evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Индуктивные преобразователи Принцип действия н конструкция. Индуктивный преобразователь представляет собой катушку индуктивности (дроссель), полное сопротивление которой изменяется при взаимном относительном перемещении элементов магнитопровода.
Имеются две группы преобразователей: с изменяющейся индуктивностью и с изменяющимся активным сопротивлением. Пример схемы преобразователя первой группы показан на рис. 4.23„д Преобразователь состоит из П.образного магнитопровода 1, на котором размещена катушка 2„и подвижного якоря 3. При перемещении якоря изменяется длина воздушного зазора и, следовательно, магнитное сопротивление, что вызывает изменение индуктивности дросселя. Другая широко используемая модификация (плунжерный преобразователь) показана нэ рис. 4.23, б.
Преобразователь представляет собой катушку 1, из которой может выдвигаться ферро- 148 а1 Рик 4.23 А = жФ/1, (4.95) где тг — число витков; Ф вЂ” пронизывающий ее магнитный поток; 1 проходящий по катушке ток. Ток связан с МДС И соотношением 1 =И1/ . (4.9б) Подставляя (4.9б) в (4.95), получим Х = юэ/я м* (4.97) где Вм = Н1/Ф вЂ” магнитное сопротивление преобразователя. Если пренебречь рассеянием магнитного потока и нелинейностью кривой намагничивания стали, то для преобразователя по схеме рис.
4.23,а магнитное сопротивление 1с,„ = к + 1с = ~ /дгдейст + 2б/дей (4.98) где 1сст — магнитное сопротивление стальных участков магнитопровода; 1ст — длина средней силовой линии по стальным участкам; Цст — их поперечное сечение; д — магнитная проницаемость стали; де = 4п ° 10 т Гн/м — магнитная постоянная; Яз — магнитное сопротивление воздушных зазоров, имеющих длину б и сечение (2. магнитный сердечник 2 (плунжер). При среднем положении плунжера индуктивность максимальна. Схема преобразователя второй группы приведена на рис. 4.23, в. В зазор магнитной цепи 1 вводится пластинка 2 с высокой электропроводностью, в которой наводятся вихревые токи, приводищие к увеличению потерь активной мощности катушки 3. Это эквивалентно увеличению ее активного сопротивления.
Функции преобразования преобразователя рис. 4.23, а с некоторыми допущениями может быть получена следующим образом. Как известно, индуктивность катушки Будем считать Дст = ~2. При этом индуктивность преобразователя А = М2ют/(2Б + / „/дг). (4.99) Если пренебречь активным сопротивлением дросселя„то функция преобразователя„т.
е. зависимость электрического сопротивления Я от размера воздутпного зазора Б, выражается зависи- мостью Х(Б) = / Б = / Ъе0/(2Б + /ет/д„) = '*де 0/2Б . (4.100) В последнем равенстве имеется в виду, что 2Б > /ет/д„вследствие большого значения магнитной проницаемости магннтопровола. График функции преобразования индуктивного преобразователя, приведенного на рис. 4.23, а, показан на рис. 4.24. Под чувствительностью индуктивного преобразователя часто понимают отношение б~/~ Я = 11ш = (1/~) И~/г/Б) . дб- о /тб (4.101) Таким образом, Б = -2/(2Б + 1 /д„) = 1/Б.
(4,102) Индуктивный преобразователь является электромагнитом, его сила притяжения, возрастающая с увеличением чувствительности, нелинейно зависит от перемещения якоря и может явиться причиной погрешности преобразователя, предшествующего индуктивному. Описанные одинарные индуктивные преобразователи имеют ряд недостатков: их функции преобразования нелинейны; адднтивные погрешности, в частности погрешносгь реального преобразователя, вызванная температурным изменением активного сопротивления обмотки, велики; сила притяжения якоря значительна, Этих недостатков лишены дифференциальные преобразователи.
Они состоят из двух одинаковых одинарных преобразователей, которые имеют общий подвижный элемент. Примеры схем таких преобразователей приведены на рис. 4.25. При перемещении якоря одна индуктивность Х,, возрастает, другая Ат — уменьшается. Дифференциальные индуктивные преобразователи включаются в дифференциальные цепи 350 Рис. 4.25 а) г) второго типа. Благодаря использованию этих цепей уменьшается апдитивная погрешность, улучшается линейность функции преобразования, в 2 раза возрастает чувствительность и уменьшается сила притяжения якоря.
Схемы включении. Основными дифференциальными схемами вкляь чения индуктивных преобразователей являются мостовые схемы (рис. 4.26), где в общем случае У~ = Апр + ) ьэА ~ и Уз = Апр +у гсЬз— полные сопротивления секций днфферейциальных индуктивных преобразователей. Сопротивления других плеч могут быль как активными, так и реактивными. В качестве этих плеч могут служить секции двух- обмоточного дросселя (рис. 4.26, в) или трансформатора с двухсекционйой первичной обмоткой (рис.
4.26, г) . 151 Источник питания сг и нагрузка Ян могут меняться месгамн (рис. 4.2б, а и б), при этом чувствительность моста также изменяется. Мосты обычно проектирунп так, что напряжение на измерительной диагонали отсутствует, если на дифференциальный преобразователь не воздействует входная величина и его якорь находится в среднем положении. При этом сопротивления плеч г, ~ и Уз равны между собой, их значения принимаем за Уе.
При перемещении якоря сопротивление одной секции становится равным У~ = Уе + ЬД„сопротивление другой Яз = Уе —,зг",з. Изменения сопротивлений ~Ы, = уыЬА, и Лаз = = 1' ьэЫз, соответствуняцие некоторому перемещению якоря относительно его среднего положения, в общем случае не равны между собой в силу нелинейности функции преобразования. Однако если перемещение мало, то их различия незначительны. Положим, что при малых перемещениях якоря относительно его среднего положения изменение сопротивлений линейно зависит от перемещения якоря х.
При этом (4. 103) Изменения сопротивлений преобразователей обычно невелики, и можно считать, что напряжение на измерительной диагонали моста изменяется пропорционально ЬЕЯ. В этом случае функция преобразования мостовой схемы характеризуется только чувствительностью (4.104) — сх — вых я =у у(лгу ), где С㠄— напряжение на измерительной диагонали при изменении сопротивления преобразователя, равном ьъс. Чувствительность схемы Ясх, как и выходное напряжение Цых, является комплексной величиной.
Ее аргумент определяет фазовый сдвиг напряжения на измерительной диагонали моска относительно напряжения питания. Определим чувствительность для схемы„приведенной на рис. 4.26,4 В режиме холостого хода, когда йя = (4.105) поскольку !ЬЕз!< 1яе + я)з1. Подставив значение (оьых х) в (4.104), получим выражение лля чувствительности схемы в режиме холостого хода: Я „„= 2УЖа/Яе Е 1т) (4.10б) Когда сопротивление нагрузки Я„соизмеримо с другими сопротивлениями цепи, для определения чувствительности Я „нужно определить напряжение на Ян.
Согласно теореме об активном двухполюснике это 152 Рид 4.27 напряжение (рис. 4.27, а) (4.107) (7 „= (7„А„/(Я„+ У1), Лсх = ЦЩ(4+71н)П'(ЖЯе) = (-сх)х н~(-1 н)' (4.108) Преобразовав схему моста (рнс. 4.2б, а), как показано на рис. 4.27, б, получим (4.109) Подставив значения с ~ =Яе + АЯ и Яз = Уе — ЬУ и проведя алгеб. раические преобразования, в ходе которых считаем Я Уз ! < ( (Я + Уе) з ! и поэтому пренебрегаем значением ЬУз, получим Уг = 2К~Я/(У~ + Я). (4.110) Следовательно, чувствительность схемы при включенном сопротивлении нагрузки Ян тиЫонн — сх (к + ~а1(э~он + кн(к +ЯоН (4.111) Аналогично можно определить выражения для чувствительности друг(1х схем.
Например, чувствительность схемы рис. 4.26, б в режиме холостого хода 8 =Ц2 (4.112) не зависит от параметров цепи. 153 где У; — сопротивление мостовой цепи со стороны нагрузки между точ.- ками а — Ь при закороченном источнике напряжения (точки с — б на рис. 4.26, б). Подставив (4.107) н (4.104), получим Из (4.105) следует, что напряжение на выходе моста Цма пропорционально Ь~.
При изменении знака Ь2 с плюса на минус также изменяет знак напряжение С~„х. Для переменного напряжения это соответствует изменению его фазы на 180'. Можно показать, что чувствительность схем, приведенных на рис. 4.26, н„может быть выше, чем чувствительность рассмотренных схем. В схеме рис. 4.26, г имеется возможность согласования сопротивления нагрузки с выходным сопротивлением моста; цепи питания моста и нагрузки гальванически не соединены. Погрешносп индуктивных преобразователей. Температурная погрешность индуктивных преобразователей в основном обусловлена изменением активной составляющей их сопротивления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
