Индуктивные датчики с замкнутым магнитопроводом, свойства, схемы включения, применение. Колебательный режим работы ИП. Преобразователи на основе ядерного магнитного резонанса

№ 4

1.  Индуктивные датчики с замкнутым магнитопроводом, свойства, схемы включения, применение.

2.  Колебательный режим работы ИП.

3.  Преобразователи на основе ядерного магнитного резонанса.

№ 4

1.  Индуктивные датчики с замкнутым магнитопроводом, свойства, схемы включения, применение.

Индуктивные ИП.

Это -преобразователи, преобразующие измеряемую величину Х – линейное перемещение и функционально связанные с перемещением величины такие как давление, сила, ускорение и др. в индуктивность L, т.е. L=f(x).

Индуктивность L, как известно,- это коэффициент связи между полным магнитным потоком Ψ и вызывающим его током I : Ψ= L•I.

 Если пропустить ток  через обмотку с числом витков W, находящуюся на магнитопроводе с магнитной проницаемостью  и имеющим воздушный зазор  то ампервитками IW будет создан магнитный поток  , циркулирующий по контору  и преодолевающий  магнитное сопротивление .

 

где   - магнитное сопротивление воздушного зазора;  – магнитное сопротивление магнитопровода ;  – реактивное магнитное сопротивление, связанное с потерями на гистерезис, вихревые токи и экранирующий эффект обмотки; , - сечение воздушного зазора и магнитопровода; , - магнитные проницаемости магнитопровода и воздуха. [2]

Индуктивность    является функцией ,

Следовательно индуктивность обмотки ровна     , зависит от числа витков W и является функцией размеров воздушного зазора и магнитопровода магнитной проницаемости материала сердечника и магнитных потерь :  .При наличии воздушного зазора в магнитопроводе  и  , а при разомкнутом магнитопроводе индуктивность является функцией

При изменении воздушного зазора  – var, то L=f() нелинейная, индуктивность L изменяется по гиперболическому закону, что приводит к существенной нелинейности  преобразования (см. рис.5.2,б). Поэтому рабочий участок таких преобразователей ограничивают в пределах  , где  - начальный воздушный зазор.

                          а)                                                  б)                                                                                                             

Рис.5.2.

                                     а)                                                 б)                                                                                   

Рис.5.3.Cхема дифференциального  ИП

На Рис.5.3.а.  показана схема дифференциального  ИП. При перемещении якоря от среднего положения индуктивность одной обмотки уменьшается (), а другой- увеличивается (). Как видно из Рис.5.3, б результирующая характеристика  () дифференциального индуктивного ИП более линейна по сравнению с характеристикой одинарного ИП (см. рис.5.2,б)  (на Рис.5.3,б для наглядности  повернута на 180 градусов). Дифференциальные  индуктивные ИП обеспечивают линейность . преобразования в большем диапазоне изменения рабочих зазоров  .

Взаимоиндуктивные или трансформаторные ИП- это разновидность индуктивных ИП, в которых используется дополнительная взаимоиндуктивная обмотка связанная с основной обмоткой.

 Выходным сигналом таких ИП является ЭДС:

  , где  ;   следовательно  .

Для дифференциальных схем включения ИП :

                                           а)                                                  б)

Рис.5.5. Схемы включения взаимоиндуктивных(трансформаторных) ИП : а) одинарная, б) дифференциальная.

Аналогичным способом выполняется трансформаторные ИП плунжерного типа. Характер зависимости выходной ЭДС  одинарного взаимоиндуктивного ИП с воздушным зазором повторяет зависимость L=(см. Рис.5.2,б), плунжерного типа - зависимость L= (Рис.5.4,б) Для дифференциальных схем включения трансформаторных ИП имеет такую же аналогию:  подобно ()(Рис. 5.3,б) ,  подобно () (Рис. 5.4,б)

2.  Колебательный режим работы ИП.

В данном режиме работы датчик можно описать как колебательное звено (ТАУ), рассмотрим его характеристики :

3.  Преобразователи на основе ядерного магнитного резонанса.

Сущность явления :

Резонансное поглощение магнитного поля , обусловленное магнетизмом ядер. Датчик метода свободной ядерной процессии – жидкое рабочее тело

индукции B. При циклической работе источника электрического тока  вектор ядерной намагниченности M начинает прецессировать вокруг направления вектора B с частотой

Рабочее тело : вода; этиловый спиртж каучук; тонкодисперсные образцы цезия , алюминия ; эпоксидная смола;

Диапазон преобразования и погрешность :

Применение :

Явление ядерного магнитного резонанса можно применять не только в физике и химии, но и в медицине: организм человека — это совокупность все тех же органических и неорганических молекул. Чтобы наблюдать это явление, объект помещают в постоянное магнитное поле и подвергают действию радиочастотных и градиентных магнитных полей. В катушке индуктивности, окружающей исследуемый объект, возникает переменная электродвижущая сила (ЭДС), амплитудно-частотный спектр которой и переходные во времени характеристики несут информацию о пространственной плотности резонирующих атомных ядер, а также о других параметрах, специфических только для ядерного магнитного резонанса. Компьютерная обработка этой информации формирует объёмное изображение, которое характеризует плотность химически эквивалентных ядер, времена релаксации ядерного магнитного резонанса, распределение скоростей потока жидкости, диффузию молекул и биохимические процессы обмена веществ в живых тканях.  Сущность ЯМР-интроскопии (или магнитно-резонансной томографии) состоит, по сути дела, в реализации особого рода количественного анализа по амплитуде сигнала ядерного магнитного резонанса. В обычной ЯМР-спектроскопии стремятся реализовать, по возможности, наилучшее разрешение спектральных линий. Для этого магнитные системы регулируются таким образом, чтобы в пределах образца создать как можно лучшую однородность поля. В методах ЯМР-интроскопии, напротив, магнитное поле создается заведомо неоднородным. Тогда есть основание ожидать, что частота ядерного магнитного резонанса в каждой точке образца имеет свое собственное значение, отличающееся от значений в других частях. Задав какой-либо код для градаций амплитуды ЯМР-сигналов (яркость или цвет на экране монитора), можно получить условное изображение (томограмму) срезов внутренней структуры объекта.