9.2. Дифференциально-трансформаторная система
Принципиальная электрическая схема этой системы теплопередачи показана на рис.9.2. Передающая система состоит из двух индукционных устройств дифференциально-трансформаторного типа. Передатчик 1 и приемник 2 состоят из катушек с первичной 1 и 2 и двумя вторичными а1,а2 и б1,б2 обмотками, внутри которых находятся плунжеры из магнитомягкого материала 3 и 4.
Плунжер передатчика связан с подвижной деталью измерительного прибора-датчика и перемещается внутри катушки соответственно изменению измеряемой величины (на рисунке показано стрелкой).
Первичные обмотки обеих катушек включены последовательно в цепь переменного тока, а вторичные катушки – навстречу одна другой, т.е. как видим, их концы k соединены между собой.
Рис.9.2. Схема дифференциально-трансформаторной системы телепередачи: I – датчик, II – приемник
Из графика зависимости индуцированной э.д.с. от перемещения плунжера (рис.9.3) видно, что при перемещении х плунжера до 5 мм зависимость U(х) практически линейна.
Рис.9.3. График зависимости индуктируемой э.д.с. от перемещения плунжера
Когда плунжеры обеих катушек находятся в среднем положении,
∆U1 = и1 – и2 = 0,
∆U2 = и3 – и4 = 0.
и
∆U = ∆U1 – ∆U2 = 0,
∆U на входе усилителя также будет равно нулю.
Величина тока во вторичной цепи каждой катушки равна
и
где М1, М2, М3 и М4 – коэффициенты магнитной связи в секциях катушек, U – напряжение питания первичной обмотки, Z – полное сопротивление вторичной обмотки каждой катушки, Zн – сопротивление нагрузки.
Результирующий ток
,
(9.1)
где ∆М – результирующий коэффициент магнитной связи.
Чувствительность измерительной схемы по напряжению определяется по формуле:
.
В измерительной схеме с выходом на электронный усилитель можно считать, что Zн = ∞, тогда чувствительность по напряжению равна
Sн = МU. (9.2)
Для определения выходного напряжения измерительной схемы умножим правую и левую части уравнения (9.1) на Zн и получим
.
(9.3)
В выражение (9.3) необходимо ввести сопротивление линии связи Zл, после чего уравнение примет вид:
.
(9.4)
Учитывая выход на электронный усилитель, уравнение (9.4) можно значительно упростить:
∆Uвых = U∆М. (9.5)
Из этого уравнения следует, что напряжение на выходе измерительной схемы не зависит от изменения сопротивления линии. Выходное напряжение разбаланса поступает в электронный усилитель, где усиливается по величине и мощности. Усиленный сигнал разбаланса направляется в управляющую обмотку реверсивного электродвигателя, на оси которого укреплен профилированный диск Д, перемещающий плунжер в катушке приемника до совпадения его положения с положением плунжера в катушке первичного прибора. При синфазности положения обоих плунжеров выходное напряжение становится равным нулю, что вызывает остановку реверсивного двигателя. Одновременно с поворотом профилированного диска поворачивается связанное с ним указывающее устройство вторичного прибора.
При уравновешивании измерительной схемы остается напряжение небаланса порядка 10-12 мВ. Это напряжение определяет порог нечувствительности прибора. Ввиду того, что напряжение небаланса сдвинуто на 90 угловых градусов по отношению к напряжению сигнала, то оно не создает вращающего момента в обмотке двигателя, но, насыщая усилитель, понижает его чувствительность.
Напряжение небаланса может возникнуть из-за разности температур катушек датчика и приемника. Активная составляющая этого напряжения небаланса создает дополнительный вращающий момент и дополнительную погрешность. Изменение разности температур катушек датчика и приемника на каждые 10 градусов вызывает дополнительную погрешность в пределах 0,1-0,15 % диапазона измерения.