5. Снятие основных характеристик преобразователя.

Для снятия зависимостей активных и реальных сопротивлений преобразователя от положения якоря предусмотрена схема, приведённая на Рисунке 4

Рисунок 4

Здесь Z1, Z2. – сопротивлении обмоток преобразователя,

R – известное активное сопротивление,

С – известная емкость.

Подключив входные зажимы фазочувствительного измерителя к зажимам

конденсатора, регулирует фазу управляющего напряжения Ů_y,так, чтобы показания были рулевыми. При этом вектор U_y измерителя совпадает по фазе с током IA

Потом присоединяют зажимы измерителя к зажимам сопротивления R и отмечают его показания Аr .Затем присоединяют измеритель к зажимам Z1 – отмечают отклонение al к зажимам Z2 – отмечают отклонение а2. Так как при всех измерениях вектор управляющего напряжения измерителя совпадает с направлением вектора тока, показания измерителя будут пропорциональны составляющим напряжений, совпадающим по фазе с этим током, т.е активным составляющим напряжений.

Поэтому a_R = K*I_A*R (2)

(3)

Здесь К – коэффициент пропорциональности;

Z₁ Z₂ – полное сопротивление обмоток;

ф₁ф₂ – аргументы (сдвиги фаз) сопротивлений Z₁ Z₂

Из (2) и (3) следует:

(4)

Для определения индуктивных сопротивлений обмоток нужно отрегулировать фазу управляющего напряжения так, чтобы нулевое показание индикатора имело место, когда подключен к сопротивлению R. Оттуда вектор управляющего напряжения U_y будет перпендикулярна вектору тока I_A, и показания измерителя будут пропорциональны составляющим напряжения, ортогональным току I_A

Присоединяя измеритель к зажимам Z₁ и Z₂ и обозначая его отклонение В₁ и В₂ получим:

(5)

Разделив эти выражения на a_R = К * I_А * R получим:

.

Так как магнитная цепь преобразователя нелинейная, то при всех измерениях необходимо поддерживать напряжение на зажимах, преобразователя постоянным и равным.

6. Работа преобразователя в мостовой схеме с фазочувствительным измерителем.

При работе индуктивного дифференциального преобразователя изменения комплексных сопротивлений обмоток наиболее часто измеряются посредством включения обмоток преобразователя в цепь неравновесного четырех плечного моста. Схема моста позволяет реализовать несколько различных вариантов включения преобразователя. Как правило, обмотки дифференциального преобразователя включается в смежные плечи моста.

В работе исследуется мост, в два другие плеча которого включены активные сопротивления R₁=R₂ (Рисунок 5) питание моста осуществляется от генератор ЗГ через трансформатор Тр З.

Рассмотрим более подробно работу моста с дифференциальным индуктивным преобразователем. Допустим, что в его исходном состоянии, когда мост, уравновешен, параметры обоих обмоток одинаковы и равны Z₀ = r₀+jwL₀.

При смещения якоря на ∆δ параметры обмоток изменяются в разные стороны и становятся равными Z₁ = Z₀-∆Z₁; Z₂ = Z₀+∆Z₂. В первом приближении при относительно малых перемещениях (по отношению к δ₀) можно считать, что Z₁=∆Z₂ = ∆r + j∆X (в действительности приращения не совсем одинаковы). В режиме холостого хода моста при смещения якоря на величину ∆δ на его выходных зажимах появится напряжение, равное

,

откуда: (7)

Обозначим ∆Z = ∆Z * e ^jφ∆ и Z₀ = Z₀ * e ^jφ0

Где; ∆Z = Z₀ – модули комплексов ∆Z; Z₀

^φ∆; ^φ0 – их аргументы.

Подставляя в 7 получим:

(8)

Рисунок 5

Из (8) видно, что модуль напряжения U₂ пропорционален модулю изменения полного сопротивления обмотки, а по фазе он опережает вектор питающего напряжения на угол λ = ^ф∆ - ^ф0. Так как в общем случае при изменении ∆δ при решении ∆Z не пропорционально ∆Х, то при перемещении якоря угол λ не остаётся постоянным. Однако, у индуктивного преобразователя, использованного в работе, это изменение мало. При изменении U₂ электронным вольтметром с большим входным по сравнению с выходным сопротивлением моста его показания будут пропорциональны ∆Z (при постоянном напряжении питания). Вольтметр не будет учитывать направление перемещения якоря.

Если же измерение производится фазочувствительным измерителем, то его показания будут зависеть не только от значения ∆Z, но и от угла ф – сдвига фаз между напряжений и управляющим напряжением фаз о чувствительного измерителя . Максимального отключения указателя измерителя при заданной расстройте моста можно добиться отрегулировав фазу напряжения так, чтобы она совпадала с фазой напряжения изменение направления перемещения якоря вызывает изменение знака отклонения указателя фазочувствительного измерителя.

А теперь остановимся на явлениях, которые при рассмотрении работы преобразователя в мостовой схеме в первом приближении мы не учитывали.

Во-первых, нелинейность сопротивления обмоток Z₁ и Z₂ Нелинейность Z₁ и Z₂ приводит к тому, что при питании моста чисто синусоидальным напряжением выходное напряжение содержит высшее нечётные гармоники. В случае применения нефазочувствительного измерителя они создают нелинейность характеристики U₂ = f(∆δ) и некоторое остаточное напряжение при ∆δ = 0.

Во-вторых, не идентичность половин сдвоенного преобразователя. Это приводит к тому, что даже по основной гармонике мост нельзя уравновесить перемещением якоря. Это иллюстрируется векторной диаграммой Рисунок6, построенной в предложении, что при X₁=X₂ и R₁=R₂ имеет место состояние r₁ > r₂

Рисунок 6

Пунктирной линией показа годограф вектора основной гармоники напряжения при перемещении якоря. При больших значениях ∆δ вектор почти совпадает по направлению с вектором напряжения (например, при +∆δ) или же сдвинут по отношению к нему почти на 180 (при -∆δ). С уменьшением ∆δ и прохождением точки

∆δ = 0 вектор изменяется по величине и совершает поворот, но никогда не достигает нулевого значения. При некотором положении якоря вектор сдвинут по отношению к на 90° и Iср.= 0. Как это следует из формулы (1). Заметим, что асимметрию r₁ > r₂ при х₁ = х₂ можно устранить введением дополнительного активного сопротивления R_A (Рисунок 4) последовательно c Z₂ (так и сделано в лабораторной установке).