Метрологические характеристики приборов с дифференциально-трансформаторной измерительной схемой

Работа из раздела: «Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»

1. Дистанционная передача измерительной информации

Для дистанционной передачи измерительной информации широко применяют электрические системы с электромеханическими преобразователями, входная электрическая величина которых определяется положением их подвижных частей. Такие преобразователи, наряду с простотой их устройства и высокой надёжностью, позволяют преобразовать многие технологические параметры в электрический сигнал. К таким параметрам относятся: линейное и угловое перемещения, скорость и ускорение перемещаемых изделий, давление, разрежение, расход, уровень жидкости и т.д.

Большое распространение в системах дистанционного контроля получил дифференциально-трансформаторный преобразователь (ДТП), который представляет собой два совмещённых трансформатора с общим подвижным якорем (рис. 1) [1, 2, 3].

Рис. 1. Общий вид цилиндрического ДТП (а); схема соединения его обмоток (б)

дифференциальный трансформаторный преобразователь дистанционный

Принцип действия ДТП основан на изменении взаимоиндуктивности двух систем обмоток при перемещении элемента магнитопровода.

На пластмассовой катушке размещены одна первичная W₁и две вторичные W₂, W₃обмотки. Катушка заключена в цилиндрический стальной кожух-магнитопровод для защиты от внешних магнитных полей. Первичная обмотка размещена равномерно по всей длине катушки. К её концам 1 и 2 подводится напряжение питания переменного тока. Вторичные обмотки выполнены в виде секций, каждая из которых занимает половину катушки по длине, имеют одинаковое число витков и включены встречно.

Внутри катушки находится плунжер 2 измагнито-мягкого железа, который по длине меньше катушки. Через шток - Ш плунжер связан с чувствительным элементом, перемещение которого зависит от измеряемого параметра.

При питании обмотки W₁переменным напряжением U создаётся магнитный поток Ф₁, охватывающий обе вторичные обмотки, и потоки Ф₂ и Ф_3, связанные с обмотками W₂ и W₃соответственно.

Во вторичных обмотках индуцируется ЭДС.

E₂ = 4,44f •W₂(Ф₁+ Ф₂) иE₃ = 4,44f •W₃(Ф₁+ Ф₃)

где f - частота питающей сети; W_2,W₃- число витков соответствующих обмоток.

Если плунжер 2 находится в среднем положении, то ЭДС Е₂= Е₃ и при последовательном и встречном соединениях вторичных обмоток на зажимах 3 и 4 напряжение будет равно нулю, т. е. ?Е = Е₂Е₃ = 0.

Если плунжер сместится из среднего положения, равенство Ф₂ = = Ф₃ нарушится, и на зажимах 3 и 4 появится результирующая ЭДС. Величина этой ЭДС будет зависеть от величины смещения плунжера, а фаза - от направления его смещения.

2. Дифференциально-трансформаторная система дистанционной передачи показаний

В схему входят две одинаковые катушки ДТ₁ (установленная в датчике) и ДТ₂ (установленная во вторичном приборе).

Рис. 2. Принципиальная схема дифференциально-трансформаторной системы передачи показаний

Первичные обмотки ДТ₁ и ДТ₂ соединены последовательно и питаются переменным током от силового трансформатора прибора. Вторичные обмотки ДТП включены встречно.

Если сердечник катушки ДТ₁ находится в среднем положении, то ?Е₁ = 0. Если сердечник катушки ДТ₂ находится в среднем положении, то ?Е₂ = 0. Следовательно, напряжение ?Е на входе электронного усилителя А вторичного прибора будет равно нулю, так как, ?Е = Е₁ - Е₂ = 0. Система находится в состоянии покоя.

При смещении сердечника датчика от среднего положения в измерительной схеме под действием напряжения ?Е возникает ток. Величина напряжения этого тока является функцией перемещения сердечника ДТ_1, а его фаза - функцией направления смещения. Величина ?Е усиливается усилителемА и поступает на обмотку управления двигателя М. Последний, вращая кулачок К, будет перемещать сердечник катушки ДТ₂вторичного прибора до тех пор, пока индуцируемое напряжение ?Е₂не станет равным напряжению?Е₁. Одновременно с кулачкомК передвинется и стрелка прибора, связанная гибкой связью с электродвигателем М. Таким образом, каждому положению сердечника ДТ₁датчика будет соответствовать определённое положение сердечника ДТ₂ прибора, а, значит, и положение стрелки.

Для установки начальной (нулевой) отметки шкалы в приборе предусмотрена обмотка W₄, шунтированная резистором R₁. Если сердечник находится в нижнем положении, а стрелка прибора не устанавливается на нулевую отметку шкалы, осуществляется регулировка цепи перемещением движка R₁.

Исправность прибора проверяют с помощью кнопки контроля S, при замыкании которой цепь вторичной обмотки ДТ₁ отключается и на вход усилителя подается сигнал со вторичной обмотки ДТ₂. В этом случае М установит указатель в среднее положение, отмеченное на шкале прибора, при котором ?Е₂ = 0. Если при этом стрелка не устанавливается в указанное положение, прибор настраивают перемещением катушек относительно сердечника ДТ₂. Резистор R₂ выполняется медным для компенсации температурных погрешностей вторичной обмотки прибора.

Для дистанционной передачи давления применяют манометры МЭД, снабженные ДТП [1, 2]. Упругим чувствительным элементом манометра является трубчатая пружина (трубка Бурдона), закрепленная на держателе, на котором находится планка с ДТП. Внутрь трубки Бурдона подводится измеряемое давление. Трубка разгибается и перемещает закрепленный на ее конце плунжер.

Литература

1. Волынский В.А. и др. Электротехника /Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е. Шатерников: Учеб.пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 2007. - 528 с., ил.

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: Учеб.пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 2009. - 440 с., ил.

3. Основы промышленной электроники: Учебник для неэлектротехн. спец. вузов /В.Г. Герасимов, О М. Князьков, А Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков; под ред. В.Г. Герасимова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 200 - 336 с., ил.

4. Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн.1. Электрические и магнитные цепи. - М.: Высшаяшк. - 2006 г.

5. Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн.2. Электромагнитные устройства и электрические машины. - М.: Высшаяшк. - 2007 г.