3.6.2. Измерительные цепи.
Основная измерительная цепь с емкостными преобразователями – неравновесный мост переменного тока, имеющий однако существенные особенности по сравнению с мостами с индуктивными преобразователями:
1. Мост необходимо питать от генераторов высокой частоты (100 кГц… 10 МГц). Дело в том, что значения емкостей у емкостных преобразователей небольшие: обычно это 10…100 пФ. Их емкостное сопротивление даже на средних частотах в несколько килогерц очень велико. Например, у ёмкости 100 пФ на частоте 1 кГц это сопротивление примерно равно 1,6 МОм. Поэтому выходное сопротивление моста будет тоже очень большим и измеритель напряжения, подключаемый к диагонали моста, будет оказывать шунтирующее действие.
2. С малой рабочей ёмкостью преобразователя соизмеримы паразитные ёмкости между соединительными проводами, они могут существенно исказить результаты измерений, если не принять меры по тщательной экранировке. {3К19}
ВОПРОСЫ:
1. Что представляет собой емкостной измерительный преобразователь? Для измерения каких неэлектрических величин он используется?
2. Каков принцип действия емкостного измерительного преобразователя?
3. Нарисуйте простейшие схемы включения емкостных измерительных преобразователей.
3.7. Индукционные измерительные преобразователи.
3.7.1 Принцип действия.
Принцип действия индукционного ИП иллюстрирует рис. 3.13. Постоянный магнитный поток Φ пронизывает контур, совершающий возвратно-поступательное движение небольшого размаха l (вибрация). При этом в контуре наводится ЭДС, пропорциональная скорости движения:
,
где S – коэффициент преобразования скорости в ЭДС.
Рис. 3.13. Принцип действия индукционного преобразователя.
На рис. 3.14 показана конструкция 1 индукционного преобразователя, предназначенного для измерения вибрации. Магнитный поток, созданный в магнитопроводе постоянными магнитами, пересекает витки вибрирующей катушки и в ней индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости вибрации.
Рис. 3.14. Конструкция 1 индукционного преобразователя.
Когда расстояние между вибрирующим объектом и неподвижной базой велико, применяют конструкцию 2, показанную на рис. 3.15.
Рис. 3.15. Конструкция 2 индукционного преобразователя.
Постоянный магнит с полюсными наконечниками висит на мягких пружинах и практически неподвижен относительно базы, а катушка вместе с объектом вибрирует относительно него; в ней на водится ЭДС, пропорциональная скорости вибрации. Уравнение для сил, приложенных к подвижной части, можно представить в виде
,
где m – масса подвижной части; z – перемещение подвижной части относительно базы; Р – коэффициент демпфирования; y – перемещение подвижной части относительно вибрирующего объекта; W – коэффициент жёсткости пружин.
Здесь первое слагаемое – это сила инерции подвижной части (произведение массы на ускорение); второе – сила демпфирования, третье – сила, возникающая от сжатия и растяжения пружин. Если сила демпфирования мала и ей можно пренебречь, то
Если перемещение вибрирующего объекта относительно неподвижной базы обозначить x, то z = x + y и тогда
Если масса большая, а пружины мягкие, то
>> Wy
и тогда
а, следовательно, y = - x, т.е. z = 0 – магнит висит неподвижно относительно базы.
ЭДС, индуцируемая в катушке, пропорциональна скорости вибрации катушки относительно магнита, а значит и скорости вибрации объекта относительно базы:
Параметрами
вибрации являются перемещение l;
скорость
и ускорение
.
Если предположить, что вибрация является
синусоидальной, то
l
= lmsinωt;
где lm; ωlm; ω2lm – амплитуды перемещения, скорости и ускорения.
В этом случае достаточно знать круговую частоту ω = 2πf и одну из трёх амплитуд, чтобы найти две других.