metodichka (Метода с пятью лабораторными работами по дисциплине Тех. измерения и приборы), страница 4

Подставляя в 7 получим:

(8)

Рисунок 5

Из (8) видно, что модуль напряжения U₂ пропорционален модулю изменения полного сопротивления обмотки, а по фазе он опережает вектор питающего напряжения на угол λ = ^ф∆ - ^ф0. Так как в общем случае при изменении ∆δ при решении ∆Z не пропорционально ∆Х, то при перемещении якоря угол λ не остаётся постоянным. Однако, у индуктивного преобразователя, использованного в работе, это изменение мало. При изменении U₂ электронным вольтметром с большим входным по сравнению с выходным сопротивлением моста его показания будут пропорциональны ∆Z (при постоянном напряжении питания). Вольтметр не будет учитывать направление перемещения якоря.

Если же измерение производится фазочувствительным измерителем, то его показания будут зависеть не только от значения ∆Z, но и от угла ф – сдвига фаз между напряжений и управляющим напряжением фаз о чувствительного измерителя . Максимального отключения указателя измерителя при заданной расстройте моста можно добиться отрегулировав фазу напряжения так, чтобы она совпадала с фазой напряжения изменение направления перемещения якоря вызывает изменение знака отклонения указателя фазочувствительного измерителя.

А теперь остановимся на явлениях, которые при рассмотрении работы преобразователя в мостовой схеме в первом приближении мы не учитывали.

Во-первых, нелинейность сопротивления обмоток Z₁ и Z₂ Нелинейность Z₁ и Z₂ приводит к тому, что при питании моста чисто синусоидальным напряжением выходное напряжение содержит высшее нечётные гармоники. В случае применения нефазочувствительного измерителя они создают нелинейность характеристики U₂ = f(∆δ) и некоторое остаточное напряжение при ∆δ = 0.

Во-вторых, не идентичность половин сдвоенного преобразователя. Это приводит к тому, что даже по основной гармонике мост нельзя уравновесить перемещением якоря. Это иллюстрируется векторной диаграммой Рисунок6, построенной в предложении, что при X₁=X₂ и R₁=R₂ имеет место состояние r₁ > r₂

Рисунок 6

Пунктирной линией показа годограф вектора основной гармоники напряжения при перемещении якоря. При больших значениях ∆δ вектор почти совпадает по направлению с вектором напряжения (например, при +∆δ) или же сдвинут по отношению к нему почти на 180 (при -∆δ). С уменьшением ∆δ и прохождением точки

∆δ = 0 вектор изменяется по величине и совершает поворот, но никогда не достигает нулевого значения. При некотором положении якоря вектор сдвинут по отношению к на 90° и Iср.= 0. Как это следует из формулы (1). Заметим, что асимметрию r₁ > r₂ при х₁ = х₂ можно устранить введением дополнительного активного сопротивления R_A (Рисунок 4) последовательно c Z₂ (так и сделано в лабораторной установке).

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ. ИЗМЕРИТЕЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Измеритель перемещения состоит из моста с дифференциальным индуктивным преобразователем и фразочувствительного измерителя. В нем осуществляется последовательное преобразование перемещения якоря ∆δ в изменение сопротивления обмоток датчика ∆Z, затем ∆Z мостовой схеме преобразуется в напряжение U₂, и наконец, в фразочувствительном измерителе проходит преобразование напряжения U₂ в величину постоянного тока Iср. Следовательно, измеритель перемещения может быть представлен в виде последовательного соединения звеньев: индуктивный преобразователь – мост –фазочувствительный измеритель.

Каждое звено имеет свои входные и выходные величины и следовательно, свою функцию преобразования. Если функция преобразования линейна, то коэффициент преобразования постоянен во всём диапазоне измерения входной величины и определяется отношением выходной величины к входной.

Если функция преобразования не линейна, то чувствительность определяется на малом участке изменения входной величины.

Введём следующие обозначения:

S_ип – коэффициент преобразования индуктивного преобразователя;

S_m - коэффициент преобразования моста

S_ф- коэффициент преобразования фазочувствительного измерителя.

Для исследуемо го преобразователя

S_ип = (∆Z/Z₀)/∆δ (9)

для моста при малых значениях ∆Z/Z₀

(10)

для фазочувствительного измерителя из (1)

При больших значениях ∆δ, когда ф близко к или 180°

(11)

При последовательном соединении звеньев коэффициент преобразования измерительного устройства определяется произведением коэффициентов преобразования звеньев.

При постоянном напряжении питания выходной прибор измерителя может быть проградуирован непосредственно в величинах перемещения якоря. Если выходной прибор градуирован в единицах тока, то может быть получена градуированная кривая, выражающая функцию преобразования измерительного устройства Iср= f(∆δ). Если известны параметры индуктивного преобразователя, моста и фазочувствительного измерителя, то градуировочную характеристику измерительного устройства можно рассчитать. Зная Z₀ и значения ∆r и ∆х для каждого значения ∆δ, можно построить кривую зависимости

(12)

Формула (7) позволяет найти зависимость подставляя сюда значения ∆Z и Z₀, получим U₂=f(∆δ) и ток в измерителе равен: I_cp=S_фU₂

8. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ.

Система измерительная электрическая предназначена для контроля малых линейных перемещений. Чувствительным элементом системы является индуктивный преобразователь. Преобразователь совместно с входным устройством, усилителем и демодулятором образует измерительную часть системы, преобразующую механическое перемещение измерительного наконечника преобразователя в аналоговый сигнал постоянного напряжения пропорциональный этому перемещению. Система работает как с каждым преобразователем отдельно, так и с обоими одновременно. В последнем случае осуществляется алгебраическое суммирование обоих измерительных наконечников. Род работы устанавливается соответствующим переключателем, осуществляющим коммутацию каналов измерения.

Для удобства использования системы, в электронном блоке имеется узел электрического смещения нуля. Выбор того или иного предела измерений устанавливается с помощью переключателей.

Все детали установки для исследования индуктивного преобразователя смонтированы на двух гетинаксовых панелях, расположенных непосредственно на стенде. Монтажная схема установки показана на Рисунке 3 и 7 (находится в лаборатории).

Ниже описываются отдельные узлы установки.

1.Резисторы R₁ и R₂ предназначены для включения преобразователя в мостовую схему Рисунок 7

2. Делитель напряжения R₃ , R₄ предназначен для уменьшения напряжения, подаваемого на вход фазочувствительного измерителя при исследовании мостовой схемы.

3.Ёмкость С и резистор R предназначены для измерения составляющего комплексного сопротивления обмоток преобразователя.

4.Делитель напряжения R₅ ,R₆ служит для уменьшения напряжения, подаваемого на вход фазочувствительного измерителя при измерении составляющих комплексного сопротивления обмоток преобразователя.

5. Фазочувствительный измеритель собран на диодах Д₁ - Д₄ по двухполупериодной схеме. Опорное напряжение поступает с эмиттерного повторителя на транзисторе Т₁, а измеряемое – с трансформатора Тр₂.

Балансировка фазочувствительного измерителя, т.е. обеспечение равенства нулю тока микроамперметра при наличии опорного и отсутствии измеряемого напряжений, осуществляется посредством реостата R₈ .Магнитоэлектрический микроамперметр имеет шкалу с нулём посередине и ток полного отклонения ±100мкА.

Измеряемое напряжение подводится к фазочувствительному измерителю через эмиттерный повторитель на транзисторе Т₂, трансформатор Тр₂ и резистор R₁₃. Эмиттерный повторитель служит для согласования по сопротивлениям фазочуствительного измерителя и источника измеряемого напряжения. Вторичная обмотка трансформатора Тр₂ имеет малое сопротивление, что фазочуствилельного выпрямителя с помощью реостата R₈. Поэтому в схему включён резистор R₁₃.

6. Разделительной трансформатор Тр₃ совместно с Тр₁ и Тр₂ обеспечивает возможность получения общей точки ("земли") звуквого генератора, лампового вольтметра и источника питания эмиттерных повторителей. Этим обеспечивается уменьшение влияния помех. Все трансформаторы имеют экран между первичной и вторичной обмотками.

Первичные обмотки трансформаторов Тр_З и Тр₁ подключаются к выходу звукового генератора. Ко вторичной обмотке Тр₃ подключается цепочка Z₁, Z₂, R, С или мостовая схема с индуктивным преобразователем.

9. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

Определение изменения относительного профиля поверхности, кольца упорного подшипника, с обратной к беговой дорожке стороны по центральной линии.

1. Выбрать начальный (нулевой) сектор кольца.

2. Установит кольцо подшипника на столик измерительной станции.

3. Включить питание.