Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Электромагнитные измерительные преобразователи
В электромагнитных преобразователях измеряемая неэлектрическая величина преобразуется в пропорциональную электрическую за счет изменения магнитных свойств материалов. Из числа электромагнитных преобразователей наибольшее распространение получили индукционные, индуктивные и магнитоупругие преобразователи. Индукционные преобразователи. В индукционных преобразователях (рис. 6.4) линейная или угловая скорость (частота вращения) исследуемого объекта преобразуется в пропорциональную ЭДС. Принцип действия индукционных преобразователей основан на явлении электромагнит-ной индукции. Входной величиной в таких преобразователях является линейная или угловая скорость перемещения (вращения) исследуемого объекта. По конструктивному исполнению индукционные преобразователи бывают с подвижной катушкой и неподвижным магнитом (рис. 6.4, о, б) или с неподвижной катушкой и неподвижным постоянным магнитом (рис. 6.4, в). Как видно из рис. 6.4, индукционные преобразователи в основном представляют собой электрические машины постоянного или переменного тока, называемые тахогенераторами. Выходное напряжения тахогенератора постоянного тока зависит Х от скорости вращения якоря. Эта зависимость справедлива для идеального тахогенератора постоянного тока. В реальном преобразователе на значение выходного напряжения оказывают влияние реакция якоря, ослабляющая основной магнитный поток машины, и падение напряжения на переходном сопротивлении щеточного контакта. Погрешности преобразования скорости при помощи тахогене- раторов постоянного тока возникают вследствие нагрева его обмоток, асимметрии выходного напряжения и нестабильности переходного сопротивления щеточного контакта. Основное достоинство тахогенераторов постоянного тока — это отсутствие влияния характера нагрузки на качество преобразования скорости. Поэтому у таких преобразователей фазовая погрешность отсутствует. Однако наличие в тахогенераторе подвижного электрического контакта (щетка-коллектор) и вследствие этого низкочастотных пульсаций выходного напряжения, а также сложность конструкции ограничивают их применение по сравнению с тахогенераторами переменного тока. Из числа тахогенераторов переменного тока наибольшее распространение получили трехфазные синхронные машины. Частота ЭДС, вырабатываемой такими преобразователями, зависит от частоты вращения его ротора. Поскольку параметры тахогенератора и в большинстве случаев измерительной цепи являются частотно-зависимыми, характеристика преобразователя нелинейна. Применение таких преобразователей в сочетании с выпрямителем позволяет получить высокую частоту пульсаций ЭДС на выходе. Кроме того, такие преобразователи не имеют подвижного электрического контакта и обладают высокой надежностью. Эти особенности позволяют использовать тахогенераторы переменного тока для преобразования угловых скоростей и ускорений в большом диапазоне. Для преобразования осевых (линейных) перемещений вращающихся объектов применяют индукционные преобразователи. Сигнал на выходе такого преобразователя изменяется во времени по закону изменения положения его подвижной катушки. Так, если измеряемая величина х изменяется по закону х = xmsin(ω t), то мгновенное значение ЭДС на выходе преобразователя где хm — амплитуда измеряемого перемещения, м; В — индукция в зазоре преобразователя, Тл; w — число витков катушки преобразователя; lср — средняя длина витка катушки преобразователя, м. Основной недостаток индукционных преобразователей — нелинейность их характеристики. Рациональным выбором геометрии магнитопровода и размещением катушки достигают минимальных погрешностей. Кроме того, на погрешности преобразователей влияют изменения магнитного потока с течением времени и температуры. Выпускаемые промышленностью тахогенераторы переменного тока имеют погрешности 0, 2...0, 5 %. Индуктивные преобразователи. Принцип действия индуктивных преобразователей основан на преобразовании входной величины в соответствующее изменение индуктивности за счет изменения параметров магнитной цепи. Измерительные цепи с индуктивными преобразователями должны содержать источник питания. Конструкции наиболее распространенных индуктивных преобразователей показаны на рис. 6.5. В преобразователе, показанном на рис. 6.5, а, малый воздушный зазор 53 изменяется вследствие перемещения части магнитопровода под воздействием измеряемой величины. В реальных преобразователях такого типа перемещение подвижной части обычно не превышает 10 мм. В преобразователе с разомкнутым магнитопроводом, представляющим собой катушку со стальным сердечником (рис. 6.5, б), рабочее перемещение может достигать 100 мм. В преобразователе, показанном на рис. 6.5, в. индуктивность зависит от магнитного сопротивления воздушного зазора, изменяемого подвижным немагнитным сердечником. Выбирая форму сердечника, можно получить любую зависимость индуктивности от перемещения сердечника. Такие преобразователи применяют для измерения углов до 180°. Процессы, происходящие в индуктивном преобразователе при воздействии измеряемой величины х, могут быть представлены в виде связи: . Изменение зазора (или положения сердечника) магнитной цепи преобразователя δ 3 оказывает влияние на магнитное сопротивление Rм, которое связывает значение воздушного зазора (входящего в длину магнитопровода l) и магнитную проницаемость ц зависимостью . где ( — магнитная проницаемость воздуха; S — площадь поперечного сечения магнитопровода. Индуктивность преобразователя определяется отношением полного потокосцепления к силе тока в катушке:
или где w — число витков катушки преобразователя. Полное сопротивление преобразователя при бесконечно малом воздушном зазоре определяется по формуле где R — активная составляющая сопротивления катушки; хM — реактивная составляющая магнитного сопротивления. Зависимость полного сопротивления преобразователя от воздушного зазора приведена на рис. 6.6, а. Одна из особенностей этой зависимости — большая нелинейность. Практически при использовании таких преобразователей линейный участок характеристики ограничен диапазоном где δ зо — значение начального зазора. Нелинейность характеристики и температурные влияния на параметры преобразователя — его основные недостатки. Значительно лучшими свойствами обладают преобразователи, конструкции которых приведены на рис. 6.5, г...е. Характеристи-
ка дифференциального преобразователя линейна в большем, чем у обычного, диапазоне изменения воздушного зазора (рис. 6.6, б). Рабочее изменение зазора в таких преобразователях достигает 0, 3...0, 4 начальной величины. На их параметры меньше оказывает влияние изменение температуры. Индуктивные преобразователи дифференциального типа получили широкое распространение в производстве для измерения линейных и угловых перемещений, уровней жидкостей и др. Магнитоупругие преобразователи. В магнитоупругих преобразователях механическое воздействие на магнитную цепь (маг- нитопровод) приводит к изменению собственной индуктивности. Действие магнитоупругих преобразователей основано на явлении изменения магнитной проницаемости ферромагнитных материалов р при возникновении в них механических напряжений а. Процессы, происходящие при этом в преобразователе, можно представить в следующем виде:
Явление магнитоупругого эффекта может быть различно. В некоторых материалах магнитная проницаемость под действием механического напряжения одного и того же направления может возрастать, а в некоторых — уменьшаться. На рис. 6.7 приведена зависимость магнитной проницаемости ферромагнитного материала от его механической деформации. Конструкции магнитоупругих преобразователей очень разнообразны. Их можно подразделить на две группы. Одна группа объединяет преобразователи, в которых магнитная проницаемость материала изменяется в одном направлении (рис. 6.8, а). К другой группе относятся преобразователи с взаимно перпендикулярным изменением магнитной проницаемости (рис. 6.8, б).
Магнитопровод преобразователя, схема которого показана на рис. 6.8, а, выполнен в виде набора листовой стали. Это необходимо для
уменьшения потерь на перемагничивание при питании измерительной цепи переменным током. Для достижения максимальной чувствительности преобразователя намагничивающий ток в его катушке должен быть наибольшим. В магнитоупругих преобразователях с взаимно перпендикулярным расположением двух катушек (они получили название трансформаторных) магнитный поток катушки ω 1, (рис. 6.8, б) неизменный. Поэтому, сцепляясь с витками катушки ω 2 магнитный поток не наводит в них ЭДС. При механическом воздействии на преобразователь магнитное поле катушки ω 1 деформируясь в направлении большей проницаемости, сцепляется с витками второй катушки ω 2. ЭДС, наводимая во второй катушке, пропорциональна силе механического воздействия, а ее фаза определяется направлением этого воздействия. Причинами погрешностей магнитоупругих преобразователей являются магнитный гистерезис материала, нелинейность зависимостей µ=f1(Ϭ ) и Z=f2(µ), нестабильность (во времени из-за старения) магнитоупругой чувствительности и влияние температуры. В результате суммарного влияния перечисленных факторов погрешность магнитоупругих преобразователей обычно составляет не менее 2 %. Магнитоупругие преобразователи используются в приборах для измерения механических усилий, давлений, вибраций, моментов и др.
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-15; Просмотров: 827; Нарушение авторского права страницы