Магнитоупругой чувствительности

9.1S. Основные разновидности магнитоупругих преобразователей.

В основу расчета основных конструктивных параметров индуктивных магнитоупругих преобразователей может быть положено урав-не ние преобразования (9.63) магиитоупругого преобразователя. При этом предварительно выбирают размеры чувствительного элемента исходя из технических условий работы и допустимого механического напряжения для

Одной из основных составляющих погрешностей магнитоупругих преобразователей является погрешность, обусловленная магнито-упругим гистерезисом. Значение этой погрешности особенно велико (2...3%) при низких начальных напряженностях магнитного поля и уменьшается до 0,8...1% при напряженностях, близких к //nmdx. Кроме того, значительное влияние на значение этой погрешности имеет «механическая тренировка» чувствительного элемента. Неоднозначность функции преобразования при первом цикле нагрузки и разгрузки может достичь 10%. После «механической тренировки» она уменьшается примерно до 1% и сохраняется в дальнейшем неизменной. При этом механические напряжения должны быть в шесть-семь раз меньше предела упругости материала.

33. Объясните принцип действия, особенности конструкции и расчета магнитоупругих преобразователей.

Магнитоупругие преобразователи используются чаще всего для измерения больших усилий (до несколько тысяч ньютонов). Конструктивно они представляют собой магнитный сердечник той или иной конфигурации с расположенной на нем измерительной обмоткой, индуктивность которой является функцией измеряемого усилия. Рабочий диапазон преобразователей обычно не превышает 15... 20 % предела упругости. Погрешности магнитоупругих преобразователей в основном обусловлены наличием в характеристике преобразования гистерезиса, зависимостью магнитной проницаемости от температуры, а также наличием остаточной деформации в железо-никелевых сплавах. Практически погрешность таких преобразователей достигает 3... ...4 %. Благодаря простоте конструкции магнитоупругие преобразователи успешно находят применение в сложных условиях эксплуатации.

Для кривой на 4-23 этот коэффициент на начальном участке (а < 50 w/лш2) достигает значения k = 300, а в среднем для всей кривой равен k = 220. Однако для магнитоупругих преобразователей этот коэффициент имеет смысл только тогда, когда они (см.

Основные теоретические соотношения для выбора материала магнитоупругих преобразователей могут быть получены на основе закона сохранения энергии. Для того чтобы получить эти соотношения, положим, что при отсутствии внешней силы Р, а следовательно, механического напряжения а, вызванного ею, ферромагнитное тело намагничивалось во внешнем магнитном поле напряженностью Н до индукции В. Тогда после приложения силы Р тело окажется намагниченным (при том же значении Н) до магнитной индукции Вр, а его магнитная проницаемость изменится от р = В/Н до ц + Др = В„1Н.

Таким образом, для магнитоупругих преобразователей выгодно применять материалы, у которых сочетается большое значение магнитострикции с большим значением проницаемости и с малой индукцией насыщения. Поэтому для магнитоупругих преобразователей часто применяют пермаллой. Магнитоупругие преобразователи выполняются также из обычной мягкой стали и из кремнистой стали. При этом чувствительность таких преобразователей хотя и меньше, чем у преобразователей из пермаллоя, но вполне достаточна для практических целей.

Типы магнитоупругих преобразователей. Магнитоупругие преобразователи могут работать как переменные индуктивные сопротивления, величина которых определяется приложенным к сердечнику механическим усилием, и как трансформаторные преобразователи с переменной взаимной индуктивностью между обмотками.

Разновидности формы магнитных цепей и размещения обмоток магнитоупругих преобразователей индуктивного и трансформаторного типов, предназначенных для измерения больших усилий (десятки тысяч ньютонов), показаны на 4-24. Технологически магнитная цепь магнитоупругих преобразователей этих типов чаще всего выполняется из сплошного материала. Сердечник имеет щели для размещения обмотки, которую приходится наматывать вручную. Применяются также разъемные конструкции, в которых готовую

Основы расчета магнитоупругих преобразователей. Первой задачей при разработке любого магнитоупругого преобразователя является выбор размеров его сердечника, который диктуется техническими условиями ра:боты и допустимым напряжением а для выбранного ферромагнитного материала.

Основной характеристикой магнитного материала с точки зрения его магнитоупругих свойств является коэффициент магнитоупругой чувствительности, который (по аналогии с коэффициентом тензочув-ствительности) определяется как отношение относительного изменения магнитной проницаемости Дц/ц к относительной деформации ДШ = Км ферромагнитного тела, или к напряжению растяжения о, т. е.

При определении коэффициента магнитоупругой чувствительности следует иметь в виду, что относительное изменение магнитной проницаемости связано с Ки зависимостью

Указанные выше характеристики магнитоупругой чувствительности не являются исчерпывающими. Наиболее полной характеристикой следует считать магнитоупругую чувствительность материала по мощности [35] как отношение изменения удельной магнитной энергии к деформации:

а выражение магнитоупругой чувствительности материала по мощности примет вид

При выборе начальной магнитной напряженности (при отсутствии преобразуемого усилия) следует учитывать, что магнитоупругая чувствительность является функцией напряженности магнитного поля. При этом максимум магнитоупругой чувствительности практически совпадает с максимумом магнитной проницаемости. Следовательно, начальная магнитная напряженность может быть принята равной

M = Iw =
Процесс старения ферромагнитного материала сопровождается изменением его магнитной проницаемости и внутренних напряжений в нем. Это приводит к изменению и магнитоупругой чувствительности.

Основной характеристикой магнитного материала с точки зрения его магнитоупругих свойств является коэффициент магнитоупругой чувствительности, который (по аналогии с коэффициентом тензочув-ствительности) определяется как отношение относительного изменения магнитной проницаемости Дх/ц к относительной деформации А///:

Наибольшим коэффициентом магнитоупругой чувствительности обладают железо-никелевые сплавы типа пермаллоя (/Сц » 200).

Исходя из этого, отношение Х/52 в выражении (4-14) может быть заменено равным ему отношением Ъ^/В2^, что приводит к окончательным выражениям для относительного изменения магнитной проницаемости Др./л под действием механического напряжения а и для магнитоупругой чувствительности ферромагнитного материала в виде

Из выражения (4-15) для магнитоупругой чувствительности материала сердечника преобразователя следует, что она прямо пропорциональна выбранному для рабочего режима значению магнитной проницаемости (г. Такая зависимость имеет существенное значение для выбора м. д. с катушки преобразователя с рамочными и Ш-образными сердечниками. На 4-28 приведены кривые у. = = / (Н) и AZ/Z = / (Я) для ферромагнитного сердечника из мате-