Автор: Дубинин А.Е.
Источник:Дубинин А.Е. Магнито-анизотропные преобразователи силы. – М.: Энерноатомиздат, 1991. – с. 5-9
Применяемые в настоящее время в практике силоизмерительные методы делят на механические, использующие механическое преобразование малых деформаций звеньев, которые здесь не рассматриваются, и электрические. Электрические методы измерения силовых характеристик широко применяются. Они обладают следующими основными достоинствами:
Электрические методы измерения сил можно классифицировать по различным принципам. Наиболее распространена классификация по физическому, положенному в основу преобразования силы в электрический сигнал. По этой классификации все электрические измерения сил можно разделить на две большие группы:
1. Метоц измерения сил по деформации звеньев:
2. Метод измерения сил по изменению внутренних механических напряжений звеньев:
Практическая реализация этих методов осуществлена в соответствующих преобразователях силы, классификация которых представлена на рис. 1, а их основные сравнительные характеристики даны в табл. 1.
В преобразователях силы первой группы ЧЭ являются различные механические упругие элементы, деформация (перемещение) которых с помощью соответствующих преобразователей преобразуется в электрический сигнал. Ограничителем динамического диапазона является упругий элемент.
Из преобразователей этой группы наиболее широко применяют тензорезисторы, имеющие большой коэффициент тензочувствительности, малую измерительную базу и являющиеся практически безынерционными. Однако для измерения и усиления выходного сигнала тензорезисторы требуют громоздкой аппаратуры тензометрии.
Индуктивные и емкостные преобразователи перемещения, несмотря на более простые измерительные схемы, обладают низким коэффициентом тензочувствительности, имеют большие габариты и сложную конструкцию.
Таблица 1 – Сравнительные характеристики преобразователей силы
Рисунок 1 – Класификация преобразователей силы
В преобразователях силы второй группы изменяются физические свойства ЧЭ в зависимости от приложенного усилия (механических напряжений). Ограничителем динамического диапазона этих преобразователей являются либо резонансные колебания чувствительного элемента, либо инерционность изменения его физических свойств.
Из преобразователей силы этой группы более перспективны магнитоанизотропные и магнитоупругие преобразователи силы, основанные на изменении магнитных свойств. Их можно разделить на генераторные и параметрические (табл. 1). Генераторные преобразователи силы используют для намагничивания магнитопровода постоянные магниты или постоянный ток, что делает невозможной их статическую тарировку и ограничивает область практического применения только динамическими измерениями.
Параметрические МУП силы действуют на основе изменения магнитной проницаемости участка магнитной цепи, приводя к изменению его магнитного и электрического сопротивлений.
Параметрические МАП силы являются наиболее общим типом преобразователей на основе магнитоупругого эффекта, так как в них происходят изменения магнитного и электрического сопротивлений магнитопровода при одновременном изменении магнитной проницаемости и ориентации намагниченности.
Основными достоинствами параметрических МАП силы являются высокие чувствительность и собственная частота колебаний, мощность и уровень выхолного сигнала, достаточно хорошая точность измерения (0,1-5,0%)‚ надежность конструкции, высокая работоспособность в самых тяжелых условиях эксплуатации, простота и дешевизна изготовления.
Метод вихревых токов является более перспективным для ферромагнитных материалов, чем неферромагнитных‚ так как при этом используется магнитоупругий эффект, который в большинстве случаев является решающим.
Пьезоэлектрические методы относятся к генераторным и используются для измерения динамических сил. Преобразователи имеют низкую выходную мощность, что требует применения усилителей с большим выходным сопротивлением, и не пригодны для измерения статических нагрузок.
Метод гармонической компоненты применяется с использованием перестраиваемых частотных фильтров. Для получения гармоник в составе сигнала используется подмагничивание ЧЭ постоянным магнитным полем. Измерение здесь осуществляется:
Однако следует отметить, что теоретические вопросы этого метода еще недостаточно разработаны.
В последнее время на базе МАП силы разработан ряд устройств различного функционального назначения. В связи с этим устройства на базе МАП можно классифицировать по функциональному назначению (рис. 2).
Рисунок 2 – Класификация устройств на базе МАП силы