Материал: Справочное пособие по магнитным явлениям

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Рис. 12.12. Датчик, основанный на отражен­ ном импедансе. Импеданс измерительной ка­ тушки зависит как от расстояния между этой катушкой и мишенью, так и от удельного сопротивления последней. Если один из этих двух факторов остается постоянным, то импе­ данс измерительной катушки можно прока­ либровать в значениях, характеризующих другой фактор

катушкой, вызывает отставание по фазе тока в измерительной катушке; во-вторых, увеличение емкости мишени также вызывает отставание по фазе тока в измерительной катушке; в-третьих, увеличение сопротивления мишени вызывает опережение по фазе тока в измерительной катушке, и, в-четвертых, увеличение индук­ тивности мишени также вызывает опережение по фазе тока в измерительной катушке.

Как показано на рис. 12.5, траектория конца вектора сигналь­ ного тока при различных значениях сигнала, воспринимаемого измерительной катушкой, характеризует параметр любого типа, влияющий на ток в измерительной катушке, будь то магнитное сопротивление, емкость, электрическое сопротивление или индук­ тивность. В схеме датчика, приведенной на рис. 12.12, при заданном стандартном расстоянии между измерительной катуш­ кой и поверхностью проводника различие удельных сопротивле­ ний разных проводников, помещаемых в магнитном поле измери­ тельной катушки, обусловливает различия фаз и амплитуд на­ водимых в них вихревых токов. Эти различия можно использо­ вать для того, чтобы распознавать проводящие материалы разных типов.

На рис. 12.11 показано, каким образом можно использовать векторную диаграмму для калибровки датчика относительно од­ ного из параметров, в данном случае температуры. По этому же принципу можно прокалибровать его относительно других пара­ метров, например собственных характеристик проводника. Ана­ логично, если проводник имеет слой поверхностного покрытия, причем удельная электрическая проводимость покрытия отлича­ ется от удельной электрической проводимости основного провод­ ника, который достаточно однороден по магнитным и электри­ ческим характеристикам, а измерительная катушка приближена вплотную к поверхности покрытия, то амплитуда наведенного вихревого тока будет в значительной степени зависеть от тол­ щины слоя покрытия. При этих условиях изменение фазового

угла тока в измерительной катушке можно прокалибровать в значениях толщины покрытия.

12.13. ДЕФЕКТОСКОП, ОСНОВАННЫЙ НА ОТРАЖЕННОМ ИМПЕДАНСЕ

Если цилиндрический проводник помещен в центральной части измерительной катушки, то под влиянием ее магнитного поля в проводнике могут наводиться вихревые токи, циркули­ рующие вдоль боковой поверхности цилиндра вокруг его оси. Если же при этом цилиндрический проводник движется вдоль оси измерительной катушки с постоянной скоростью, то измене­ ния импеданса по отношению к наведенным вихревым токам можно контролировать, наблюдая отраженные изменения тока в измерительной катушке.

Благодаря возможности измерения двух переменных — фазы и амплитуды тока в измерительной катушке — такое устройство позволяет измерять одновременно больше одного параметра. По­ добные многоцелевые измерения базируются на раздельном опре­ делении изменений сопротивления или индуктивности цепи и изменений скорости изменения каждой из этих характеристик во времени.

Например, если через проволочную катушку продвигать с большой скоростью металлическую трубу, то можно разделять медленные и быстрые изменения параметров. Проявление локаль­ ных дефектов стенки трубы удается отделить от проявления не­ равномерности толщины стенки при помощи схем, на которые по­ дается выходной сигнал одной и той же измерительной катушки. Одна из схем определяет отклонения амплитуды и фазы отражен­ ных вихревых токов, обусловленные изменениями толщины стен­ ки трубы, а другая схема — внезапные изменения этих отклоне­ ний, вызванные локальным дефектом стенки трубы (рис. 12.13).

^й х /М Рис12.13. Дефектоскоп, основанный

'1 1+ХнаПТПОМ/А1111ЛМотраженном импедансе1ШПДП<1ипа.РЕслилпи ПНVвих­

ревые токи в проводящей мишени имеют разрывы, обусловленные де­ фектами материала, то такое явле­ ние обнаруживается по изменению импеданса измерительной катушки

12.14. МОДУЛЯЦИЯ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ

При использовании явления электромагнитной индукции энер­ гия передающей катушки падает на некоторую мишень, часть падающей на мишень энергии отражается и часть этой отражен­ ной энергии воспринимается приемной катушкой. Как указано

202

выше, в качестве передатчика и приемника энергии можно при­ менять либо одну и ту же катушку, либо две отдельные катушки. При любых условиях качество и характер отраженной энергии, воспринимаемой приемной катушкой, зависят от значения и ха­ рактера изменения тока, наведенного в мишени. Этот ток, ко­ нечно, зависит от импеданса мишени.

При заданной конфигурации системы, состоящей из катушек (передающей и приемной) и мишени, отраженная энергия изме­ няется в зависимости от изменений импеданса мишени. Следо­ вательно, изменение импеданса мишени можно определять при помощи приемной катушки по изменению амплитуды и фазы отраженной энергии. В § 12.11 импеданс рассматривался как функция температуры, а в § 12.13 — как функция размеров по­ перечного сечения мишени.

Если наведенный ток в мишени промодулировать изменения­ ми импеданса мишени в соответствии с некоторой изменяющейся во времени зависимостью, то ток в приемной катушке будет отслеживать эту зависимость, изменяя свою амплитуду и фазу. В частности, можно использовать выключатель, который пре­ рывает или восстанавливает ток в катушке-мишени, размыкая или замыкая ее цепь согласно заданной программе импульсно­ кодовой модуляции. При такой форме «модуляции отражатель­ ной способности», сводящейся к модуляции тока в мишени, отра­ женный сигнал может регистрироваться в некоторой приемной катушке.

На рис. 12.14 иллюстрируются основные элементы цепи, предназначенной для модуляции по импедансу мишени в соответ­ ствии с заданным импульсным кодом, а на рис. 12.15 показано

 

Катушка-

у/

 

мишень

Излучающая

Тт

 

кат уш ка

 

 

Постоянное запоминаю щ ее уст ройст во

Рис. 12.14. Модуляция отражательной способности. Если импеданс мишени изме­ няется во времени, то эти изменения можно определить по аналогичным изме­

нениям импеданса измерительной катушки

Запускающ ий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Запускаю щ ий

импульс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

импульс

/

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

О

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

1

8

1

1

4

8

1

2

4

8

1

2

4

8

 

Временная последовательность импульсов

 

ГГ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Время-------

 

 

 

 

 

Рис. 12.15. Импульсно-кодовая

модуляция. Импеданс

мишени можно изменять

в соответствии с последовательностью импульсов, при помощи которой закоди­ ровано сообщение

изменение тока, наведенного в приемной катушке в результате такой модуляции.

12.15. МОСТОВАЯ СХЕМА

Один из способов существенного улучшения передаточных функций преобразования состоит в применении мостовой схемы. Используя устройства преобразования в качестве элементов мос­ товой схемы, можно выпрямлять нелинейные характеристики, повышать устойчивость выходных сигналов и чувствительность системы, а также устанавливать нулевой уровень отсчета.

Как показано на рис. 12.16, мостовая схема состоит из че­ тырех элементов, соединенных в форме контура с четырьмя уз­ лами. Напряжение возбуждения контура подается на два узла, расположенных диагонально. Характеристики каждого из четы­ рех элементов выбраны таким образом, чтобы два выходных узла имели одинаковые потенциалы, когда все элементы находят­ ся в исходном, невозмущенном состоянии. Иначе говоря, мосто­ вую схему можно рассматривать как совокупность двух пар элементов, соединенных с общим источником электропитания. Один из элементов каждой пары подключен к одному полюсу источника питания, другой элемент каждой пары — к другому полюсу. Пусть элементы обозначены буквами Л, В, С и причем элементы А и В образуют одну из указанных пар, а элементы С и й — другую (рис. 12.16). Тогда питание подается

 

Рис. 12.16. Мостовая схема Ь / К .

 

Такая

мостовая

схема может

 

быть выведена из состояния рав­

 

новесия путем заполнения прово­

 

дящей

жидкостью

пространства

Проводящая жидкость

внутри

измерительной катушки,

образующей одно из плеч моста

204

на узлы А —С и В—Б, а выходной сигнал мостовой схемы снимается с узлов А— В и С—О.

Мостовая схема может иметь один, два или четыре активных элемента. В схеме с одним активным элементом таким элементом может служить, например, элемент В. Если характеристики, оп­ ределяющие падение напряжения на элементах, обозначить теми же символами, что и соответствующие элементы, то можно показать, что при равенстве отношений А /В и С /Б напряже­ ние между узлами А— В и С—Б будет равно нулю, т. е. устанавлйвается нулевой опорный уровень выходного сигнала.

Возможны два варианта мостовой схемы с двумя активными элементами. Так, схема с активными элементами А и В позволяет линеаризовать выходной сигнал. В этом случае активный элемент А должен увеличивать значение соответствующей характери­ стики, когда активный элемент В его уменьшает. Если эти эле­ менты в других отношениях эквивалентны, то нелинейное изме­ нение характеристики одного из них компенсирует нелинейное изменение характеристики другого и выходной сигнал между узлами А —В и С— Б приобретает требуемую степень линейности. В случае, когда активными являются элементы В и Б, можно обеспечить различные виды стабилизации сигналов. Например, если активный элемент В имеет значительный температурный коэффициент, то для компенсации влияния температуры можно использовать элемент Б, чувствительный к температуре.

В мостовой схеме с четырьмя активными элементами любое воздействие, изменяющее в равной степени все четыре элемента, не влияет на выходной сигнал схемы. Наиболее эффективное использование такого варианта мостовой схемы достигается при условии, что все элементы имеют одинаковые характеристики, и при увеличении значений характеристик элементов В и С значения соответствующих характеристик элементов А и Б уменьшаются.

На рис. 12.16 иллюстрируется мостовая схема с одним актив­ ным элементом, применяемая для определения уровня проводя­ щей жидкости, помещенной внутри измерительной катушки. За­ полнение внутренней области катушки проводником • приводит к нарушению равновесия мостовой схемы, причем выходное на­ пряжение указывает степень этого заполнения.

12.16. ДИАГРАММЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

Проволочные катушки с током, создающие магнитное поле в окружающем пространстве, аналогичны антеннам, излучающим электромагнитную энергию. Хотя это рассмотрение касается глав­ ным образом напряженности магнитного поля при низких часто­ тах, основные изложенные принципы применимы к любым усло­ виям и во всем частотном диапазоне. Поэтому такие изображе­

Источник: https://studfile.net/preview/19992782/