Метрологические характеристики приборов с дифференциально-трансформаторной измерительной схемой
Метрологические
характеристики приборов с дифференциально-трансформаторной измерительной схемой
1. Дистанционная передача измерительной информации
Для дистанционной передачи измерительной информации широко применяют
электрические системы с электромеханическими преобразователями, входная
электрическая величина которых определяется положением их подвижных частей.
Такие преобразователи, наряду с простотой их устройства и высокой надёжностью,
позволяют преобразовать многие технологические параметры в электрический
сигнал. К таким параметрам относятся: линейное и угловое перемещения, скорость
и ускорение перемещаемых изделий, давление, разрежение, расход, уровень
жидкости и т.д.
Большое распространение в системах дистанционного контроля получил дифференциально-трансформаторный
преобразователь (ДТП), который представляет собой два совмещённых
трансформатора с общим подвижным якорем (рис. 1) [1, 2, 3].
Рис. 1. Общий вид цилиндрического ДТП (а); схема соединения его
обмоток (б)
дифференциальный
трансформаторный преобразователь дистанционный
Принцип
действия ДТП основан на изменении взаимоиндуктивности двух систем обмоток при
перемещении элемента магнитопровода.
На пластмассовой катушке размещены одна первичная W1 и две вторичные W2, W3 обмотки.
Катушка заключена в цилиндрический стальной кожух-магнитопровод для защиты от
внешних магнитных полей. Первичная обмотка размещена равномерно по всей длине
катушки. К её концам 1 и 2 подводится напряжение питания
переменного тока. Вторичные обмотки выполнены в виде секций, каждая из которых
занимает половину катушки по длине, имеют одинаковое число витков и включены
встречно.
Внутри катушки находится плунжер 2 измагнито-мягкого железа,
который по длине меньше катушки. Через шток - Ш плунжер связан с чувствительным
элементом, перемещение которого зависит от измеряемого параметра.
При питании обмотки W1 переменным
напряжением U создаётся
магнитный поток Ф1, охватывающий обе вторичные обмотки, и потоки Ф2
и Ф3, связанные с обмотками W2 и W3 соответственно.
Во вторичных обмотках индуцируется ЭДС.
E2 = 4,44f ∙W2(Ф1 + Ф2) иE3 = 4,44f ∙W3(Ф1 + Ф3)
где f - частота питающей сети; W2,W3 - число витков соответствующих
обмоток.
Если плунжер 2 находится в среднем положении, то ЭДС Е2=
Е3 и при последовательном и встречном соединениях вторичных
обмоток на зажимах 3 и 4 напряжение будет равно нулю, т. е. ∆Е
= Е2-Е3 = 0.
Если плунжер сместится из среднего положения, равенство Ф2 = =
Ф3 нарушится, и на зажимах 3 и 4 появится
результирующая ЭДС. Величина этой ЭДС будет зависеть от величины смещения
плунжера, а фаза - от направления его смещения.
2. Дифференциально-трансформаторная система дистанционной
передачи показаний
В схему входят две одинаковые катушки ДТ1 (установленная в
датчике) и ДТ2 (установленная во вторичном приборе).
Рис. 2. Принципиальная схема
дифференциально-трансформаторной системы передачи показаний
Если сердечник катушки ДТ1 находится в среднем положении, то ∆Е1
= 0. Если сердечник катушки ДТ2 находится в среднем положении, то ∆Е2
= 0. Следовательно, напряжение ∆Е на входе электронного усилителя
А вторичного прибора будет равно нулю, так как, ∆Е = Е1
- -Е2 = 0. Система находится в состоянии покоя.
При смещении сердечника датчика от среднего положения в измерительной
схеме под действием напряжения ∆Е возникает ток. Величина напряжения
этого тока является функцией перемещения сердечника ДТ1, а его фаза
- функцией направления смещения. Величина ∆Е усиливается
усилителемА и поступает на обмотку управления двигателя М.
Последний, вращая кулачок К, будет перемещать сердечник катушки ДТ2
вторичного прибора до тех пор, пока индуцируемое напряжение ∆Е2
не станет равным напряжению∆Е1. Одновременно с
кулачкомК передвинется и стрелка прибора, связанная гибкой связью с
электродвигателем М. Таким образом, каждому положению сердечника ДТ1
датчика будет соответствовать определённое положение сердечника ДТ2
прибора, а, значит, и положение стрелки.
Для установки начальной (нулевой) отметки шкалы в приборе предусмотрена
обмотка W4 , шунтированная резистором R1. Если сердечник находится в нижнем положении, а
стрелка прибора не устанавливается на нулевую отметку шкалы, осуществляется
регулировка цепи перемещением движка R1.
Исправность прибора проверяют с помощью кнопки контроля S, при замыкании которой цепь
вторичной обмотки ДТ1 отключается и на вход усилителя подается
сигнал со вторичной обмотки ДТ2. В этом случае М установит
указатель в среднее положение, отмеченное на шкале прибора, при котором ∆Е2
= 0. Если при этом стрелка не устанавливается в указанное положение, прибор
настраивают перемещением катушек относительно сердечника ДТ2.
Резистор R2 выполняется медным для компенсации температурных
погрешностей вторичной обмотки прибора.
Для дистанционной передачи давления применяют манометры МЭД, снабженные
ДТП [1, 2]. Упругим чувствительным элементом манометра является трубчатая
пружина (трубка Бурдона), закрепленная на держателе, на котором находится
планка с ДТП. Внутрь трубки Бурдона подводится измеряемое давление. Трубка
разгибается и перемещает закрепленный на ее конце плунжер.
Литература
1. Волынский В.А. и др.
Электротехника /Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е. Шатерников: Учеб.пособие для
вузов. - М.: Энергоатомиздат, 2007. - 528 с., ил.
. Касаткин А.С., Немцов
М.В. Электротехника: Учеб.пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. - М.:
Энергоатомиздат, 2009. - 440 с., ил.
. Основы промышленной
электроники: Учебник для неэлектротехн. спец. вузов /В.Г. Герасимов, О М.
Князьков, А Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков; под ред. В.Г. Герасимова. - 3-е
изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 200 - 336 с., ил.
. Электротехника и
электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн.1. Электрические и магнитные
цепи. - М.: Высшаяшк. - 2006 г.
. Электротехника и
электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн.2. Электромагнитные
устройства и электрические машины. - М.: Высшаяшк. - 2007 г.