Основные типы преобразователей. Унифицированные преобразователи механических перемещений и усилий в стандартные сигналы

Механоэлектрический преобразователь типа Э-2Д (рисунок 19) предназначен для непрерывного преобразования углового или линейного перемещения чувствительного элемента в пропорциональный сигнал постоянного тока. Преобразователь состоит из блока питания П-8, высокочастотного генератора Э-8 и гальванометра Г-8.

Рисунок 19

Под действием чувствительного элемента закручивается или раскручивается спиральная пружина 1, вызывая перемещение алюминиевого флажка 2 относительно индуктивности L₁ колебательного контура генератора. Перемещение флажка изменяет режим работы генератора, в результате чего изменяется ток. Последний, протекая по резисторам нагрузки R_H1, R_H2 и обмотке обратной связи L₂, механически связанной с рычагом флажка и находящейся в поле постоянного магнита, создает момент, равный по величине и направленный навстречу моменту чувствительного элемента. При каждом равновесном состоянии усилие обратной связи возвращает рычаг с флажком в исходное состояние. По величине тока, изменяющегося в пределах 0 – 5мА, судят о контролируемом параметре.

Струнный (частотный) преобразователь типа ПО (рисунок 20) предназначен для преобразования угловых перемещений в унифицированный частотный сигнал.

Металлическая немагнитная струна 1, находящаяся в щели кольцевого постоянного магнита 2, при протекании тока по ней колеблется.

Рисунок 20

Частоту собственных колебаний струны определяют по уравнению

где 1 – собственная частота колебаний пружины;

l – длина рабочего участка струны;

F – растягивающее усилие, приложенное к струне;

p – масса, приходящаяся на единицу длины струны, так называемая

плотность струны.

Из уравнения видно, что при известных геометрических размерах и массе струны частота собственных колебаний ее зависит от приложенного к ней растягивающего усилия, создаваемого чувствительным элементом при изменении контролируемого параметра.

Энергию для поддержания незатухающих колебаний струна, включенная в одно из плеч омического моста R₁ – R₃, получает от транзисторного автогенератора, питающего мост с помощью положительной обратной связи (обмотка ₃).

Система мост – двухкаскадный усилитель на транзисторах VT₁ и VT₂ с общим коэффициентом усиления около 5000 составляет автогенератор, который работает на частоте собственных колебаний струны.

Температурные изменения моста компенсируются сопротивлением резистора R₃, выполненного из меди, имеющего примерно такой же температурный коэффициент сопротивления, как и вольфрам, из которого изготовлена струна. Выходной сигнал снимается с обмоток ₁ и ₂.

Преобразователи ферродинамические токовый (ПФТ) и напряжения (ПФН), структурная схема которых изображена на рис. 21, предназначены для связи приборов с ферродинамическими преобразователями ПФ с электрической аналоговой ветвью ГСП.

В основу преобразователя положена статическая автокомпенсационная схема с большой отрицательной обратной связью по току.

При достаточно большом коэффициенте усиления входное напряжение U_ВХ преобразователя ПФ мало отличается от напряжения обратной связи

где m – коэффициент пропорциональности между эффективным и средним значением тока нагрузки;

R_O.C – сопротивление обратной связи;

I_H – ток нагрузки.

Выпрямленный с помощью двухполупериодного мостового выпрямителя B выходной ток поступает в нагрузку R_H.

Для преобразования пневматического сигнала, изменяющегося в диапазоне от 0,2 до 1 кгс/см², в пропорциональное перемещение плунжера дифференциально-трансформаторного преобразователя предназначен пневмоэлектрический преобразователь типа ППЭ-6 (рисунок 21).

Рисунок 21

Плунжер ПДТ связан с донышком сильфона 8 через биметаллический термокомпенсатор 1 и корректирующий узел, состоящий из рычага 2, ролика 7, винта 6 и кронштейна 3. С помощью корректирующего узла производят соглосования статических характеристик ПДТ преобразователя ППЭ-6 со статическими характеристиками ПДТ вторичных приборов, имеющих ход плунжера до 5мм.

При изменении входного давления сжатого воздуха перемещается плунжер 4 ПДТ, во вторичной обмотке которого возникает сигнал рассогласования, поступающий в линию дистанционной передачи вторичного прибора. Первичная обмотка ПДТ преобразователя 5 питается питается напряжением 20В. Основная погрешность хода плунжера не превышает 1%.

Преобразователи стандартных сигналов с одного вида энергии в другой и функциональные преобразователи

Электропневмопреобразователь типа ЭПП-63 (рисунок 22) предназначен для преобразования непрерывного сигнала постоянного тока 0 – 5 мА в пропорциональный пневматический сигнал 0,2 – 1 кгс/с.

Преобразователь ЭПП-63 состоит из электромеханического преобразователя и пневматического усилителя, которые связаны между собой системой обратной связи и реле типа “сопло – заслонка”.

Постоянный ток, проходя по виткам катушки 1, создает усилие втягивания катушки в зазор постоянного магнита 11, уравновешиваемое усилием сильфона обратной связи 7.

При увеличении тока уменьшается зазор между соплом 3 и заслонкой 2, укрепленной на рычаге 4, увеличивается давление воздуха в междроссельной камере 10 пневмоусилителя. Это увеличит степень открытия клапана 8, в результате чего увеличится давление в камере 9 усилителя, соединенной с сильфоном обратной связи.

Рисунок 22

Под действием возросшего давления в сильфоне обратной связи перемещается вниз рычаг 6, соединенный гибкой связью 5 с рычагом заслонки 2, увеличивается зазор между последней и соплом. Равновесие рычажной системы восстановится при вполне определенном соотношении между выходным давлением и входным током. При уменьшении тока давление воздуха уменьшается.

В преобразователе ЭПП-63 применена система термокомпенсации, состоящая из медного шунта R_Ш и манганинового резистора R.

Основная погрешность выходного сигнала при температуре окружающей среды 20 C не более  от измерительного диапазона. Длина трассы передачи пневматических импульсов – до 300м.

Рисунок 23

1 – ферродинамический преобразователь типа ПФ-4; 2 – пневмоусилитель;

3 – сопло; 4 – заслонка

Электропневмопреобразователь типа ПЭПФ (рисунок 23) предназначен для преобразования напряжения промышленной частоты, снимаемого с ферродинамического преобразователя типа ПФ-4 в пропорциональный пневматический сигнал 0,2 – 1 кгс/см².

Пневмоэлектрический преобразователь полупроводниковый типа ППП-1 (рисунок 24) выполнен по схеме с полной силовой электрической компенсацией и работает следующим образом. Подвижный конец манометрической двухвитковой трубчатой пружины 1 под действием входного давления перемещает рычаг 2, на конце которого укреплен флажок 4. При изменении зазора между флажком 4 и катушкой индуктивности L₁ колебательного контура высокочастотного генератора, выполненного по двухконтурной схеме на транзисторе VT₁, изменяется выходное напряжение генератора. Это напряжение через конденсатор С₁ и диод VД₁ подается на двухкаскадный полупроводниковый усилитель на транзисторах VT₂ и VT₃, с выхода которого снимается токовый сигнал.

Рисунок 24

Выходной ток, протекая по виткам катушки обратной связи 3, находящейся в поле постоянного магнита 5, создает усилие на рычаг 2, равное по величине и противоположное по направлению усилию, которое развивает чувствительный элемент – манометрическая трубчатая пружина. Основная допустимая погрешность преобразователя не превышает 0,5% от максимального значения выходного сигнала.

В схемах умножения и деления приборов ферродинамического комплекса (рисунок 25) используются преобразователи ферродинамические типа ПЭФ и ПЭФ-К. ПЭФ-К имеет корректирующее устройство, с помощью которого устанавливают необходимую величину коэффициента обратной связи.

Рисунок 25 Схемы с применением приборов ферродинамического комплекса:

а – умножения; б – деления

На вход преобразователей типа ПЭФ или ПЭФ-К подается напряжение от ферродинамического преобразователя ПФ, которое представляет в схемах умножения (рисунок 25, а) – множимое, а в схемах деления (рисунок 25, б) – делитель. Нагрузкой преобразователей служат две последовательно включенные обмотки возбуждения ферродинамических преобразователей нечетных модификаций, каждая из которых рассчитана на напряжение 60 В.

Преобразование в унифицированные электрические и пневматические сигналы любой величины, предварительно преобразованной в угол поворота рамки ферродинамического преобразователя ПФ или в перемещение плунжера дифтрансформаторного преобразователя ПД, осуществляется при помощи функциональных ферродинамических преобразователей типа ПФФ и ПФФ-К (последний с коррекцией).

Ферродинамические преобразователи типа ПФФ и ПФФ-К снабжены выходными преобразователями: ПС (струнными), ПФ (ферродинамическими), ПП (пневматическими) и БД (сельсинными), что дает возможность выдавать электрические и пневматические сигналы, пропорциональные измеряемой величине.

Наличие в преобразователях ПФФ и ПФФ-К основных выходных преобразователей, отвечающих требованиям ГСП, позволяет применять их в схемах суммирования, умножения, соотношения и других вычислительных схемах, в системах регулирования и телеизмерения.

Преобразователи ПФФ и ПФФ-К могут иметь до трех выходных преобразователей в различных модификациях и одно сигнализирующее или регулирующее позиционное устройство.

Преобразователи типа ПФФ-К отличаются от преобразователей типа ПФФ тем, что ПФФ-К преобразует входной сигнал с автоматическим вводом коррекции по измеряемому параметру, например, плотность жидкости с автоматическим вводом коррекции по температуре, или расход газа с коррекцией по давлению, температуре и влагосодержанию.

Принципиальные схемы преобразователей типов ПФФ и ПФФ-К показаны на рисунок 26.

Принцип работы электрической схемы преобразователя типа ПФФ (рисунок 26, а) такой же, как в типовом измерительном комплекте с ферродинамическими преобразователями.

В преобразователе ПФФ-К измеряемая э.д.с. Е₁ (рисунок 26,б) ферродинамического преобразователя ПФ первичного прибора 1 и э.д.с. корректирующего чувствительного элемента (например, термометра сопротивления R_t) уравновешиваются э.д.с. Е₂ компенсирующим ферродинамическим преобразователем 2 преобразователя ПФФ-К.

Рисунок 26 Принципиальные схемы преобразователей функциональных:

а – типа ПФФ; б – типа ПФФ-К

В процессе измерения, когда тумблер Т₁ находится в положении «Работа», а тумблер Т₂ – в положении « » ,входная э.д.с. Е₁ поступает на делитель, состоящий из резисторов R₁ и R₂. С резистора R₂ снимается напряжение U_к. Э.д.с. Е₂ компенсирующего преобразователя ПФ поступает на делитель, Э состоящий из резистора R₆ и последователь соединенных резисторов R₅, R₄, R₃ и термометра сопротивления R_t. С делителя снимается компенсирующее напряжение U_к, которое сравнивается с напряжением U_R, и их разность после усиления питает реверсивный двигатель РД. Последний поворачивает рамку компенсирующего ПФ и подвижные системы выходных преобразователей до момента равенства U_R – U_к = 0.

При изменении сопротивления R_t, вызванного изменением температуры измеряемого параметра, изменяется напряжение U_к и двигатель РД поворачивает рамку компенсирующего ПФ до нового равновесия, т.е. вновь восстанавливается равенство U_R – U_к = 0. При изменении измеряемого параметра изменяется э.д.с. Е, которая также компенсируется э.д.с. Е₁ компенсирующего преобразователя 2.

Из принципа действия преобразователя ПФФ-К видно, что угол поворота подвижной системы выходных преобразователей зависит не только от величины входного напряжения, пропорционального измеряемому параметру, но и от его температуры.

При переключении тумблеров Т₁ и Т₂ соответственно в положения «Контроль» и « » на вход усилителя поступает только э.д.с. Е₁ компенсирующего преобразователя. В этом случае стрелка прибора устанавливается на среднюю отметку шкалы для преобразователя ПФ-2 и на начальную – для ПФ-4. Основная погрешность преобразователей ПФФ и ПФФ-К по контрольной шкале ±0,5%.

Основная погрешность выходного сигнала для выходных преобразователей ПФ и ПС составляет ±1,0%, для выходного преобразователя ПП ±1,5%.

Питание от сети переменного тока 2205, 50 Гц.