40. Дифференциальные 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:

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

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

Недостатки одинарных трансформаторных преобразователей:

4. влияние колебаний частоты питающего напряжения;

5. влияние температуры окружающей среды;

6. 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:

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

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

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

8. 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:

6. Измерение уровня

7. Измерение усилий

8. Измерение давлений

9. Измерение перемещений механизмов

10. Измерение угловых перемещений

Источники погрешностей ТП:

5. Температурная. Колебания температуры ОС вызывают изменения сопротивления обмоток

6. Влияние колебаний частоты питающего напряжения

7. Влияние колебаний величины напряжения

8. 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.