических величин. Выход­ной величиной этих преобразователей является ЭДС магнитного шума.

В соот­ветствии с принципом действия и исходными уравнениями электро­магнитные преобразователи могут быть подразделены на следующие большие группы: 1) индуктивные и взаимоиндуктивные преобразователи; 2) магнитоупругие преобразователи; 3) индукционные преобразователи; 4) магнитомодуляционные преобразователи; 5) преобразователи, использующие эффект Баркгаузена.