книга в верде после распозна (1024283), страница 25

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 25)

Верхняя частота рабочего диапазона определяется увеличением чув­ствительности вследствие механического резонанса. Она довольно вы­сока. Имеются преобразователи с верхней частотой рабочего диапазо­на 80 кГц.

0

В измерительной цепи внешними электромагнитными полями может наводиться паразитная ЭДС. Эта переменная ЭДС создает погрешность. Для защиты от полей измерительная цепь экранируется и датчик соеди­няется с вторичным преобразователем с помощью экранированного кабеля. Однако нестабильность параметров кабеля, например изменение его емкости, обусловленное изгибом, вызывает изменение чувствитель­ности в соответствии с формулой (4.94) и вносит погрешность.

При изгибах кабеля он может расслаиваться. На расслоенных по­верхностях вследствие трения образуются электрические заряды. Пере­мещение заряженных поверхностей под действием вибрации кабеля приводит к появлению некоторой переменной ЭДС. Погрешность, обусловленная вибрацией кабеля, может быть значительно уменьшена применением специальных антивибрационных кабелей."

Нестабильность измерительной цепи может быть вызвана повыше­нием влажности воздуха или резким изменением его температуры. При этом происходит увлажнение изоляции, что приводит к уменьшению сопротивления R в эквивалентной схеме рис. 4.22, а. Изменение R вызывает изменение чувствительности и дополнительную частотную погрешность.

Изменение температуры пьезоэлемента вызывает также изменение его пьезоэлектрического модуля и чувствительности. Наиболее стабиль­ным пьезоэлектрическим материалом является кварц.

Погрешность преобразователя может быть вызвана также несовер­шенством пьезоэлектрических материалов: гистерезисом характеристи­ки и ее нелинейностью.

Если в преобразователе действуют силы, перпендикулярные оси чув­ствительности пьезоэлемента, то возможна погрешность, обусловлен­ная поперечным пьезоэффектом.

4.2.5. Индуктивные преобразователи

Принцип действия и 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, а. Преобразователь состоит из П-образного магнито­провода 1, на котором размешена 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 на рис. 4.23, б. Преобразователь представляет собой катушку 1, из которой может выдвигаться ферро-

0

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, приводящие к увели­чению потерь активной мощности катушки 3. Это эквивалентно увели­чению ее активного сопротивления.

Функция преобразования преобразователя рис. 4.23, а с некоторыми допущениями может быть получена следующим образом. Как известно, индуктивность катушки

L = и>Ф//, (4.95)

где w — число витков; Ф — пронизывающий ее магнитный поток; / — проходящий по катушке ток.

Ток связан с МДС Ш соотношением

/ = Hl/w. (4.96)

Подставляя (4.96) в (4.95), получим

L = w2/RM, (4.97)

гдеЛм =Н1/Ф — магнитное сопротивление преобразователя.

Если пренебречь рассеянием магнитного потока и нелинейностью кривой намагничивания стали, то для преобразователя по схеме рис. 4.23, а магнитное сопротивление

Лм = Лст + Лз = lcM^Qn + 25/лое, (4.98)

где RCt — магнитное сопротивление стальных участков магнитопровода; 'ст — длина средней силовой линии по стальным участкам; QCT — их поперечное сечение; цг — магнитная проницаемость стали; ц0 = = 477 • 10"7 Гн/м — магнитная постоянная; R3 — магнитное сопротивле­ние воздушных зазоров, имеющих длину б и сечение Q.

Ц 149

z

Будем считать (2ст = Q- При этом ин­дуктивность преобразователя

L = »oQw2l(28 + ljnr).

(4.99)

Рис 4.24

д

Если пренебречь активным сопротив­лением дросселя, то функция преобра­зователя, т. е. зависимость электриче­ского сопротивления Z от размера воз­душного зазора б, выражается зависи­мостью

Z(5) = juL = ycoW ii0Ql (25 + ljfir) * juw2n0QI28 .

(4.100)

В последнем равенстве имеется в виду, что 28 > /ct/jV вследст­вие большого значения магнитной проницаемости магнитопровода. График функции'преобразования индуктивного преобразователя, при­веденного на рис. 4.23,а, показан на рис. 4.24.

Под чувствительностью индуктивного преобразователя часто пони­мают отношение

AZ/Z

S= lim - = (\jZ)(dZld8). (4.101)

Д5->0 До

Таким образом,

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; аддитивные по­грешности, в частности погрешность 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 Li возрастает, другая L2 — уменьшается. Дифференциальные ин­дуктивные преобразователи включаются в дифференциальные цепи 150

S = -2/(25 + ljnr) * 1/5.

(4.102)

Рис. 4.25

s)

Рис. 4.26

второго типа. Благодаря использованию этих цепей уменьшается адди­тивная погрешность, улучшается линейность функции преобразова­ния, в 2 раза возрастает чувствительность и уменьшается сила притя­жения якоря.

Схемы включения. Основными дифференциальными схемами вклю­чения индуктивных преобразователей являются мостовые схемы (рис. 4.26), где в общем случае Zi = i?np + jcoLt и Z2 = Rnp +jcoL2 — полные сопротивления секций дифференциальных индуктивных преоб­разователей. Сопротивления других плеч могут быть как активными, так и реактивными. В качестве этих плеч могут служить секции двух-обмоточного дросселя (рис. 4.26, в) или трансформатора с двухсекцион­ной первичной обмоткой (рис. 4.26, г).

0

Источник питания U и нагрузка RH могут меняться местами (рис. 4.26, а и б), при этом чувствительность моста также изменяется.

Мосты обычно проектируют 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 Zi и Z2 равны между собой, их значения принимаем за Z0. При перемещении якоря сопротивление одной секции становится равным Zi =Z0 + AZi, сопротивление другой Z_2 =_Zo - AZ2. Изменения сопротивлений AZt = j coAZ- г и AZ2 = = /соДХ2, соответствующие 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

AZl = AZ2 = AZ. (4.103)

Изменения сопротивлений преобразователей обычно невелики, и мож­но считать, что напряжение на измерительной диагонали моста изменяет­ся пропорционально AZ/Z. В этом случае функция преобразования мо­стовой схемы характеризуется только чувствительностью

*сх = ияыхН&2/2о), (4-104)

где JJBUX — напряжение на измерительной диагонали при изменении со­противления преобразователя, равном AZ.

Чувствительность схемы J?Cx> как и выходное напряжение иВЫх> является комплексной величиной. Ее аргумент определяет фазовый сдвиг напряжения на измерительной диагонали моста относительно на­пряжения питания. Определим чувствительность для схемы, приведенной на рис. 4.26, а. В режиме холостого хода, когда RH = °°,

Д,ых, K = uRi(z* +R) - rnnzi +r) =

= 2URAZI[(Z0 +R)2 + AZ2] «

» 2URAZ/ (Z0 +R)2, (4.105)

поскольку \AZ2\< |(Z0 + R)2\.

Подставив значение (С&ых> x) в (4.104), получим выражение для чувствительности схемы в режиме холостого хода:

5сх> х = 2URZ0I(Z0 + R)2. (4.106)

Когда сопротивление нагрузки RH соизмеримо с другими сопротив­лениями цепи, для определения чувствительности Scx нужно определить напряжение на RH. Согласно теореме об активном двухполюснике это

152

а

Рис. 4.27

напряжение (рис. 4.27, а)

йых-£А/<«н+£|). (4Л07)

где Z\ — сопротивление мостовой цепи со стороны нагрузки между точ­ками а — Ъ при закороченном источнике напряжения (точки с — d на рис. 4.26,6).

Подставив (4.107) в (4.104), получим

*сх = \URJ(zi+RH)]i{bZiz0) =

* <Scx)xRj(Zi+RH). (4.108)

Преобразовав схему моста (рис. 4.26, а), как показано на рис. 4.27, б, получим

Z{ =ZlRI(Zl + R) +Z2RI(Z2 + R). (4.109)

Подставив значения^! =Z0 + AZ и Z2 = Z0 - AZ и проведя алгеб­раические преобразования, в ходе которых считаем | AZ21 < \ (R +_Z0) 21 и поэтому пренебрегаем значением AZ2, получим

Zf = 2Z0RKZ0 + R). (4.110)

Следовательно, чувствительность схемы при включенном сопротив­лении нагрузки RH

2URZ0RH

Scx = -=^- . (4.111)

_сх (Я + Z0)[2Z0R + RH(R +Z0)]

Аналогично можно определить выражения для чувствительности дру­гих схем. Например, чувствительность схемы рис. 4.26, б в режиме хо­лостого хода

1CX,X = UI2 (4.112)

не зависит от параметров цепи.

0

Из (4.105) следует, что напряжение на выходе моста иъых пропор­ционально AZ. При изменении знака AZ с плюса на минус также изме­няет знак напряжение ивых- Для переменного напряжения это соответ­ствует изменению его фазы на 180°.

Можно показать, что чувствительность схем, приведенных на рис. 4.26, в, 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.

Погрешность индуктивных преобразователей. Температурная погреш­ность индуктивных преобразователей в основном обусловлена измене­нием активной составляющей их сопротивления. Эта погрешность адди­тивна и уменьшается в случае применения мостовых схем. Кроме того, при изменении температуры изменяется магнитная проницаемость стали, что приводит к некоторому дополнительному изменению аддитивной и мультипликативной погрешностей.

При изменении напряжения питания меняется магнитная проница­емость магнитопровода преобразователя, а следовательно, его сопро­тивление и чувствительность. Изменяется также чувствительность мос­товой измерительной цепи. Изменение сопротивления приводит к ад­дитивной погрешности и компенсируется мостовой цепью. Изменение чувствительности создает мультипликативную погрешность. Для ее уменьшения либо стабилизируют напряжение источника питания мос­та, либо применяют компенсационные схемы измерения.

Изменение частоты питающего напряжения приводит к изменению сопротивления резисторов, включенных в мост, и меняет чувствитель­ность. Малую погрешность имеют мостовые схемы (рис. 4,26,6), у ко­торых чувствительность в режиме холостого хода 5СХХ не зависит от параметров цепи. У других схем для уменьшения погрешности нужно стабилизировать частоту питающего напряжения.

Характеристики

Список файлов книги