Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Классификация датчиков магнитного поля





В настоящее время существует большой класс датчиков магнитного поля, в основу которых положены различные физические явления (рис. 1.1.1.).

       
 
 
 
Магниторезистивный датчик Принцип действия заключается в эффекте изменения омического сопротивления материала в зоне действия магнитного поля
 
Магнитооптический датчик Принцип действия основан на однозначной зависимости нулевого порядка дифракции на структуре феррит-граната от внешнего магнитного поля

 

 


Рисунок 1.1.1.Классификация датчиков магнитного поля

 


Датчик Холла

Эффект Холла заключается в возникновении разности потенциалов между противоположными гранями проводящей пластины при протекании электрического тока через две другие ее грани, при одновременном действии магнитного поля перпендикулярно плоскости пластины. На этом эффекте построен датчик Холла [1]. Элемент Холла представляет собой пластину из полупроводникового материала толщиной d, по четырем сторонам которой расположены контакты. Контакты 1 и 2 (i 1) называются токовыми, а контакты 3 и 4 (U) – выходными или измерительными (иногда эти контакты называют холловскими). Схема элемента Холла приведена на рисунке 1.1.2.

 

Рисунок 1.1.2. Схема элемента Холла

 

Сущность эффекта Холла заключается в том, что в проводнике с током плотностью j, помещенным в магнитное поле B, возникает электрическое поле в направлении, перпендикулярном j и B:

(1.1.1)

где Rh называется постоянной Холла и служит основной характеристикой эффекта. Эффект был открыт Э. Г. Холлом в 1879 г. в тонких пластинках золота и является одним из наиболее важных гальваномагнитных явлений.

Соотношение 1.1.1 описывает эффект Холла в изотропном проводнике в слабом магнитном поле. Для наблюдения эффекта прямоугольные пластины из исследуемого вещества с длиной значительно больше ширины b и толщины d, вдоль которых течет ток i 1= jbd, помещают в магнитное поле H, перпендикулярное плоскости пластинки. На середине боковых граней перпендикулярно току расположены электроды, между которыми измеряется ЭДС Холла.

Эффект Холла объясняется взаимодействием носителей заряда (электронов проводимости и дырок) с магнитным полем. В магнитном поле на заряженные частицы действует сила Лоренца: F = e[B v], где v = j/en – средняя скорость направленного движения носителей в электрическом поле, n – концентрация носителей, e – их заряд. Под действием этой силы частицы отклоняются в направлении, перпендикулярном B и j. В результате на боковой грани пластины происходит накопление зарядов и возникает электрическое поле Холла Eh, которое, в свою очередь действуя на заряды, уравновешивает силу Лоренца. Соотношение 1.1.1 показывает, что ЭДС Холла пропорциональна произведению значений протекающего тока i и магнитной индукции В.

Принцип действия датчика основан на прохождении тока через датчик и действии на него магнитного поля, перпендикулярного току, на зондовых контактах возникает электродвижущая сила в направлении перпендикулярном току и магнитному полю.

Датчик Виганда

Работа датчика базируется на эффекте Виганда, который проявляется в следующем. При внесении ферромагнитной проволоки в магнитное поле, в ней происходит самопроизвольное изменение магнитной поляризации. Это явление наблюдается при выполнении двух условий:

· первое – проволока должна иметь специальный химический состав и двухслойную структуру (рисунок 1.1.3);

· второе – напряженность магнитного поля должна быть выше определенного порогового значения – порога зажигания.

 

Рисунок 1.1.3. Структура проволоки Виганда

 

Момент изменения поляризации проволоки можно наблюдать с помощью катушки индуктивности, расположенной рядом с проволокой. Индукционный импульс напряжения на ее выводах при этом достигает нескольких вольт. При изменении направления магнитного поля полярность индуктируемых импульсов изменяется. В настоящее время эффект объясняют различной скоростью переориентации элементарных магнитов в магнитомягкой сердцевине и магнитотвердой оболочке проволоки.

Конструкция датчика Виганда (рисунок 1.1.4) содержит катушку индуктивности и проволоку Виганда [2]. При смене поляризации проволоки, катушка, намотанная на неё, фиксирует это изменение.

 

Рисунок 1.1.4. Конструкция датчика Виганда

 

К достоинствам датчика Виганда следует отнести:

· независимость от влияния внешних электрических и магнитных полей;

· широкий температурный диапазон работы (-80 … +260°C);

· работу без источника питания.

Индукционный датчик

Индукционный датчик - электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования угловых и линейных перемещений в модулированное напряжение [3]. Принцип действия индукционных датчиков и преобразователей основан на изменении коэффициента взаимоиндукции М между подвижным и неподвижным элементами при изменении их относительного положения.

Конструкции и назначения индукционных датчиков различна. Они могут использоваться для определения параметров переменных и стационарных магнитных полей. В данном обзоре рассмотрен принцип работы датчика, работающего в постоянном магнитном поле.

Принцип работы индукционных датчиков базируется на способности переменного магнитного поля индуцировать в проводнике электрический ток. При этом ЭДС индукции, появляющаяся в проводнике, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через него.

Но в стационарном поле магнитный поток не изменяется. Поэтому для измерения параметров стационарного магнитного поля применяются датчики с катушкой индуктивности, вращающейся с постоянной скоростью. В этом случае магнитный поток будет изменяться с определенной периодичностью. Напряжение на зажимах катушки будет определяться скоростью изменения потока (числом оборотов катушки) и количеством витков катушки.

Конструкция датчика показана на (рисунок 1.1.5).

Рисунок 1.1.5. Конструкция индукционного датчика

Он состоит из проводника в качестве, которого может выступать катушка индуктивности, расположенной на валу электродвигателя. Съем напряжения с вращающейся катушки осуществляется с помощью щеток. Выходное напряжение на выводах катушки представляет переменное напряжение, величина которого тем больше, чем больше частота вращения катушки индуктивности и чем больше магнитная индукция поля.

В отличие от индуктивных датчиков индукционные относятся к разряду генераторных преобразователей, так как при воздействии входной величины они способны генерировать электрическую энергию.

Индуктивный датчик

Индуктивный датчик - бесконтактный датчик, который предназначен для контроля положения объектов из металла [4]. Датчик к другим материалам не чувствителен.

Принцип действия индуктивных датчиков основан на изменении индуктивности L (коэффициента самоиндукции) или взаимоиндуктивности обмотки с сердечником, вследствие изменения магнитного сопротивления Rm магнитной цепи датчика, в которую входит сердечник. Индуктивные датчики относятся к классу параметрических. Измеряемое механическое перемещение на входе датчика вызывает изменение параметров магнитной и электрической цепей его, что в свою очередь вызывает изменение выходной величины - электрического тока I.

С помощью индуктивных датчиков можно:

· контролировать механические перемещения, механические силы, температуру, свойства магнитных материалов;

· определять наличие дефектов или нежелательность примесей в телах материалов;

· контролировать диаметр стальной проволоки, толщину немагнитных покрытий на стали, движение жидкости и газов в резервуарах и др.

Индуктивные датчики имеют ряд достоинств:

· простота и прочность конструкций, надежность в работе (отсутствие скользящих контактов);

· возможность подключения к источникам промышленной частоты;

· относительно большая величина мощности на выходе преобразователя (до нескольких десятков ватт), что дает возможность подключать контрольный прибор непосредственно к преобразователю;

· значительная чувствительность и большой коэффициент усиления.

К недостаткам индуктивных датчиков следует отнести влияние колебания частоты питающего напряжения на точность работы и возможность работы лишь на переменном токе.

Индуктивные датчики используются на относительно низких частотах (до 3000–5000 Гц), так как на высоких частотах резко растут потери в стали на перемагничивание и вихревые токи.

Рассмотрим принцип действия простей­шего (одинарного) индуктивного датчика на одном сердечнике, изображенного на рисунке 1.1.6.

 

Рисунок 1.1.6. Конструкция простейшего (одинарного) индуктивного датчика

 

На сердечнике 1 располагается обмотка 3, подключаемая к источнику переменного тока через сопротивление нагрузки (сопротивление измерительного прибора) 4. Ток I в обмотке 3 возбуждает переменный магнитный поток Ф~.

Между полюсами сердечников и перемещающимся якорем 2 имеется воздушный зазор δв. Сердечник 1 и якорь 2 образуют магнитопровод датчика. Переменный магнитный поток Ф проходит через них и через два воздушных зазора δв, входящих в магнитную цепь датчика. Якорь механически связывается с объектом, перемещение которого необходимо контролировать, и в процессе работы смещается относи­тельно сердечника в направлениях, указанных стрелками.

Физика процесса преобразования (механического перемещения в электрический сигнал) состоит в том, что вследствие перемещения якоря и изменения величины воздушного зазора изменяются магнитное сопротивление магнитной цепи датчика и, следовательно, индуктивное и полное сопротивления обмотки. Соответственно (при данном постоянном напряжении питания) изменится величина тока I~, которая измеряется прибором 4, одновременно являющимся нагрузкой данной схемы. В итоге приходим к выводу, что выходная величина - ток I зависит от входной величины - длины воздушного зазора δв, т. е. I=f(δв). Эта зависимость называется выходной характеристикой датчика.

Обычно на практике такие датчики применяются в тех случаях, когда необходимо ступенчатое релейное управление, например, в качестве бесконтактных датчиков положения, концевых выключателей, вспомогательных механизмов прокатных станков, тележек (при прохождении стальной оси тележки над магнитопроводом срабатывает реле), датчиков положения кабин лифтов и др. Конструктивно датчик выполняют таким образом, чтобы якорь его перемещался не в плоскости магнитопровода, а параллельно этой плоскости.

Структура индуктивного датчика приведена на рисунке 1.1.7.

 

Рисунок 1.1.7. Структура индуктивного датчика

 

 

Индуктивные бесконтактные выключатели могут состоять из следующих основных узлов:

· Генератор создает электромагнитное поле взаимодействия с объектом.

· Триггер Шмидта обеспечивает гистерезис при переключении.

· Усилитель увеличивает амплитуду сигнала до необходимого значения.

· Светодиодный индикатор показывает состояние выключателя, обеспечивает контроль работоспособности, оперативность настройки.

· Компаунд обеспечивает необходимую степень защиты от проникновения твердых частиц и воды.

· Корпус обеспечивает монтаж датчика, защищает от механических воздействий. Выполняется из латуни или полиамида, комплектуется крепежными изделиями.

 

 

Date: 2016-07-18; view: 4873; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.006 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию