книга в верде после распозна (1024283), страница 28
Текст из файла (страница 28)
а) Б)
Рис. 4.34
При расчете преобразователя и его чувствительности нужно в соответствии с законами и правилами механики рассчитать механические напряжения о в элементах конструкции и их зависимость от измеряемой силы о = a (F).
Зависимость цг = jU/-(°") в ферромагнитных веществах в общем случае нелинейна. Однако при небольших механических напряжениях можно считать, *гго относительное изменение магнитной проницаемости пропорционально о:
" = А"К,ом = V> (4Л39)
где А/л = цг — Mj. ; jur — значение магнитной проницаемости при воздействии о; Ргном — номинальная магнитная проницаемость при о = = 0; S —чувствительность материала.
Магнитная проницаемость Мгном зависит от напряженности поля Н. Для увеличения А/л целесообразно работать при таких Н, при которых М максимальна. Наибольшую чувствительность Sц имеют железоникелевые сплавы, меньшую — железокобальтовые сплавы и кремниевые стали. Так, электротехнические стали имеют чувствительность порядка 11 • 10~9 м2/Н, сталь марки СтЗ — 8 • КГ9 м2/Н. Имеются сплавы с чувствительностью 25 • Ю-9 м2/Н.
Зная конфигурацию и размеры преобразователя и зависимость магнитной проницаемости /лг от измеряемой силы F, можно определить зависимость сопротивления магнитной цепи, а также индуктивности L или коэффициента взаимоиндукцииМ преобразователя:
L = w2/RM; М = wlW2/RM. (4.140)
0
Магнитопровод преобразователя следует делать без воздушных зазоров. Даже пришлифованные друг к другу стыки магнитопровода имеют большое магнитное сопротивление и уменьшают чувствительность преобразователя. При действии измеряемой силы воздушные зазоры изменяются, что приводит к возникновению погрешности.
При низких частотах питающего напряжения или в случае, когда сердечник собран из достаточно тонких пластин, магнитное поле равномерно заполняет все сечение преобразователя и поверхностный эффект выражен слабо. При сильно выраженном поверхностном эффекте магнитное сопротивление увеличивается, а чувствительность уменьшается.
Лучшими метрологическими характеристиками обладает магнит оанизотропный трансформаторный преобразователь, схема которого показана на рис. 4.34, е. Пока измеряемая сила не действует, магнитопровод такого преобразователя магнитоизотропен: его магнитная проницаемость одинакова во всех направлениях. Под действием механических напряжений магнитная проницаемость изменяется в направлении напряжения. Это изменяет магнитное сопротивление материала в том же направлении. Под действием механических напряжений материал становится магнитоанизотропным.
Преобразователь собран из пакета пластин, имеющих четыре отверстия. В отверстии уложены две обмотки: питания w, и измерительная w2. Они расположены под углом 45° к направлению действия силы и под углом 90 ° друг к другу. При отсутствии измеряемой силы F магнитное поле, создаваемое обмоткой питания wt, направлено параллельно виткам измерительной обмотки н>2 и не заходит в нее (рис. 4.35,а). В измерительной обмотке ЭДС не индуцируется. Под действием измеряемой силы магнитная проницаемость в направлении ее действия изменяется и изменяется магнитное сопротивление в том же направлении. Это деформирует магнитное поле (рис. 4.35,5). Магнитный поток пронизывает измерительную обмотку и индуцирует в ней ЭДС£2, пропорциональную действующей силе.
0
Рис. 4.36
щ
Схемы включения. Магнитоупругие индукционные преобразователи включаются в мостовые измерительные цепи. В плечо, смежное с измерительным преобразователем, включается такой же преобразователь для компенсации аддитивных, погрешностей, Он обычно не нагружается — прибор строится по дифференциальной схеме первого типа. Питание моста производится от феррорезонансного стабилизатора.
Схема включения трансформаторного магнитоанизотропного преобразователя приведена на рис. 4.36. Первичная обмотка 1 питается от феррорезонансного стабилизатора 2. На выходе у ненагруженно-го преобразователя имеется некоторое остаточное напряжение. Для его компенсации в цепь включен резистор R, на который подается напряжение через фазосдвигающую цепочку 3. Напряжение питания преобразователя выбирается так, чтобы режим его работы был близок к режиму насыщения магнитной цепи. При этом на выходе преобразователя имеется напряжение верхних гармоник значительной величины. Для защиты от гармоник схема содержит фильтр верхних частот 4. Напряжение выпрямляется двухполупериодным выпрямителем 5 и подается на магнитоэлектрический измерительный механизм б. Фильтр нижних частот 7 служит для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. При измерении быстропеременных процессов в качестве измерительного механизма включается гальванометр све-толучевого осциллографа.
Магнитоупругие трансформаторные преобразователи могут работать также с автоматическими потенциометрами переменного тока.
Погрешность магнитоупругих преобразователей. Функция преобразования магнитоупругих преобразователей, как правило, нелинейна. Имеется ряд методов уменьшения нелинейности. Нелинейность уменьшается при сокращении диапазона измерения измеряемой силы; если наряду с измеряемой силой преобразователь нагружается некоторой дополнительной постоянной силой; при соответствующем выборе маг-
0
нитного режима преобразователя; при применении магнитоанизотроп-ных материалов, имеющих различную магнитную проницаемость в различных направлениях. Такие материалы получают в результате определенной технологической обработки — ковки, протяжки, прокатки и т. д. Применение этих мер позволяет уменьшить погрешность, происходящую вследствие налинейности, до 1,5—2 %.
Функция преобразования при увеличении нагрузки магнитоупру-гих преобразователей отличается от функции преобразования при уменьшении нагрузки. Это отличие имеет гистерезисный характер и обусловлено магнитным и механическим гистерезисом. При статических измерениях гистерезис преобразователя больше, чем при динамических. Для уменьшения погрешности, вызванной гистерезисом, рекомендуется изготавливать преобразователи из материалов, имеющих возможно больший предел упругости и возможно меньшую петлю магнитного гистерезиса. Максимальные механические напряжения в магни-тоупругом материале должны быть в 6—7 раз меньше его предела упругости. Погрешность, обусловленная гистерезисом, уменьшается после тренировки преобразователя. Тренировка производится 5—10-кратным нагружением силой, соответствующей пределу изменения преобразователя. Гистерезис может возникнуть также в результате сил трения, если, например, магнитопровод не сплошной, а составной. Приведенную погрешность, вызванную гистерезисом, можно снизить до 0,5-1 %.
Магнитоупругому преобразователю свойственно старение. При этом изменяется как магнитная проницаемость, так и внутреннее напряжение в материале преобразователя. Старение приводит к изменению электрических параметров (L, Ж~) и к изменению чувствительности. Изменение характеристик уменьшается после естественного (в течение нескольких месяцев) или ускоренного искусственного старения. Характеристики стабилизируются путем термообрабогки магнито-провода. Погрешность, вызванную изменением параметров, можно уменьшить применением дифференциальных преобразователей и дифференциальных схем включения. Таким образом, погрешность, обусловленную старением, можно уменьшить до 0,5 %.
При изменении температуры изменяются магнитная проницаемость магнитопровода и электрическое сопротивление обмоток. При резко выраженном поверхностном эффекте изменение температуры оказывает меньшее влияние, чем при слабо выраженном. Для уменьшения температурной погрешности используются дифференциальные схемы и специальные схемы температурной компенсации.
42.9. Термоэлектрические преобразователи
Принцип действия и конструкция. Термоэлектрический преобразователь представляет собой термопару, состоящую из двух разнородных проводников Р и Q, соединенных между собой в двух точках, как схематически показано на рис. 4.37,д. На границе раздела двух различных металлов имеется контактная разность потенциалов EpQ (г), зависящая от рода металлов и от температуры контакта. В цепи, показанной на рис. 4.37, а, контактные разности потенциалов образуются в точках 1 и 2. Если f х = г2, то они равны между собой и, будучи противоположно направленными, взаимно уравновешиваются. Если же 11 Ф *2, то в цепи развивается результирующая ЭДС
Е= Epgiti)^- EpQ(t2), (4.141)
называемая термоэлектродвижущей силой (термоЭДС). Места контактов называются спаями термопары.
Из (4.141) следуют следующие свойства термопары.
1. Если в цепи термопары включен третий проводник (проводник R на рис. 4.37,ф и его концы находятся при одинаковых температурах (г2 = г"), то включение этого третьего проводника не изменяет ЭДС цепи. Третьим проводником могут быть провода прибора, измеряющего ЭДС термопары, и провода, соединяющие его с термопарой. Если концы термопары, подключенные к соединительным проводам, находятся при одинаковых температурах, то подключение измерительного прибора не изменяет термоЭДС.
2. ЭДС термопары является функцией двух независимых температур — температур ее спаев Е - E(tx, г2) — и не зависит от температур других точек термопары. ЭДС термопары (4.141) есть сумма функций одной переменной.
3. Если термопара имеет температуры спаев / и г0, то термоЭДС равна алгебраической сумме двух ЭДС, одна из которых генерируется при температуре спаев г и t'0, другая — при температурах t'0 и t0 (рис. 4.38):
E(t, t0) = E(t, t'0) + E(t', t0). (4.142)
Это свойство используется при измерении температуры спая г, если температура второго спая г0 отличается от температуры г0, при которой была произведена градуировка термопары.
При t0 = 0 функция E(t, 0) представляет собой градуировочную функцию преобразования данной термопары. Значение E(t, t'0) определяется экспериментально, а значение E(t'0, 0) — по значению температуры t0 и градуировочной функции преобразования. По значениям E(t, t'o) и E(t'0, 0) вычисляется E(t0, 0), по которой определяется измеряемая температура. 172
Рис. 4.37 Рис. 4.38
Таблица 4.1.
| Тип термопары | Материал термоэлектродов | Обозначение градуировки | Диапазон измерения при длительном измерении, °С |
| ТХК | Хромель —копель | ХК(Х) | -200 ... +600 |
| ТХА | Хромель —алюмель | ХА(К) | -200 ... + 1000 |
| ТПП | Платинородий (10%) - | nn(S) | 0... + 1300 |
| платина | |||
| ТВР | Вольфрамрений (5%) - | ВР(А)-1 | 0... 2200 |
| вольфрамрений (20%) |
Термоэлектрические преобразователи используются для измерительного преобразования температуры в ЭДС. В табл. 4.1 приведены наиболее широко используемые термопары (ГОСТ 6616-84) и их основные характеристики (ГОСТ 3044-84).
Градуировочные характеристики и допустимые погрешности этих термопар также приведены в ГОСТ 3044-84.
Термоэлектрический датчик обычно называется термопарой. Устройство промышленной термопары показано на рис. 4.39. Термоэлектроды 1 изолируются друг от друга керамическими бусами 2 или керамической трубкой; одним своим концом они свариваются, другим — подсоединяются к зажимам в головке 3, служащей для подключения внешних проводов. Термоэлектроды помещаются в защитный чехол 4 (трубку, закрытую с одной стороны). Чехол делается из жаропрочной стали, а при измерении очень больших температур — из керамики или кварца.
Место соединения термоэлектродов называется горячим или рабочим спаем. Противоположные концы называются холодными или
0
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
