神探贝斯特-第82部分

快捷操作: 按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页 按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页 按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部! 如果本书没有阅读完，想下次继续接着阅读，可使用上方 "收藏到我的浏览器" 功能 和 "加入书签" 功能！



　　　　我们不知道在物理学上还有其他地方。可以用到一条如此简单且准确的通用原理，来明白及分析两个不同的现象。

　　　　–理查德。p。费曼《费曼物理学讲义》

　　　　格里夫斯的书中也有类似陈述。

　　　　感应电流折叠

　　　　产生的条件

　　　　1。电路是闭合且通的。2。穿过闭合电路的磁通量发生变化。

　　　　3。电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动（切割磁感线运动就是为了保证闭合电路的磁通量发生改变）（如果缺少一个条件，就不会有感应电流产生）。。

　　　　电磁感应现象中之所以强调闭合电路的“一部分导体”，是因为当整个闭合电路切割磁感线时，左右两边产生的感应电流方向分别为逆时针和顺时针，对于整个电路来讲电流抵消了。

　　　　电磁感应中的能量关系。

　　　　电磁感应是一个能量转换过程，例如可以将重力势能，动能等转化为电能，热能等。

　　　　科技应用折叠

　　　　动圈式话筒的原理折叠

　　　　在剧场里，为了使观众能听清演员的声音，常常需要把声音放大，放大声音的装置主要包括话筒，扩音器和扬声器三部分。话筒是把声音转变为电信号的装置。图2是动圈式话筒构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的，当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动，其中就产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。（未完待续）
294　电磁感应器　4
　　　　磁带录音机的原理折叠

　　　　磁带录音机主要由机内话筒、磁带、录放磁头、放大电路、扬声器、传动机构等部分组成，是录音机的录、放原理示意图。录音时，声音使话筒中产生随声音而变化的感应电流——音频电流，音频电流经放大电路放大后，进入录音磁头的线圈中，在磁头的缝隙处产生随音频电流变化的磁场。磁带紧贴着磁头缝隙移动，磁带上的磁粉层被磁化，在磁带上就记录下声音的磁信号。

　　　　放音是录音的逆过程，放音时，磁带紧贴着放音磁头的缝隙通过，磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电流，感应电流的变化跟记录下的磁信号相同，所以线圈中产生的是音频电流，这个电流经放大电路放大后，送到扬声器，扬声器把音频电流还原成声音。

　　　　在录音机里，录、放两种功能是合用一个磁头完成的，录音时磁头与话筒相连；放音时磁头与扬声器相连。

　　　　汽车车速表折叠

　　　　汽车驾驶室内的车速表是指示汽车行驶速度的仪表。它是利用电磁感应原理，使表盘上指针的摆角与汽车的行驶速度成正比。车速表主要由驱动轴、磁铁、速度盘，弹簧游丝、指针轴、指针组成。其中永久磁铁与驱动轴相连。在表壳上装有刻度为公里/小时的表盘。

　　　　永久磁铁的磁感线方向如图1所示。其中一部分磁感线将通过速度盘，磁感线在速度盘上的分布是不均匀的，越接近磁极的地方磁感线数目越多。当驱动轴带动永久磁铁转动时，则通过速度盘上各部分的磁感线将依次变化，顺着磁铁转动的前方，磁感线的数目逐渐增加。而后方则逐渐减少。由法拉第电磁感应原理知道，通过导体的磁感线数目发生变化时，在导体内部会产生感应电流。又由楞次定律知道。感应电流也要产生磁场，其磁感线的方向是阻碍（非阻止）原来磁场的变化。用楞次定律判断出。顺着磁铁转动的前方，感应电流产生的磁感线与磁铁产生的磁感线方向相反，因此它们之间互相排斥；反之后方感应电流产生的磁感线方向与磁铁产生的磁感线方向相同，因此它们之间相互吸引。由于这种吸引作用，速度盘被磁铁带着转动，同时轴及指针也随之一起转动。

　　　　为了使指针能根据不同车速停留在不同位置上，在指针轴上装有弹簧游丝，游丝的另一端固定在铁壳的架上。当速度盘转过一定角度时。游丝被扭转产生相反的力矩，当它与永久磁铁带动速度盘的力矩相等时，则速度盘停留在那个位置而处于平衡状态。这时，指针轴上的指针便指示出相应的车速数值。

　　　　永久磁铁转动的速度和汽车行驶速度成正比。当汽车行驶速度增大时，在速度盘中感应的电流及相应的带动速度盘转动的力矩将按比例地增加，使指针转过更大的角度，因此车速不同指针指出的车速值也相应不同。当汽车停止行驶时，磁铁停转，弹簧游丝使指针轴复位，从而使指针指在“0”处。

　　　　熔炼金属折叠

　　　　交流的磁场在金属内感应的涡流能产生热效应。这种加热方法与用燃料加热相比有很多优点，除课本所述外还有：加热效率高，达到50～90％；加热速度快；用不同频率的交流可得到不同的加热深度。这是因为涡流在金属内不是均匀分布的，越靠近金属表面层电流越强，频率越高这种现象越显著，称为“趋肤效应”。工业上把感应加热依频率分为四种：工频（50赫）；中频（0。5～8千赫）；超音频（20～60千赫）；高频（60～600千赫）。工频交流直接由配电变压器提供；中频交变电流由三相电动机带动中频发电机或用可控硅逆变器产生；超音频和高频交流由大功率电子管振荡器产生。

　　　　无心式感应熔炉的用途是熔炼铸铁、钢、合金钢和铜、铝等有色金属。所用交流的频率要随坩锅能容纳的金属质量多少来选择，以取得最好的效果。例如：5千克的用20千赫，100千克的用2。5千赫，5吨的用1千赫以至50千赫。

　　　　冶炼锅内装入被冶炼的金属，让高频交变电流通过线圈，被冶炼的金属中就产生很强的涡流。从而产生大量的热使金属熔化这种冶炼方法速度快，温度容易控制。能避免有害杂质混入被冶炼的金属中，适于冶炼特种合金和特种钢。

　　　　感应加热法也广泛用于钢件的热处理。如淬火、回火、表面渗碳等，例如齿轮、轴等只需要将表面淬火提高硬度、增加耐磨性，可以把它放入通有高频交流的空心线圈中，表面层在几秒钟内就可上升到淬火需要的高温，颜色通红，而其内部温度升高很少，然后用水或其他淬火剂迅速冷却就可以了，其他的热处理工艺，可根据需要的加热深度选用中频或工频等。

　　　　历史渊源折叠

　　　　法拉第定律最初是一条基于观察的实验定律。后来被正式化，其偏导数的限制版本，跟其他的电磁学定律一块被列麦克斯韦方程组的现代亥维赛版本。

　　　　法拉第电磁感应定律是基于法拉第于1831年所作的实验。这个效应被约瑟。亨利于大约同时发现，但法拉第的发表时间较早。

　　　　见麦克斯韦讨论电动势的原著。

　　　　于1834年由波罗的海德国科学家海因里希。楞次发现的楞次定律，提供了感应电动势的方向，及生成感应电动势的电流方向。

　　　　重要意义折叠

　　　　法拉第的实验表明，不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生。这种现象称为电磁感应现象，所产生的电流称为感应电流。

　　　　法拉第根据大量实验事实总结出了如下定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通变化率成正比。

　　　　感应电动势用e表示，即e=nΔΦ/Δt这就是法拉第电磁感应定律。

　　　　电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它揭示了电、磁现象之间的相互联系。法拉第电磁感应定律的重要意义在于，一方面，依据电磁感应的原理，人们制造出了发电机，电能的大规模生产和远距离输送成为可能；另一方面，电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。人类社会从此迈进了电气化时代。？？

　　　　其他资料折叠

　　　　发现者折叠

　　　　1820年h。c。奥斯特发现电流磁效应后，许多物理学家便试图寻找它的逆效应，提出了磁能否产生电，磁能否对电作用的问题，1822年d。f。j。阿喇戈和洪堡在测量地磁强度时，偶然发现金属对附近磁针的振荡有阻尼作用。1824年，阿喇戈根据这个现象做了铜盘实验，发现转动的铜盘会带动上方自由悬挂的磁针旋转，但磁针的旋转与铜盘不同步，稍滞后。电磁阻尼和电磁驱动是最早发现的电磁感应现象，但由于没有直接表现为感应电流，当时未能予以说明。

　　　　1831年8月，m。法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈，其一为闭合回路，在导线下端附近平行放置一磁针，另一与电池组相连，接开关，形成有电源的闭合回路。实验发现，合上开关，磁针偏转；切断开关，磁针反向偏转，这表明在无电池组的线圈中出现了感应电流。法拉第立即意识到，这是一种非恒定的暂态效应。紧接着他做了几十个实验，把产生感应电流的情形概括为5类：变化的电流，变化的磁场，运动的恒定电流，运动的磁铁，在磁场中运动的导体，并把这些现象正式定名为电磁感应。进而，法拉第发现，在相同条件下不同金属导体回路中产生的感应电流与导体的导电能力成正比，他由此认识到，感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的，即使没有回路没有感应电流，感应电动势依然存在。

　　　　后来，给出了确定感应电流方向的楞次定律以及描述电磁感应定量规律的法拉第电磁感应定律。并按产生原因的不同，把感应电动势分为动生电动势和感生电动势两种，前者起源于洛伦兹力，后者起源于变化磁场产生的有旋电场。

　　　　变压器折叠

　　　　法拉第定律所预测的电动势，同时也是变压器的运作原理。当线圈中的电流转变时，转变中的电流生成一转变中的磁场。在磁场作用范围中的第二条电线，会感受到磁场的转变，于是自身的耦合磁通量也会转变（dΦb/dt）。因此，第二个线圈内会有电动势，这电动势被称为感应电动势或变压器电动势。如果线圈的两端是连接着一个电负载的话，电流就会流动。

　　　　电动机折叠

　　　　发电机可以“反过来”运作，成为电动机。例如，用法拉第碟片这例子，设一直流电流由电压驱动，通过导电轴臂。然后由洛伦兹力定律可知，行进中的电荷受到磁场b的力，而这股力会按佛来明左手定则订下的方向来转动碟片。在没有不可逆效应（如摩擦或焦耳热）的情况下，碟片的转动速率必需使得dΦb/dt等于驱动电流的电压。（未完待续）
295　电磁感应器　5
　　　　什么是磁传感器？就是把磁场、电流、应力应变、温度、光等引起敏感元件磁性能的变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的器件。什么东西会产生磁场？地球会产生磁场，如果你能测地球表面磁场就可以做指南针，任何电流都能产生磁场，电流传感器也是磁场传感器。电流传感器可以用在家用电器、智能电网、电动车、风力发电等等。第三类传感器叫做位置传感器，如果你一个磁体和磁传感器相互之间有位置变化，这个位置变化是线性的就是线性传感器，如果转动的就是转动传感器。大家在生活中都用到很多磁传感器，比如说电脑硬盘、指南针，家用电器等等。

　　　　2概述

　　　　在今天所用的电磁效应的传感器中，磁旋转传感器是重要的一种。磁旋转传感器主要由半导体磁阻元件、永久磁铁、固定器、外壳等几个部分组成。典型结构是将一对磁阻元件安装在一个永磁体的刺激上，元件的输入输出端子接到固定器上，然后安装在金属盒中，再用工程塑料密封，形成密闭结构，这个结构就具有良好的可靠性。磁旋转传感器有许多半导体磁阻元件无法比拟的优点。除了具备很高的灵敏度和很大的输出信号外，而且有很强的转速检测范围，这是由于电子技术发展的结果。另外，这种传感器还能够应用在很大的温度范围中，有很长的工作寿命、抗灰尘、水和油污的能力强，因此耐受各种环境条件及外部噪声。所以，这种传感器在工业应用中受到广泛的重视。

　　　　磁旋转传感器在工厂自动化系统中有广泛的应用，因为这种传感器有着令人满意的特性，同时不需要维护。其主要应用在机床伺服电机的转动检测、工厂自动化的机器人臂的定位、液压冲程的检测、工厂自动化相关设备的位置检测、旋转编码器的检测单元和各种旋转的检测单元等。

　　　　3工作原理

　　　　电磁流量传感器是根据法拉第电磁感应定律设计的。在测量管轴线和磁场磁力线相互垂直的管壁上安装一对检测电极，当导电液体沿测量管在交变磁场中，与磁力线成垂直方向运动时。导电液体切割磁力线产生感应电动势，此感应电动势由测量管上的两个检测电极检出如图1。用下列公式表示：

　　　　e=bvd（v）

　　　　式中：e－感应电动势v

　　　　b－磁场的磁通密度？t

　　　　v－导电液体平均流速m/s

　　　　d－导管的内径m

　　　　4传感器检查

　　　　测试设备：500mΩ绝缘电阻测试仪一台。万用表一只。

　　　　测试步骤：

　　　　（1）在管道充满介质的情况下，用万用表测量接线端子a、b与c之间的电阻值，a…c、b…c之间的阻值应大至相等。若差异在1倍以上，可能是电极出现渗漏、测量管外壁或接线盒内有冷凝水吸附。

　　　　（2）？在衬里干燥情况下，用mΩ表测a…c、b…c之间的绝缘电阻（应大于200mΩ）。再用万用表测量端子a、b与测量管内二只电极的电阻（应呈短路连通状态）。若绝缘电阻很小，说明电极渗漏，应将整套流量计返厂维修。若绝缘有所下降但仍有50mΩ以上且步骤（1）的检查结果正常，则可能是测量管外壁受潮。可用热风机对外壳内部进行烘干。

　　　　（3）？电磁流量计用万用表测量x、y之间的电阻，若超过200Ω，则励磁线圈及其引出线可能开路或接触不良。拆下端子板检查。

　　　　（4）？电磁流量计检查x、y与c之间的绝缘电阻，应在200mΩ以上，若有所下降，用热风对外壳内部进行烘干处理。实际运行时，线圈绝缘性下降将导致测量误差增大、仪表输出信号不稳定。＇1＇

　　　　（5）？如判定电磁流量计传感器有故障，请与电磁流量计生产厂家联系，一般现场无法解决，需到厂家维修。

　　　　5分类

　　　　现代的磁旋转传感器主要包括有四相传感器和单相传感器。在工作过程中。四相差动旋转传感器用一对检测单元实现差动检测，另一对实现倒差动检测。这样，四相传感器的检测能力是单元件的四倍。而二元件的单相旋转传感器也有自己的优点。也就是小巧可靠的特点，并且输出信号大，能检测低速运动，抗环境影响和抗噪声能力强，成本低。因此单相传感器也将有很好的市场。

　　　　6应用

　　　　磁旋转传感器在家用电器中也有大的应用潜力。在盒式录音机的换向机构中，可用磁阻元件来检测磁带的终点。家用录像机中大多数有