Магнитоупругие преобразователи

Работа магнитоупругих преобразователей основана на явлениях, возникающих в результате взаимодействия между магнитными и механическими состояниями ферромагнитных тел, объединяемых под названием магнитоупругих явлений.

Различают магнитоупругий эффект – изменение магнитных свойств ферромагнитных тел под воздействием механических деформаций и магнитострикционный эффект – изменение формы и размеров ферромагнитных тел под воздействием внешнего магнитного поля.

При магнитоупругом эффекте действие внешней силы Р вызывает в ферромагнитном теле механические напряжения, обуславливающие изменение магнитной проницаемости µ тела. Если ферромагнитное тело используется в качестве сердечника катушки индуктивности, то изменение магнитной проницаемости приводит к изменению сопротивления магнитной цепи и, следовательно, к изменению полного электрического сопротивления катушки.

При магнитострикционном эффекте происходит обратное явление.

Величина магнитоупругого и магнитострикцонного эффекта может быть охарактеризована относительным изменением магнитным свойств и относительным удлинениемферромагнитных тел.

Магнитоупругий эффект характеризуется коэффициентом относительной магнитоупругой чувствительности

.

Основное назначение магнитоупругих преобразователей – возбуждение и прием упругих колебаний, поэтому они широко применяются в аппаратуре акустического каротажа и других устройствах, основанных на изучении распространения упругих волн.

Магнитоупругие преобразователи характеризуются простотой конструкции, высокой механической прочностью и не нуждаются в герметизации, вследствие чего устраняются потери энергии упругих колебаний на герметизирующей оболочке; и они обладают значительной акустической мощностью.

В скважинной акустической аппаратуре магнитоупругие преобразователи используются в качестве излучателей и реже – приемников упругих колебаний.

Магнитомодуляционные преобразователи

В магнитомодуляционных (ферроиндукционных) преобразователях используется явление изменения магнитного состояния ферромагнитных тел, намагничиваемых переменным магнитным полем стабильной напряженности, при наложении постоянного поля, индукция которого изменяется.

Магнитомодуляционные преобразователи обладают высокой чувствительностью, простотой и надежностью конструкции. Они применяются в аппаратуре магнитного каротажа для измерения составляющих земного магнитного поля, а также в устройствах для улавливания магнитных меток глубин при проведении геофизических исследований скважин.

Емкостные преобразователи

К емкостным относятся измерительные преобразователи, у которых электрическая емкость и диэлектрические потери в ней изменяются под действием входной величины.

Емкость С плоскопараллельного конденсатора с площадью обкладок S и расстоянием между ними δ определяется выражением

,

где – ε диэлектрическая проницаемость среды между обкладками.

Изменяя путем воздействия входной неэлектрической величины ε, S или δ, можно изменять электрические параметры емкостного преобразователя. Преобразуемая величина может быть связана с линейным или угловым перемещением изучаемого объекта, давлением, усилием, деформацией; она может также отражать состав или различные физико-химические свойства вещества.

Емкостные преобразователи, у которых входная величина связана с δ, используются для измерения малых (0,2-0,4 мм) перемещений, отличаются высокой чувствительностью (до 500 В/мм) и точностью преобразованию.

Преимуществом преобразователей с переменной площадью пластин, применяющихся для измерения больших линейных (более 1 см) и угловых (до 270º) перемещений, является возможность получения любой функциональной зависимости между изменением емкости и входной величиной.

Зависимость емкости от диэлектрической проницаемости среды между его пластинами (обкладками) позволяет применять емкостные преобразователи для анализа состава различных сред, например, для разделения горных пород по характеру их насыщения методом диэлектрического каротажа.

Емкостные преобразователи могут использоваться в качестве модуляторов малых постоянных электрических напряжений, например, во входных устройствах усилителей постоянного тока.