книга в верде после распозна (1024283), страница 26
Текст из файла (страница 26)
При перемешении якоря преобразователя изменяется выходное напряжение моста. При среднем положении якоря должно быть UBbIX = = 0. Однако практически имеется небольшое напряжение, что приводит к аддитивной погрешности измерительного моста. Для балансировки мостов переменного тока необходима раздельная регулировка действительной и мнимой составляющих его выходного напряжения. В мостах с индуктивными преобразователями одна составляющая регулируется перемещением якоря преобразователя, другая — путем регулировки других сопротивлений (например, сопротивлений R в схеме рис. 4.26,а). Если регулировка сделана недостаточно тщательно, то изменением положения якоря нельзя полностью сбалансировать схему.
Другая причина погрешности моста заключается в том, что в питающем напряжении помимо напряжения с основной частотой имеются составляющие с кратными частотами и с частотой промышленной сети. Реальный мост переменного тока, питающийся таким напряже-154 нием, полностью сбалансировать трудно вследствие наличия несбалансированных составляющих с частотами, отличными от основной.
Для уменьшения погрешности, обусловленной остаточным разбалансом моста, используется фазочувствительный выпрямитель. Его средний выходной ток
/ = kUcosv, (4.113)
где U — подаваемое на вход напряжение; <р — фазовый угол между измеряемым и управляющим напряжением; к — коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров выпрямителя.
Прибор проектируется так, чтобы напряжение разбаланса моста, вызванное перемещением якоря преобразователя, было в фазе с управляющим напряжением, а напряжение, вызванное плохим подбором сопротивлений, было сдвинуто на угол у = я/2. При этом выходной ток выпрямителя будет определяться только перемещением якоря индуктивного преобразователя.
Фазочувствительный выпрямитель выпрямляет напряжение, имеющее ту же частоту, что и управляющее напряжение, и частоту его нечетных гармоник. Это значительно уменьшает аддитивную погрешность, вызванную наличием высших гармоник в напряжении питания моста.
4.2.6. Трансформаторные преобразователи
Принцип. действия и конструкция. Трансформаторный преобразователь представляет собой трансформатор, у которого под влиянием входного сигнала изменяется взаимная индуктивность, что приводит к изменению вторичного, выходного напряжения.
Различают два вида трансформаторных преобразователей: с изменяющимся магнитным сопротивлением и с постоянным магнитным сопротивлением и подвижной обмоткой.
Преобразователи первого вида конструктивно аналогичны индуктивным преобразователям и отличаются тем, что вместо одной имеют две обмотки. Так, например, преобразователь (рис. 4.28,а) состоит из П-образного магнитопровода 1, подвижного якоря 2 и двух обморок wj и w2. При изменении воздушного зазора б изменяются магнитное сопротивление RM и взаимная индуктивность М- . При этом изменяется вторичная ЭДС
Е2 = i<x>MIx. (4.114)
Как известно, коэффициент взаимоиндуктивности представляет собой коэффициент пропорциональности между потокосцеплением вторичной обмотки и>2Ф2 и током первичной обмотки/]:
М= w2<&2/I1. (4.115)
0
Рис. 4.28
Ток катушки возбуждения Л связан с ее МДС Ft законом полного тока
h = Fi/wi, (4.116)
где Wj —число витков первичной обмотки. Из последних равенств следует
Jl= w,w2«l>2/F, = w,w2/K*, (4.117)
где R*M = //1/Ф2 — взаимное магнитное сопротивление.
Если рассеяние магнитного потока мало и можно считать, чт8 Ф! = = Ф2,тоЛ*=Лм.Из (4.114)-(4.117) следует
Е2 = /cjw1w2/,/Rm. (4.118)
Магнитная цепь трансформаторного преобразователя аналогична магнитной цепи индуктивного преобразователя (рис. 4,28,а). Поэтому, подставив выражение (4.98) в (4.118), можно получить его функцию преобразования
Ег = j^wxw2h^Q\{lb + ljur). (4.119)
Пренебрегая магнитным сопротивлением стали (?СТ/МГ ^ 26), получим
Е2 = /со WiW2/iMo£/2S. (4.120)
По выражениям (4.119) и (4.120) можно определить Е2, если ток возбуждения _/] не зависит от перемещения якоря. Однако если преобразователь подключить к источнику с постоянным напряжением
156
U1. то при уменьшении, например, воздушного зазора б возрастают индуктивность первичной обмотки Lx и сопротивление, первичной цепи jcjL i, что ведет к уменьшению тока 1\ и вторичной ЭДС Е2. Она будет меньше, чем рассчитанная по выражениям (4.119), (4.120).
Большей стабильностью первичного тока обладает дифференциальный преобразователь (рис. 4,28 б). У этого преобразователя первичные обмотки соединены последовательно и подключены к источнику переменного напряжения с постоянным значением Ui, а вторичные включены встречно. Для упрощения анализа можно считать, что дифференциальный преобразователь состоит из двух простых. При перемещении якоря сопротивление первичной обмотки Zj одного простого преобразователя возрастает, а другого Z2 — примерно на столько же уменьшается. В целом сопротивление первичной цепи остается почти без изменений, а ток_/j — постоянным и равным
Ii = UxKZx + Z2) « Uil(2ju>l0). (4.121)
Индуктивность первичной обмотки L 0 определяется согласно (4.99). Если пренебречь магнитным сопротивлением стали Qcrlp-r < 2б0), то
Ь * Urfo/foiwlnoQ, (4.122)
где и>! — число витков первичной обмотки; 80 — воздушный зазор при среднем положении якоря.
ЭДС дифференциального преобразователя равна разности ЭДС одинарных:
Е2 =Е21 -Е22. (4.123)
Подставив (4.120) в (4.123) и учтя (4.122), получим функцию преобразования дифференциального трансформаторного датчика (рис. 4.28, с?):
Е2 = Цш w1w2HoQ/8l)J1 - (/со wivv2^og/S;,)/, = = (1/2) (w2/wi)j/iSo 0/(бо - Аб) - 1/(б0 + Дб)) *
(wz/w^UiAd/do, (4.124)
где 6i = 60 — Дб и 62 = 60 + Дб, Дб — смещение якоря относительно его среднего положения.
Функция преобразователя дифференциального трансформаторного преобразователя линейна при б2, > Дб2.
0
Чувствительность преобразователя
S_ = Е2/А5 = (1/б0) (w2/wl)Ul (4.125)
пропорциональна питающему напряжению Ut.
Свойства дифференциальных трансформаторных преобразователей аналогичны свойствам соответствующих индуктивных преобразователей.
К преобразователям с постоянным магнитным сопротивлением н подвижной обмоткой относятся ферродинамические трансформа-горные преобразователи и вращающиеся трансформаторы.
Схема ферродинамического преобразователя угла поворота приведена на рис. 4.28, в. Он состоит из П-образного магнитопровода 1 с полюсными наконечниками 2. На магнитопроводе помещена обмотка возбуждения wt. Вторичная подвижная обмотка w2 помещена между полюсными наконечниками. Внутри обмотки w2 для уменьшения магнитного сопротивления вставляется цилиндрический ферромагнитный сердечник 3. Воздушныйвзазор между сердечником и полюсными наконечниками одинаков, также одинакова в воздушном зазоре и магнитная индукция.
Обмотка wt включается в цепь переменного напряжения, имеющего частоту со, и создает магнитный поток. Часть его проходит через обмотку и наводит в ней ЭДС Е2. При повороте обмотки наведенная ЭДС изменяется.
Согласно закону Кирхгофа напряжение Ц\, приложенное к первичной обмотке wt, равно
С/, = Ех +J1R1 = /ыи^Ф, (4.126)
где Ех — ЭДС самоиндукции; Фг — магнитный поток, создаваемый обмоткой и^; Ri — ее активное сопротивление.
Если это сопротивление пренебрежимо мало и напряжение уравновешивается ЭДС Ег, то
Ф, = C/,//cj м>1. (4.127)
Часть этого потока проходит через вторичную обмотку w2
Ф2 = 2аФ,/тг, (4.128)
где а - угол поворота рамки (рис. 4.28, в) и наводит в ней ЭДС
Е2 = /со w2<i>2 = (го/яХ^г/и;,)^,. (4.129)
Отсюда видно, что ЭДС вторичной обмотки пропорциональна углу а.
0
Первичный преобразователь
5) \_Bjpopi^Hbi^n£eofpa^^me£b__|
и.
Первичный преобразователь
Вторичный реодразователь j
в) L Рис. 4.29
Схемы включения трансформаторных преобразователей. Вторичное напряжение трансформаторного преобразователя может быть измерено любым вольтметром переменного токае соответствующим пределом измерения (рис. 4.29,а). Эта схема отличается простотой, но применяется редко, поскольку напряжение U2 и, следовательно, показания прибора зависят от первичного напряжения U±. Кроме того, напряжение U2 зависит от выходного сопротивления преобразователя ZBMX. Выходное напряжение
U2 = Е2 - J2Z вых'
(4.130)
где Е2 — выходная ЭДС преобразователя; _[2 — ток, потребляемый вольтметром.
0
С изменением температуры, частоты питающего напряжения и по другим причинам выходное сопротивление может изменяться. Это приводит к погрешности. Погрешность может возникнуть также и вследствие изменения параметров линии связи между преобразователем и вольтметром. Очевидно, что погрешность уменьшается с уменьшением тока, потребляемого вольтметром.
Лучшими метрологическими характеристиками обладает схема, показанная на рис. 4.29,6. Здесь вторичным преобразователем служит ферродинамический измерительный механизм, отличающийся от обычных механизмов этой системы тем, что у него нет пружины, создающей противодействующий момент. Обмотка возбуждения wt питается тем же напряжением, что и обмотка первичного трансформаторного преобразователя. Обычно зто напряжение промышленной сети. Измеряемое напряжение подводится к подвижной рамке w2.
Вращающий момент ферродинамического механизма пропорционален току_/2, протекающему в рамке w2, и направлен так, чтобы его уменьшать. Вращающий момент стремится повернуть рамку w2. Она поворачивается и устанавливается в таком положении, когда ее ЭДС определяемая выражением (4.129), уравновесит выходную ЭДС Е2 первичного преобразователя. Показания прибора, построенного по этой схеме, мало зависят от питающего напряжения и его частоты, поскольку при их изменении одинаково изменяются как выходная ЭДС Е2 первичного преобразователя, так и ЭДС ферро динамического механизма £2 к-
В рассуждениях, приведенных выше, пренебрегают моментом трения ферродинамического механизма. Вследствие трения показание прибора может установиться, когда вращаюший момент сравняется с моментом трения. При этом по рамке будет течь некоторый остаточный ток и показания прибора будут содержать погрешность. Поскольку остаточный ток_/2 зависит от сопротивлений выходной цепи преобразователя, то показания прибора в некоторой степени также зависят от этого сопротивления, однако эта зависимость меньше, чем для предыдущей схемы.
Еще меньшую погрешность имеют автоматические компенсаторы. Принципиальная схема одного из них приведена на рис. 4.29,е. Он включает в себя усилитель переменного тока, ферродинамический преобразователь угла ФП и реверсивный двигатель РД, Вал последнего через редуктор связан с подвижной обмоткой ферродинамического преобразователя и с устройствами отсчета, регистрации и регулирования измеряемой величины.
На вход усилителя подается разность ЭДС первичного преобразователя Л2 и компенсирующей ЭДС £2к, которая создается ферродина-мическим преобразователем. Усиленное напряжение приводит во вращение ротор реверсивного двигателя, и jE^k изменяется. Разность Е2 --_Е2к может быть либо в фазе, либо в противофазе с напряжением се-160 ти_£Л В зависимости от фазы ротор вращается в ту или иную сторону таким образом, чтобы при изменении _Е2к разность Ej, — Мгк уменьшалась. Ротор, а вместе с ним и указатель прибора останавливаются, KornaJ^K =j;2.
Автоматический компенсатор (рис. 4.29, е) имеет погрешность значительно меньшую, чем приборы, описанные выше. Класс точности приборов этого типа обычно не хуже 0,5.
В Государственной системе приборов (ГСП) нормируется изменение коэффициента взаимоиндуктивности трансформаторных преобразователей. При изменении измеряемой величины в номинальном диапазоне он должен изменяться в пределах 0—10,0—20 или 10—0—10 мГн. Последние значения получаются при изменении фазы напряжения, что происходит, например, при изменении воздушного зазора от 5а = 50 + + AShom До52 =50 — Дбном.
Погрешность трансформаторных преобразователей. Причины погрешностей трансформаторных преобразователей с изменяющимся магнитным сопротивлением аналогичны причинам погрешностей индуктивных преобразователей. Аналогичны также методы их уменьшения. Аддитивные погрешности значительно уменьшаются при использовании дифференциальных преобразователей.
Все трансформаторные преобразователи имеют также специфические причины погрешности, обусловленные протеканием тока во вторичных обмотках и изменением их сопротивления. Это мультиплика- ч тивные погрешности, уменьшающиеся с уменьшением тока, потребляемого вторичным преобразователем. Погрешность отсутствует при измерении ЭДС первичного преобразователя компенсационным методом с помощью автоматического компенсатора.
Изменение температуры преобразователя вызывает изменение ЭДС Е2. При увеличении температуры возрастает активное сопротивление первичных обмоток и полное их сопротивление. Это уменьшает первичный ток /а и ЭДС Е2 ■
4.2.7. Индукционные преобразователи
Принцип действия и конструкция. Индукционным преобразователем называется преобразователь, принцип действия которого основан на зако е электромагнитной индукции. Преобразователь имеет катушку. При воздействии входной величины на преобразователь изменяется потокосцепление Ф катушки с внешним го отноше-> нию к катушке магнитным полем. При этом в катушке наводится ЭДС
е = -d&ldt. (4.131)
Потокосцепление
Ф = и>Ф = wBQ, (4.132)
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
