Магнитоупругие преобразователи

Эластичные магниты изготовляют из резины и мелкого порошка магнитотвердого материала (наполнитель). В качестве наполнителя наиболее часто используют феррит бария.

В § 2.13 были рассмотрены некоторые типы магнитных лент. В вычислительной технике подобные магнитные ленты широко используют для записи информации в дискретной и аналоговой формах. Однако запись осуществляют не только на лентах, но и на магнитных носителях других видов: дисках, барабанах, картах, жетонах, на активную поверхность которых наносят слой магнитотвердого материала. Ё$ большинстве случаев их применяют в качестве внешних запоминающих устройств (ВЗУ) с большим объемом памяти, но с меньшим, чем в ОЗУ, быстродействием.

Значительно более высоким к. п. д. (до 0,6) обладает гистерезис н ы ft двигатель, не уступающий реактивному по простоте конструкции и надежности. В гистерезисном двигателе рабочая часть ротора выполняется из магнитотвердого материала типа викаллоя (см. §2.13). Ротор изготовляют составным с целью экономии дорогих магнитотвердых сплавов, из которых делают только наружное кольцо, а внутреннюю его часть (втулку) — из стали или алюминия.

Для рационального использования магнитотвердого материала он должен быть намагничен до насыщения, т. е. до предельной петли гистерезиса. Требуемые при этом значения намагничивающего поля •^шах для некоторых материалов приведены в табл. 12.1. Для других материалов Яшах следует определять экспериментально. По ГОСТ 13601—68 достаточным считается такое значение Ятах. уменьшение которого на 25% не приводит к уменьшению остаточной индукции Bf и коэрцитивной силы Нс больше чем на 1%.

«Запоминание» регулировки после снятия управляющего сигнала достигается за счет стабильности магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом и сердечником электромагнита, выполненным из магнитотвердого материала.

Ротор гистерезисных двигателей выполнен из магнитотвердого материала. Вращающий момент образуется за счет перемагничива-

Гистерезистые двигатели ( XI 1.40). В схе-мах автоматики получили широкое распростронение гистерезистые двигатели, ротор которых имеет ци-5 линдр, выполненный из магнитотвердого материала (например, из викаллоя). С целью экономии дорогостоящего магнитотвердого материала роторы обычно делают сборными. Они состоят из втулки 5 и наружного массивного или шихтованного цилиндра 4 из магнитотвердого материала. Зазор между статором и ротором равномерный по всей окружности. Статор у гистерезисных двигателей такой же, как у других синхронных и асинхронных двигателей.

• У двигателей с шихтованным цилиндром из магнитотвердого материала асинхронный момент практически отсутствует. Двигатели с массивным цилиндром могут работать как в синхронном, так и в асинхронном режимах, в последнем случае их момент увеличивается. Однако при асинхронном режиме перемагничивание кольца, выполненного из магнитотвердого материала, связано с большими потерями, поэтому гистерезисные двигатели обычно работают в синхронном режиме или в асинхронном при небольшом скольжении.

Существенными преимуществами гистерезисных двигателей по сравнению с синхронными других типов являются большие моменты пусковой и входа в синхронизм, плавность входа в синхронизм, малый пусковой ток, простота конструкции, надежность в эксплуатации, бесшумность при работе, высокий к. п. д. (достигающий 65% для двигателей мощностью 100 em), малые вес и габарит. К недостаткам следует отнести склонность ротора к качаниям. Особенно это имеет место, когда цилиндр из магнитотвердого материала выполнен шихтованным, так как токи в стали ротора оказываются малыми, а их демпфирующее действие незначительным. Недостатком является также малый cos ф, не превышающий обычно 0,5. В асинхронном режиме коэффициент мощности низок вследствие малой магнитной проницаемости ротора, а в синхронном — из-за сравнительно малой н. с. цилиндра ротора.

Для обеспечения' пускового момента двигатели с постоянными магнитами имеют пусковую обмотку в виде беличьей клетки, залитой алюминием. Ротор из магнитотвердого материала из-

Мапштотвердые материалы, из которых изготовляют постоянные магниты, характеризуются широкой петлей магнитного гистерезиса (большой коэрцитивной силой Нс) и малой магнитной проницаемостью. Для них важнейшей характеристикой является участок нисходящей ветви петли магнитного гистерезиса, заключенный между значениями Вг (остаточная индукция) и Нс. Этот участок называется кривой размагничивания. Данные по маг-нитотвердым материалам, характеризующие их основные параметры, приведены в специальных справочниках, ГОСТах, технических условиях. Эти величины представляют собой нижнюю границу соответствующего параметра. Если образец в виде то-роида из магнитотвердого материала 'намагничен до насыщения с помощью намагничивающей обмотки, то после прекращения прохождения тока в обмотке в тороиде сохранится остаточный поток и индукция будет равна остаточной индукции ( 2.11,а). Разрежем тороид поперек и разведем его половины друг от друга. Магнитный поток должен пройти не только по материалу образца, но и через воздушный промежуток. Магнитное сопротивление на пути потока увеличится, а поток уменьшится от Вг до В0 по кривой размагничивания ( 2.11,о). При их сближе-

9.7. МАГНИТОУПРУГИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Магнитоупругие преобразователи по принципу использования магнитоупругого эффекта могут быть индуктивными или взаимоиндуктивными. В первых ( 9.18, а к б) изменение магнитной проницаемости вызывает в конечном итоге изменение индуктивности намагничивающей цепи, состоящей из одной или нескольких соединенных последовательно обмоток, намотанных на рабочие (воспринимающие нагрузку) стержни магнитопровода. Без учета потерь на вихревые токи и гистерезис индуктивность намагничивающей цепи

Индуктивные магнитоупругие преобразователи работают обычно при напряженностях магнитного поля, далеких от напряженности насыщения. Поэтому ширина ярма (без опасения, что в магнитопроводе возникнет магнитное насыщение) может быть принята равной половине ширины стержня. Тогда 5Я = 0,5SCT. Так как для магнитопровода ( 9.19) длина ярма 1Я — d, то магнитное сопротивление преобразователя

M = Iw =
Несмотря на сравнительно низкую точность (суммарная погрешность преобразования достигает 3...4%), магнитоупругие преобразователи благодаря простоте конструкции находят широкое применение для преобразований больших сил (10s...10" Н) и давлений в сложных условиях эксплуатации. Они используются как датчики для контроля сил, действующих на различные механизмы в полевых условиях, давлений и крутящих моментов в буровых колонках и т. п.

Взаимоиндуктивные магнитоупругие преобразователи могут быть двух основных разновидностей: преобразователи, у которых используется изменение магнитной проницаемости чувствительного элемента только в одном направлении ( 9.18, в и г), и преобразователи, у которых используется изменение магнитной проницаемости одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях ( 9.21). Последние получили название магнитоанизотропных преобразователей.

9.7. Магнитоупругие преобразователи ......................... . 180

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.

Несмотря на сравнительно низкую точность (суммарная погрешность преобразования достигает 3... ...4 %), магнитоупругие преобразователи, благодаря простоте конструкций, находят широкое применение для преобразования больших сил (105... ...10е Н) и давлений в сложных условиях эксплуатации. Они используются как датчики для контроля сил, действующих на различные механизмы В ПОЛеВЫХ УСЛОВИЯХ, Давлений И рис 21..и. измерительная цепь маг-КруТЯЩИХ МОМеНТОВ В бурОВЫХ КОЛОН- нитоупругого преобразователя

Как правило, магнитоупругие преобразователи изготовляют дифференциальными ( 21.11). Магнитоупругий преобразовательный элемент МП1 является рабочим преобразователем силы F, а идентичный ему преобразовательный элемент МП2, не подвергающийся действию каких-либо усилий, служит для компенсации начальной индуктивности рабочего преобразователя, а также для компенсации влияния внешних факторов, в частности температуры и частоты источника питания. Показания вольтметра будут практически линейной функцией преобразуемой силы. Незначительная нелинейность может быть устранена путем создания некоторой начальной нагрузки.

Магнитоупругие преобразователи могут быть использованы в виде индуктивных, трансформаторных и индукционных преобразователей, т. е. могут иметь в качестве выходной величины изменение индуктивности, взаимоиндуктивности или индуктированную э. д. с.