Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ТВ2.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
3.98 Mб
Скачать

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; lст – длина средней силовой линии по стальным участкам; μст – 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→∞; ; Sсх.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) (Rст=var, μст=var). Изменение μст вызывает дополнительную мультипликативную погрешность. Устраняется полностью (аддитивная) и частично (мультипликативная) мостовой схемой;

2) изменение напряжения питания

Uпит=var (μст=var → Rм=var → S=var)

(аддит.) (мульт.)

3) w=var → Rм=var→ S=var

4) нестабильность нулевого положения якоря:

U вых=0 среднее положение; Uвых≠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; Sx – 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 (Sx=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 Евых (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 δ120

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·kт·lх,

kт – коэффициент трансформации между обмотками w1 и w2, lх – 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.