Лабораторна робота №4

Деформаційні манометри з вихідними диференційно-трансформаторними перетворювачами

4.1 Мета роботи

Вивчення будови і принцу дії деформаційних манометрів з вихідними диференційно-трансформаторними перетворювачами. Набуття практичних навиків роботи з приладами, які входять в склад лабораторної установки.

4.2 Загальні теоретичні відомості

Диференційно-трансформаторні перетворювачі використовують для перетворення поступального переміщення чутливого елемента в пропорційну зміну модуля комплексної взаємної індуктивності.

Н

4

2

3

2

3

а рис. 4.1 зображені електричні схеми взаємозамінюваного диференційно-трансформаторного перетворювача типу ДТП (а) і ПД (б).

5

1

1

а) б)

Рисунок 4.1 – Електричні схеми диференційно-трансформаторного перетворювача типу ДТП (а) і ПД (б)

Перетворювач типу ДТП має первинну обмотку 1 з двох секцій, з’єднаних послідовно, яка живиться напругою змінного струму. Вторинна обмотка 2 також складається з двох секцій, які намотані зустрічно. До вторинної обмотки підключений дільник, який складається з постійного R₂ та змінного R₁ резисторів. Первинна та вторинна обмотки намотані на каркас котушки, всередині якої знаходиться рухоме осердя 3 виготовлене із сталі, яке пов’язане з чутливим елементом вимірювального перетворювача тиску. Коли є необхідність, осердя розташовують у розділяючій немагнітній трубці, яка знаходиться під вимірюваним тиском.

Створюваний первинною обмоткою перетворювача магнітний потік індукує у секціях вторинної обмотки е.р.с. е₁ та е₂ значення яких залежать від струму живлення первинної обмотки І, частоти напруги живлення та взаємних індуктивностей М₁ та М₂ між секціями вторинної обмотки та первинною обмоткою.

Взаємні індуктивності М₁ та М₂ двох секцій вторинної обмотки дорівнюють одна одній при середньому положенні осердя всередині котушки перетворювача. Завдяки тому, що секції вторинної обмотки включені зустрічно, то за цих умов різниця взаємних індукцій М = М₁ – М₂ дорівнює нулю і результуюча е.р.с. на виході вторинної обмотки також дорівнює нулю.

Під час зміни вимірюваного манометром тиску і відповідному відхиленні пов’язаного з чутливим елементом осердя від середнього положення, значення взаємної індуктивності одної з секцій вторинної обмотки збільшується, а іншої – зменшується. На виході вторинної обмотки різниця взаємних індуктивностей її секцій визначають за формулою:

, (4.1)

де М_н– номінальне значення взаємної індукції (М_н = 0,01 Гн), яке відповідає номінальному переміщенню осердя l_н;

l – відхилення осердя від середнього положення;

 - номінальне значення кута втрат ( = 0,1222 рад).

За цих умов на виході вторинної обмотки з’являється е.р.с. Δl=l₁ – l₂, пропорційна різниці взаємних індуктивностей ΔМ.

Взаємозамінювані диференційно-трансформаторні перетворювачі мають модифікації ДТП-1, ДТП-2 і ДТП-3 з номінальним переміщенням осердя з середнього положення 1,6; 2,5 та 4 мм відповідно. При цьому взаємна індуктивність змінюється від 0 до 10 мГн.

Статична характеристика диференційно-трансформаторних перетворювачів практично лінійна. Нелінійність характеристики не повинна перевищувати 0,5% номінального значення взаємної індуктивності. Під час градуювання перетворювача верхня границя напруги вторинної обмотки і, отже, взаємної індуктив-ності перетворювача можна змінювати на 25% за допомогою регулювального резистора R₁.

диференційно-трансформаторний перетворювач типу ПД (рис. 4.1 б), аналогічний за принципом дії перетворювачу типу ДТП, але має декілька конструктивних відмінностей. Котушка перетворювача складається з двох відокремлених частин, які закріплені на немагнітній трубці 2 з деяким зазором δ. У зазорі між котушками знаходиться пластинчаста пружина 5, яка забезпечує їх фіксоване положення.

Первинна обмотка 1 складається з двох секцій, які включені послідовно і розташовані на різних котушках. Дві секції вторинної обмотки 4 включені зустрічно і також розміщені на різних котушках. Осердя 3 з’єднане з чутливим елементом вимірювального перетворювача тиску.

Основна різниця перетворювача типу ПД від ДТП полягає у відсутності на вході вторинної обмотки дільника з регульованим опором. Під час градуювання перетворювача типу ПД верхню границю напруги вторинної обмотки і, отже, взаємної індуктивності, можна змінювати шляхом зміни регульованого зазору δ між котушками.Перетворювачі типу ПД мають модифікації ПД3, ПД4 та ПД5 з номінальним переміщенням осердя з середнього положення  1,5;  2 та  1,5 мм відповідно. Границі зміни модуля взаємної індуктивності між первинною та вторинною обмотками перетворювачів типу ПД при номінальному переміщенні осердя дорівнюють (–10…0…+10) мГн, що відповідає границі зміни напруги на виході вторинної обмотки (–1…0…+1) В.Яскравим представником деформаційних манометрів з вихідним дифтрансформаторним перетворювачем є безшкальний манометр з одновитковим чутливим елементом типу МЕД (рис. 4.2).

Манометр типу МЕД складається з одновиткового чутливого елемента 1, закріпленого у тримачі 4 із з’єднувальним штуцером 5. На тримачі жорстко закріплена котушка 9 дифтрансформаторного перетворювача, всередині якої вільно переміщується осердя 8, шток 10 якого за допомогою важеля 11 прикріплений до вільного кінця трубчастого чутливого елемента. У верхній частині тримача розміщені постійний 7 та регулювальний 3 резистори, які шунтують вторинну обмотку котушки перетворювача. З’єднувальні проводи виведені із задньої стінки корпуса ЗВТ крізь роз’ємне контактне з’єднання 2.

Рисунок 4.2 – Безшкальний манометр типу МЕД

Манометри типу МЕД класу точності 1 і 1,5 виготовляють у вигляді манометрів надлишкового тиску (нижня границя вимірювання – 0, верхня границя – від 0,1 МПа до 160 МПа), мановакуумметрів (нижня границя – 0,1 МПа, верхня границя – від +0,06 до +2,4 МПа) та вакуумметрів (нижня границя – 0,1 МПа, верхня границя – 0).

Принцип роботи манометра типу МЕД у комплекті з вторинним перетворювачем розглянутий на прикладі вторинного перетворювача дифтрансформаторної системи типу КСД2 (рис. 4.3).

Дифтрансформаторний перетворювач І манометра з’єднаний з вторинним перетворювачем чотирма проводами, два з яких служать для живлення первинної обмотки А₁, а інші для підведення е.р.с., яка розвивається у вторинній обмотці, до вимірювальної схеми порівняння

У вторинному перетворювачі розташований дифтрансформаторний блок ІІ, осердя якого кінематично пов’язане за допомогою кулачка К з валом реверсивного двигуна РД. Дифтрансформаторний перетворювач ІІ разом з кінематичною схемою створюють зворотній зв’язок вимірювальної схеми.

Будова та статичні характеристики дифтрансформаторних перетворювачів І та ІІ однакові, однак у середній частині дифтрансформатора ІІ розташована додаткова вторинна обмотка ІІІ, шунтована регульованим резистором, яку використовують для корегування електричного нуля вторинного перетворювача.

Первинні обмотки А_І і А_ІІ котушок перетворювача з’єднані послідовно і живляться напругою 24 В змінного струму частотою 50 Гц від клем а та в силового трансформатора електронного підсилювача ЕП. Вторинні обмотки перетворювачів І та ІІ, які складаються з двох зустрічно ввімкнених секцій (В_І, С_І та В_ІІ, С_ІІ), разом з додатковою вторинною обмоткою ІІІ (В_ІІІ, С_ІІІ) також з’єднані послідовно і підключені до вхідних клем с та d електронного підсилювача, створюючи вимірювальну схему порівняння.

При однакових положеннях осердь взаємні індуктивності, а, отже індуковані у вторинних обмотках обох котушок е.р.с. дорівнюють одна одній і взаємно компенсуються. Алгебраїчна сума цих сигналів на вході електронного підсилювача дорівнює нулю, і вимірювальна система знаходиться у стані рівноваги.

Рисунок 4.3 – Вторинний перетворювач дифтрансформаторної системи типу КСД2

Зміна вимірюваного за допомогою манометра тиску і відповідне переміщення осердя в котушці 1 приводить до появи різниці е.р.с. на вході електронного підсилювача, причому значення різниці цих е.р.с. (напруга незбалансованості) пропорційна відхиленню осердя, а фазу визначають за напрямком переміщення осердя від стану, що встановився.

В електронному підсилювачі (ЕП) напруга підсилюється за значенням та потужністю, що приводить до обертання валу асинхронного реверсивного двигуна, керуюча обмотка якого приєднана до вихідних затискачів е та к підсилювача, а обмотка збудження за допомогою фазозсувних конденсаторів живиться від мережі змінного струму.

Обертання вала асинхронного реверсивного двигуна приводить до обертання кулачка К, який перетворює обертальний рух у поступове переміщення осердя диф-трансформаторного передачі ІІ вторинного перетворювача. Одночасно обертання вала двигуна приводить до переміщення рухомої каретки (вказівника і пера) відлікового пристрою відносно шкали та рухомої діаграми ЗВТ.

Обертання вала асинхронного реверсивного двигуна здійснюється до моменту зникнення напруги незбалансованості на вході електронного підсилювача, тобто до настання відповідності положень осердь обох дифтрансформаторних перетворювачів.

Таким чином, кожному значенню вимірюваного манометром тиску відповідає однозначне положення вказівника вторинного перетворювача.

Корегування нуля вторинного перетворювача виконують зміною положення повзунка резистора R₁, який змінює сигнал незбалансованості на вході підсилювача. Слід підкреслити, що переміщення осердя у котушці ІІ не впливає на е.р.с., яка створюється вторинною обмоткою ІІІ тому, що остання розташована у середній частині котушки ІІ і всередині її завжди знаходиться осердя.

Для перевірки правильності роботи вторинного перетворювача служить кнопка В1 (“контроль”), натискання якої перемикає вторинні обмотки І та ІІІ. За цих умов на вхід підсилювача подається напруга від вторинної обмотки котушки ІІ, що приводить до обертання вала реверсивного двигуна до встановлення осердя цієї котушки у середнє положення, а стрілки ЗВТ – навпроти контрольної позначки шкали.

Привід діаграмної стрічки здійснюється за допомогою синхронного двигуна СД. Швидкість руху діаграмної стрічки можна змінювати шляхом зміни передавального відношення редуктора електродвигуна.

Манометр типу МЭД може працювати у комплекті з будь-яким іншим вторинним перетворювачем дифтрансформаторної системи.