Материал: Справочное пособие по магнитным явлениям
потерь, обусловленных вихревыми токами, гистерезисом и магнитострикцией.
Индукционная катушка, предназначенная для того, чтобы пропускать постоянный ток, но прерывать течение переменного тока, называется дросселем. Таким образом, конденсатор по своим функциям противоположен индукционной катушке — он пропускает переменный ток и прерывает течение постоянного тока.
14. СЛОЖНЫЕ МИШЕНИ
Если в поле измерительной катушки находится проводящая ферромагнитная мишень, то катушка реагирует как на увеличе ние индуктивности, вызванное присутствием ферромагнитного ве щества, так и на энергию, отраженную от мишени наведенными
вней вихревыми токами. Общие условия взаимодействия ка тушки со сложной мишенью иллюстрируются на рис. 14.1. Ток
вкатушке, вызванный этим взаимодействием, определяется од новременным возникновением явлений отражения, описанных в гл. 12, и явлений изменения магнитного сопротивления, описан ных в гл. 13. Результирующее сложное явление представлено совместной векторной диаграммой на рис. 14.2, построенной
путем суммирования векторных диаграмм, приведенных на рис. 12.2 и 13.3.
Рис. 14.1. Сложная мишень. Им педанс катушки изменяется в ре зультате совместного влияния магнитных диполей мишени и на веденных в ней вихревых токов
14.1. РЕАКЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ КАТУШКИ
Ниже описаны различные варианты условий взаимодействия измерительной катушки с мишенью в зависимости от электри ческих и магнитных характеристик мишени.
Магнитно-проницаемая мишень с малой удельной электри ческой проводимостью
1. Ферриты характеризуются сочетанием большой магнитной проницаемости с малой удельной электрической проводимостью.
2.Вследствие малой удельной электрической проводимости феррита наведенные вихревые токи столь малы, что можно пре небречь явлением отражения энергии.
3.Вследствие большой магнитной проницаемости феррита увеличивается магнитный поток, порождаемый заданным током в катушке. Это возрастание отношения магнитного потока к току приводит к увеличению индуктивности измерительной катушки.
4.Когда измерительная катушка приближается к мишени, индуктивность катушки увеличивается, измерительный ток умень шается, причем изменившийся измерительный ток отстает от ис ходного измерительного тока на все возрастающий фазовый угол.
5.Указанные изменения представлены векторной диаграммой на рис. 13.3.
6.Информация, получаемая в результате измерения, ограни чена изменениями измерительного тока в сторону уменьшения по амплитуде и отставания по фазе. Изменения обоих видов зависят от размеров мишени и расстояния между измерительной катушкой и мишенью.
Проводящая мишень с малой магнитной проницаемостью
1.Неферромагнитные проводники характеризуются сочета нием большой удельной электрической проводимости с малой магнитной проницаемостью.
2.В теле из неферромагнитного проводящего вещества наводятся вихревые токи, которые обусловливают отражение сигнального тока обратно в измерительную катушку. Для задан ной измерительной катушки этот сигнальный ток всегда опере жает исходный измерительный ток.
3.Указанные величины представлены векторными диаграмма ми на рис. 12.2 и 12.11.
Индуктивная мишень с малой магнитной проницаемостью
1. Проволочные катушки из неферромагнитного проводящего вещества характеризуются сочетанием большой индуктивности с малой магнитной проницаемостью.
2.В катушке-мишени с индуктивностью Ь и резистивным со противлением /? наводятся вихревые токи. Для заданной изме рительной катушки отраженный сигнальный ток опережает ис ходный измерительный ток на фазовый угол, определяемый от ношением 2л/1/,//?. К этим условиям применима векторная диа грамма, приведённая на рис. 12.2.
3.Информация, получаемая в результате измерения, вклю чает изменения по амплитуде и опережение по фазе измеритель ного тока, а также характерную форму траектории конца вектора сигнального тока (см. рис. 12.5 и 14.2). Эту траекторию можно
Рис. 14.2. Векторная диаграмма при наличии сложной мишени. Фазовый угол между напряжени ем и током в измерительной ка тушке изменяется под влиянием как магнетонов, так и вихревых токов в сложной мишени
использовать для определения электрических характеристик мишени.
Мишень — резонансный контур
1. Мишень может представлять собой цепь из катушки с индуктивностью I, конденсатора с емкостью С и резистора с сопротивлением /?, соединенных последовательно. Ток, текущий в измерительной катушке, наводит напряжение в индуктивном элементе этого контура, в результате чего через все элементы его начинает протекать ток.
2.На резонансной частоте наведенный ток совпадает по фазе
снаведенным напряжением, на более низких частотах этот ток отстает от напряжения, а на более высоких частотах он опере жает напряжение.
3.Когда измерительная катушка приближается к мишени, изменившийся измерительный ток может либо отставать по фазе от исходного измерительного тока, либо опережать его и может быть больше по амплитуде либо меньше по амплитуде по срав нению с исходным измерительным током, в зависимости от соот ношения между частотой приложенного напряжения и резонанс ной частотой мишени.
Емкостная мишень с малой магнитной проницаемостью
1. Настроенный контур, работающий при частотах значитель но ниже резонансной и содержащий катушки, изготовленные из неферромагнитного вещества, характеризуется сочетанием боль шого емкостного сопротивления и малой магнитной проницае мости.
Мишень с большой магнитной проницаемостью и большой удельной электрической проводимостью 1. Ферромагнитные проводники характеризуются сочетанием
большой магнитной проницаемости с большой удельной электри ческой проводимостью.
2.Наличие пути магнитных силовых линий с большой маг нитной проницаемостью обусловливает увеличение индуктивности измерительной катушки.
3.Наведенные вихревые токи приводят к отражению сигналь ного тока обратно в измерительную катушку.
4.Измерительная катушка, взаимодействующая с мишенью, испытывает одновременное влияние большой магнитной прони цаемости и явления отражения энергии от вихревых токов. Это иллюстрируется векторной диаграммой на рис. 14.2.
14.2.СХЕМА ПЕРЕДАЧА-ПРИЕМ
Всхеме перекрещивающихся полей, или схеме передача — прием, передающая катушка взаимодействует с мишенью, а при емная катушка воспринимает энергию, отраженную от мишени.
Согласно уравнению (13.2) две катушки характеризуются не которой взаимной индуктивностью, если изменяющееся магнит ное поле одной катушки, связанное с изменениями тока в ней, сцеплено с другой катушкой. Чем сильнее поле, сцепленное с обеими катушками, тем больше взаимная индуктивность.
Поскольку магнитное поле характеризуется как абсолютной величиной, так и направлением вектора напряженности; взаим ная индуктивность катушек зависит от расстояния между ними, их относительного расположения и ориентации. Взаимная индук тивность фактически равна нулю, если приемная катушка ориен тирована таким образом, что ее ось перпендикулярна направле нию поля, создаваемого передающей катушкой.
Вследствие того что тороидальное магнитное поле обладает определенной кривизной, нулевую взаимную индуктивность полу чить невозможно, когда две катушки расположены близко одна к другой или же когда хотя бы одна из них имеет слишком боль шую протяженность вдоль оси. Однако, как показано на рис. 14.3, если обе катушки имеют не очень большую длину (по сравнению с диаметром) и удалены одна от другой на достаточно большое расстояние, а их оси направлены взаимно перпендику лярно, причем ось одной катушки параллельна плоскостям вит ков другой, то взаимная индуктивность катушек близка к нулю.
Но эти условия нулевого обмена энергией изменяются, когда в пространство, где могут существовать поля обеих катушек, помещен какой-либо магнитно-проницаемый или проводящий объект. Если этот объект обладает достаточной магнитной прони цаемостью, то будет искажена форма поля, окружающего при