38. Дифференциальный индуктивный измерительный преобразователь. Конструкция, принцип действия, параметры и характеристики, достоинства и недостатки

Принцип действия основан на 1) изменении индуктивности катушки, 2) изменении сопротивления обмотки при относительном перемещении подвижного магнитопровода (якоря) по отношению к неподвижному магнитопроводу с катушкой.

И ндуктивный преобразователь – катушка индуктивности, полное сопротивление которой изменяется при взаимном относительном перемещении элементов магнитопровода.

;

Функция преобразования: z=f(δ). Z=j·ω·L==j·ω·w²·S·μ₀/2δ

Коэффициент магнитной проницаемости μ₀=4π·10^-7 Гн/м; H – напряженность магнитного поля; l – длина магнитной линии; δ – магнитный зазор; S - площадь перекрытия якорем полюсов неподвижного магнитопровода; l_ст – длина средней силовой линии по стальным участкам; μ_ст – магнитная проницаемость железа магнитопровода.

(чувствительность зависит от δ – недостаток)

Д ифференциальный индуктивный преобразователь состоит из 2х одинаковых одинарных преобразователей, которые имеют общий подвижный элемент.

При перемещении якоря одна L1↑ а другая L2↓.

Якорь в среднем положении: δ1=δ2, x=0; z1=z2=z0

при перемещении якоря: x=var; z1=z0+Δz1; z2=z0+Δz2

изменение z: Δz1=Δz2= Δz при Δδ→0

режим х.х.: R→∞; ; S_сх.хх.=U/2

Преимущества:

- возможность измерить сверхмалые перемещения с высокой чувствительностью и точностью;

- простота технической реализации.

- линейность ф-ции преобразования на значительном участке диапазона

Недостатки:

- влияние температуры среды на активное сопротивление обмотки, что выражается аддитивной погрешностью;

- значительная сила притяжения подвижного магнитопровода к неподвижному, что вызывает дополнительную погрешность.

Все эти недостатки устраняются в диф. ИП при мостовой схеме включения.

Преимущества диф. ИП:

- линейность выходной характеристики на значительном участке диапазона измерений;

- незначительная сила притяжения якоря;

- практически полная компенсация аддитивной погрешности;

- чувствительность в 2 раза выше чувствительности одинарного преобразователя;

- высокая стабильность нулевой точки.

Недостатки:

- влияние колебаний частоты питающей сети;

- изменение напряжения питания приводит к изменению магнитного сопротивления и чувствительности индукционного преобразователя;

- влияние температуры окружающей среды на изменение магнитной проницаемости материала магнитопровода (мультипликативная погрешность).

Источники погрешности ИП:

1) температурная (аддитивная) (R_ст=var, μ_ст=var). Изменение μ_ст вызывает дополнительную мультипликативную погрешность. Устраняется полностью (аддитивная) и частично (мультипликативная) мостовой схемой;

2) изменение напряжения питания

U_пит=var (μ_ст=var → R_м=var → S=var)

(аддит.) (мульт.)

3) w=var → R_м=var→ S=var

4) нестабильность нулевого положения якоря:

U _вых=0 среднее положение; U_вых≠0 – аддитивная.

Схема ДИП

39. Трансформаторные измерительные преобразователи. Конструкция, принцип действия, параметры и характеристики, достоинства и недостатки.

Взаимоиндукция между обмотками:

Ф₂ - магнитный поток во второй обмотке;

ω – круговая частота;

(1)

μ₀ – магнитная проницаемость материала магнитопровода; S_x – площадь перекрытия неподвижного магнитопровода подвижным магнитопроводом (якорем) при его относительном перемещении.

Анализ выражения (1) показывает что колебание частоты питающего, а также температуры ОС вызывает дополнительные погрешности при измерении перемещений. Конструктивно диапазон измерения перемещения ограничивается размерами полюсов и током намагничивания, зависящих от зазора δ.

Принцип действия трансформаторных преобразователей основан на изменении индуктивности двух обмоток при изменении конечных размеров магнитной системы (зазор между якорем и полюсами).

Возможна реализация двух вариантов трансформаторного преобразователя:

1. на изменении величины магнитного зазора между якорем и полюсами δ (гиперболическая зависимость);

2. при постоянном магнитном зазоре относительное перемещение якоря по отношению к магнитопроводу неподвижному (S_x=var) (линейная зависимость).

Недостатки одинарных трансформаторных преобразователей:

1. влияние колебаний частоты питающего напряжения;

2. влияние температуры окружающей среды;

3. сложно обеспечить симметрию при относительном перемещении, что вызывает дополнительную погрешность.

О днако все эти недостатки могут быть устранены конструкцией диф. трансформаторного преобразователя (ДТП) плоской или цилиндрической конструкции.

ДТП представляет собой 2 одинарных трансформаторных преобразователя и 1 общий подвижный магнитопровод. При перемещении якоря происходит компенсирующее изм. магнит. зазора в 2-х симметричных магн. системах, что вызывает изменение Е_вых (ДТП с плоско-паралельным перемещением якоря). Вторая конструкция ДТП предусматривает продольное перемещение якоря, мех. связанного с объектом, перемещение которого следует измерить. В первичном ДТП имеется 3 обмотки: одна первичная (запитана переменным током) и две вторичных, включены встречно.

Плоский ДТП

U₁=пост. ток δ↓ L1↑ jωL1↑ I1↓ E2↓; E2 = f(I1)

В исходном положении δ₁=δ₂=δ₀

δ₀ - магнитный зазор при среднем положении якоря.

В случае, когда начальный зазор δ₀ намного превосходит изменение Δδ, ДПТ имеет практически линейную функцию преобразования.

В ДТП происходит изменение магнитных зазоров δ₁ и δ₂ на одну и ту же величину ∆δ, которая определяет величину выходной ЭДС Е₂:

δ₁= δ₀- Δδ

δ₂= δ₀+ Δδ

где δ₀ – магнитный зазор между якорем и магнитопроводом при отсутствии перемещения

- функция преобразования ДТП. (2)

Анализ (2) показывает пропорциональную зависимость Е₂ от Δδ при постоянстве величин, входящих в выражение

Цилиндрический преобразователь:

Е₂=2·k_т·l_х,

k_т – коэффициент трансформации между обмотками w₁ и w₂, l_х – линейное перемещение (осевое).

Конструкция ДТП позволяет определить кроме величины и направление перемещения.

Основная погрешность ДТП: γ₀=±0,1-0,2%; чувствительность для плоского ДТП:

S зависит от δ₀, чем меньше δ₀, тем больше S.

Преимущества ДТП:

1. высокая чувствительность за счет большого числа витков во второй обмотке;

2. в отличие от одинарного ТП, возможность определять напряжение перемещения по фазовому углу;

3. высокое выходное сопротивление вторичной обмотки позволяет легко согласовать ДТП с последующими радиоэлектронными приборами;

4. использование диф. конструкции ТП и ее включение в мостовую измерительную схему позволяет практически полностью скомпенсировать составляющие погрешности и свести ее к минимуму.

Область применения ДТП:

1. Измерение уровня

2. Измерение усилий

3. Измерение давлений

4. Измерение перемещений механизмов

5. Измерение угловых перемещений

Источники погрешностей ТП:

1. Температурная. Колебания температуры ОС вызывают изменения сопротивления обмоток

2. Влияние колебаний частоты питающего напряжения

3. Влияние колебаний величины напряжения

4. Непостоянство зазора δ₀ между подвижным якорем и магнитопроводами при отсутствии перемещений.

Использование дифференциальной конструкции ТП и ее включение в мостовую схему позволяет практически полностью скомпенсировать составляющие погрешности и свести ее к минимальному значению.