8. Физические основы преобразования магнитных величин в элек­трические. Методы и средства преобразования магнитных величин в электрические сигналы.

Для преобразования магнитных величин в электрические используются различные проявления магнитного поля – электрическое, механическое, оптическое и др. При создании магнитных измерительных преобразователей наиболее широко используются следующие проявления магнитного поля: явление электромагнитной индукции, силовое взаимодействие поля с телами и частицами, обладающими магнитными моментами, и гальваномагнитные эффекты.

Классифицировать магнитоизмерительные преобразователи можно по различным классификационным признакам, наиболее широкое распространение среди которых нашли следующие:

- по принципу используемого физического явления или эффекта;

- по назначению;

- по виду физической величины, в которую преобразуется измеряемая магнитная величина.

Классификационная схема наиболее широко используемых магнито-измерительных преобразователей, дифференцированных на группы и виды по типу используемого в них физического явления или эффекта

Р исунок 2.4 – Классификационная схема магнитоизмерительных

преобразователей

Согласно этой схеме все преобразователи объединены в три большие группы. Общим для преобразователей, образующих первую группу, является то, что процессы, протекающие в них, так или иначе подчиняются закону электромагнитной индукции. Вторую группу составляют преобразователи, принцип действия которых основан на использовании физических явлений, возникающих при воздействии магнитного поля на движущиеся носители электрических зарядов и получивших название гальваномагнитных. В третью группу объединены преобразователи, принцип действия которых основан на силовом воздействии магнитного поля с намагниченными телами или обладающими магнитным моментом микрочастицами.

9. Магнитные измерительные преобразователи: измерительные ка­тушки, схемы включения в измерительную цепь. Веберметры. Метрологиче­ские характеристики. Схемы формирования электрических сигналов.

Индукционные магнитоизмерительные преобразователи представитель данного вида ИП - измерительная катушка (ИК), витки которых сцепляются с преобразуемым магнитным потоком Ф.

Если ИК содержит w_к витков, то при изменении потока Ф в катушке возникает ЭДС, описываемая формулой

, (2.18)

где  = w_kФ – потокосцепление магнитного поля с ИК.

Для магнитного поля, однородного в пределах охватываемого катушкой пространства и ориентированного вдоль оси ИКУ, выражение (2.18) может быть приведено к виду , (2.19)

где s_k – площадь каждого из витков измерительной катушки.

Таким образом, из (2.18) и (2.19) следует, что измерительная катушка является измерительным преобразователем, посредством которого магнитные величины Ф, В, Н могут быть преобразованы в электрическую величину – ЭДС.

Если ИК ориентирована в пространстве так, что ее ось составляет с направлением вектора угол , то выражение (2.19) может быть приведено к виду

, (2.20)

из которого следует, что индукционные магнитоизмерительные преобразователи в виде ИК могут выполнены в виде трех основных разновидностей.

Важнейшей характеристикой ИК является ее постоянная K_SW, которая согласно определению находится как сумма площадей поперечных сечений S_k всех витков катушки: , или К_SW = w_ks_k при равенстве s_k для всех витков катушки.

Выходную ЭДС, возникающую в измерительной катушке при ее внесении в поле или удалении из него, можно записать с помощью выражения (2.18), которое можно привести к виду

, (2.23)

где r – сопротивление цепи измерительной катушки; i - ток, протекающий в цепи ИК при условии, что она замкнута.

Схема веберметра с баллистическим гальванометром Г показана на рисунке 2.5. Первичным преобразователем является ИК, с которой сцепляется магнитный поток Ф. Изменение магнитного потока Ф, осуществляемое внесением катушки в магнитное поле или удалением ее из поля, преобразуется катушкой в соответствии с выражением (2.23) в импульс тока i, проходящий по замкнутой цепи ИК. Отклонение указателя баллистического гальванометра _m, как следует из его теории, пропорционально количеству электричества Q, прошедшего через его рамку:

, (2.27)

г де C_б - баллистическая постоянная гальванометра.

Рисунок 2.5 – Схема включения измерительной катушки в веберметр

с баллистическим гальванометром

В еберметр (Вб) подключается к измерительной катушке (ИК) (рисунок 2.6). Под воздействием изменяющегося магнитного потока Ф в ИК наводится ЭДС е в соответствии с выражением (2.18).

Отклонение  подвижной части веберметра пропорционально изменению Ф. С учетом (2.23) можно записать

, (2.33)

где S_вб - чувствительность веберметра, связанная с ценой деления C_вб прибора соотношением .

Отсюда измеренное изменение магнитного потока выразится формулой

. (2.34)

Магнитоэлектрические веберметры представляют собой высокочувствительные магнитоэлектрические приборы, у которых противодействующий момент подвижной части пренебрежимо мал по сравнению с моментом успокоения вследствие электромагнитного и воздушного торможения.

Вследствие малости противодействующего момента прибора его подвижная часть, отклонившись на угол , остановится в этом положении, а затем начнет с малой скоростью перемещаться в положение, соответствующее нулю противодействующего момента. Это явление называют "сползанием" указателя, а скорость сползания указывается в технических данных прибора.

Веберметр выгодно отличается от баллистического гальванометра тем, что его показания практически не зависят от времени изменения измеряемого потока и от сопротивления измерительной катушки, если это сопротивление не превосходит определенного значения (для большинства отечественных веберметров равного 8 - 30 Ом) и электромагнитное торможение превышает успокоение из-за сопротивления воздуха.