2.3.4.Індукційні вп

Індукційні ВП відносяться до генераторних перетворювачів. Для перетворення механічного переміщення в електричний сигнал в таких перетворювачах використовують явища електромагнітної індукції – наведення е.р.с. в електричному контурі, що пов’язано зі зміною магнітного потоку. Наведення е.р.с. відбувається незалежно від причин зміни магнітного потоку: чи переміщується обмотка в постійному магнітному полі, чи змінюється магнітне поле при нерухомій обмотці.

В котушці індукується е.р.с., яка дорівнює

(2.3.35)

де e – миттєве значення е.р.с.; w – число витків котушки.

Індукційні перетворювачі можна розділити на дві групи. В перетворювачах першої групи магнітний опір на шляху постійного магніту залишається незмінним, а індукційна е.р.с. наводиться завдяки лінійним (рис. 2.3.12, а) або кутовим (рис. 2.3.12, б) переміщенням котушки в зазорі. В перетворювачах другої групи постійний магніт і котушка нерухомі, а е.р.с. наводиться магнітним потоком за рахунок зміни розміру повітряного зазору.

Рис.2.3.12. Індукційні ВП. а – лінійне; б – кутове переміщенням котушки

Як випливає з виразу (2.3.35), щоб збільшити чутливість перетворювача, необхідно збільшити число витків котушки, але при цьому необхідно враховувати, що при постійному зазорі збільшення витків котушки призводить до росту її опору. Збільшення зазору викликає падіння значення індукції В. Тому при конструюванні давачів вибирають оптимальні параметри перетворювачів з врахуванням опору навантаження.

Лінійна залежність е.р.с. від переміщення котушки в зазорі зберігається до тої пори, поки вона переміщується в межах рівномірного магнітного потоку.

Індукційні перетворювачі, що являють собою невеликі генератори постійного струму, використовують в пристроях для вимірювання швидкості обертання валів, лінійних і кутових вібрацій. Оскільки вихідна напруга індукційних перетворювачів пропорційна швидкості вібрацій рухомої частини, то для отримання напруження, пропорційного амплітуді вібрацій або прискоренню, вихідну напругу необхідно піддати інтегруванню або дифереціюванню.

2.4. Давачі Холла і магнітоопір

2.4.1. Фізичні основи ефекту Холла і ефекту магнітоопору

Ефект Холла – це фізичне явище, яке полягає в наступному. Розглянемо пластинку (рис 2.4.1) з провідникового матеріалу, вздовж якої проходить струм І. Якщо перпендикулярно площині пластини і напрямку струму діє магнітне поле напруженістю Н, то в пластині виникає е.р.с., пропорційна і струму, і напруженості магнітного поля:

Е=kІН, (2.4.1)

де k=k_х/d – коефіцієнт, який залежить від матеріалу і товщини пластини d; k_x – постійна Холла

Напрямок цієї е.р.с., яка називається е.р.с. Холла, перпендикулярний струму і полю, тобто її можна виміряти між бічними повздовжними гранями пластини (рис. 2.4.1) за допомогою електровимірювального приладу. Причина появи е.р.с. Холла в тому, що на рухомі заряди в магнітному полі діє сила Лоренца. Струм в пластині – це і є упорядкований рух зарядів (в металі – електронів). Під дією магнітного поля вони зміщуються перпендикулярно напрямку свого руху і поблизу однієї повздовжньої грані виникає надлишок зарядів, а поблизу іншої – нестача. В звичайних провідникових матеріалах е.р.с. Холла дуже мала, що пояснюється малою швидкістю (точніше – рухомістю) носіїв струму через їх велику концентрацію. Хоча ефект Холла відомий вже більше ста років, практичне використання його почалось в результаті розвитку технології виготовлення напівпровідників. Саме в чистих напівпровідниках забезпечується висока рухомість носіїв струму, тому постійна Холла для чистих напівпровідників набагато більша, ніж для металів.

Ефект магнітоопору – це інше фізичне явище, що полягає в зміні опору тіл, які проводять струм, в магнітному полі. Пояснюється це тим, що в присутності магнітного поля на носії струму діє сила Лоренца, яка змінює траєкторію їх руху. Якби не було магнітного поля, то під дією прикладенної до провідника напруги носії струму переміщувались би по найкоротшому напрямку. Зміна траєкторії під дією магнітного поля завжди подовжує шлях носіїв струму, що проявляється як збільшення опору. В сильних поперечних магнітних полях деякі речовини можуть мати відносне збільшення опору =R/R в десятки раз. Найчастіше величина  пов’язана з напруженістю магнітного поля Н квадратичною залежністю

= k_RH², (2.4.2.)

де k_R – коефіцієнт, що залежить від матеріалу і розмірів.

Ефекти Холла і магнітоопору використовують в давачах, за допомогою яких вимірюються різні електричні і магнітні величини. Крім того, вони можуть використовуватись для математичної обробки електричних сигналів: складання, множення, ділення, піднесення до квадрату і знаходження кореня; для різних перетворень електричних сигналів.