книги / Электрические аппараты. Общий курс

где Рмакс — наибольшая допустимая мощность резисто­ ра Ro.

При больших сопротивлениях Ro предел увеличения чувствительности ограничивается возможностью пере­ крытия изоляции датчика. В схеме рис. 14-3, в при пере­ мещении ползунка вниз от начального положения ( а = = 0 ) выходное напряжение имеет одну полярность, а при

Рис. 14-3. Схемы включения резистивных датчиков.

перемещении вверх напряжение меняет знак. В схеме рис. 14-3,г при перемещении левого ползунка вниз пра­ вый с помощью механической передачи движется вверх. При этом чувствительность возрастает в 2 раза. Чувст­ вительность резистивных датчиков составляет 3— 5 В/мдо.

Точность работы датчиков зависит от стабильности питающего напряжения £/0, точности изготовления дат­ чика, его температурной стабильности. Поэтому для датчика следует применять проволоку с малым темпера­

лографический гальванометр.

Зная ширину неподвижного контакта, ширину изо­ ляционной пластины и масштаб времени, можно найти время AU, которое требуется для прохождения участка Axi. Пример осциллограммы процесса представлен на рис. 14-4,6.

Скорость на первом участке равна vi=A xi/A ii. Ана­ логично находится скорость на других участках хода.

Достоинством такого датчика является независи­ мость его точности от питающего напряжения.

Преимуществами резистивных датчиков являются: простота конструкции, высокая точность работы (до 0,5% ), малая масса и габариты, высокая стабильность.

Недостатком является наличие подвижного контак­ та, ухудшающего надежность работы и уменьшающего срок службы.

к Г к л /I л я /I л л /I / . Метки Времени

6')

Рис. 14-4. Схема резистивного датчика хода высоковольтных выклю­ чателей.

Резистивные датчики применяются для контроля пе­ ремещений, уровня жидкости (датчик соединяется с поплавком), силы-(датчик соединяется с упругим эле­ ментом, деформируемым силой), размеров.

б) Контактные (релейные) датчики. Д ля контроля размеров деталей, отбраковки негодных изделий широ­ ко применяются контактные датчики (рис. 14-5).

В качестве индикаторов используются лампы тлею­ щего разряда 1—3. Если толщина детали находится в поле допуска, то горит лампа 2. Если толщина детали больше нормы, то замыкаются контакты 4 и 5, загора­ ется лампа 1 и гаснет лампа 2. Если толщина детали меньше нормы, то замыкаются контакты 4 и 6, загора­ ется лампа 3 и гаснет лампа 2.

Теория работы контактов подробно рассмотрена в гл. 3. Здесь необходимо отметить, что точность и надеж­ ность работы датчика зависят от работы контактной системы. Напряжение па контактах и ток в них не должны превышать значений, приведенных в табл. 3-3.

Дугообразование должно быть исключено. Для умень­ шения износа контактов целесообразно применять схем­ ные методы § 3-2.

Следует отметить, что при малом расстоянии между

14-3. Индуктивные датчики

а) Датчики с переменной индуктивностью. Рассмот­ рим простейший датчик, изображенный на рис. 14-6, а. Если пренебречь магнитным сопротивлением стали, по­ током рассеяния и выпучиванием в рабочем зазоре, то согласно § 5-3 индуктивность обмотки L равна:

Ток, протекающий в цепи, выражается уравнением

Г (Я „+ Я )2 +(0)£)2

Индуктивность обмотки L может изменяться за счет изменения зазора ô, площади S или магнитной прони­ цаемости р. Это явление используется в индуктивных датчиках.

стабильностью амплитуды и частоты источника питания, влиянием температуры на активное сопротивление об­ мотки датчика и размеры рабочего зазора.

На рис. 14-7, а и б представлены датчики с попереч­ ным перемещением якоря и его характеристика.

Чувствительность при изменении площади:

где L0 — начальное значение индуктивности датчика при ô = ôo и S = S0; Д0 и AS — изменение зазора и площади.

Таким образом, чувствительность Sô* является нели­

нейной функцией Aô. Для работы с малой нелинейностью целесообразно выбирать Aô/ô0^ 0 ,2 .

Недостаток описанных выше датчиков состоит в том, что на якорь действует сила, создающая механическую нагрузку на элемент, перемещение которого контролиру­ ется. Эта сила согласно § 5-6 разна:

В2

F = Fm sin2 со/ — 2 — — S sin2со/. Po

Для устранения этого недостатка применяют диффе­ ренциальный датчик (рис. 14-8). Ток, текущий через на-

грузку /н равен разности токов 1\ и 1% При увеличении зазора ôi ток 1\ в обмотке w\ увеличивается, а ток / 2 в обмотке w2 уменьшается, так как зазор Ô2— 8—ôi тоже уменьшается.

Токи для каждой из ветвей соответственно будут рав­

ны:

] / (Rn + R f + ^ ^ + k j - J

- | / (#н + R)* + Ш* ^LH+ k

Ток в нагрузке 1а равен:

/е = / 1 - Л .

Зависимость тока в нагрузке от зазора показана на рис. 14-8. По сравнению с рис. 14-6 возрастает крутизна характеристики / H= /( ô ) , характеристика становится более линейной. Если пренебречь активным сопротивле­ нием цепи, то согласно § 5-6 сила, действующая на якорь, от зазора не зависит. Таким образом, в схеме рис. 14-8 на якорь действуют равные и направленные в противопо­ ложные стороны силы.

При передвижении якорю приходится преодолевать только силы тяготения и трения.

Дифференциальные датчики обеспечивают больший предел измеряемой величины, большую чувствительность и меньшую погрешность за счет влияния температуры.

Схемы конструктивных выполнений индуктивных дат­ чиков представлены в табл. 14-2. В датчиках, использу­ ющих изменение зазора б, контролируемый размер нахо­ дится в пределах (0,01— 5)10~3 м. В датчиках с пере­ менной площадью 5 измеряемое перемещение может на­ ходиться в пределах (0,5— 15) 10~3 м.

Если в воздушный зазор вводить профилированный ферромагнитный диск (последняя строка табл. 14.-2), то контролируемый угол достигает 360°. Может быть полу­ чена любая зависимость L = / ( а).

В зазор может вводиться также диск из немагнитного электропроводящего материала. Как показано в § 5-3, введение короткозамкнутого витка (диска) создает реак­

ка, электрической проводимости материала и положения диска в рабочем зазоре.

С целью повышения чувствительности этого датчика он включается в колебательный контур с частотой 10— 15 кГц, ферромагнитный сердечник для уменьшения по­ терь удален.

Катушки индуктивности выполняются в виде двух плоских спиральных обмоток. Диск перемещается между ними.

При изменении положения диска изменяется частота колебательного контура, включенного в цепь сетки элек­ тронной лампы, и в определенном положении возникают условия самовозбуждения генератора. Контролирующий прибор включен в анодную цепь [Л. 14-1]. Устройство имеет очень высокую чувствительность (150 А/мм).

Большим достоинством датчика с немагнитным дис­ ком является малое механическое воздействие датчика на элемент, перемещение которого контролируется.

6) Трансформаторные датчики. Принципиальные схе­ мы датчиков представлены на рис. 14-9. Пои изменении

cùTiomoüyt — также меняется. 26

Происходит перераспределение напряжений 0\ и Ù2.

быть до 2 мм.

Более совершенным является дифференциальный дат­ чик рис. 14-9, б. С некоторым приближением выходное на­ пряжение £/Вых можно найти с помощью уравнений:

0 = 0 , + и 2 Ml

Ut

Таким образом, выходное напряжение прямо пропор­ ционально разности зазоров 6г—ôi.

Для работы при больших перемещениях применяются датчики с изменяемой площадью зазора (рис. 14-9,в).

Для измерения угла поворота используются датчики

споворотной рамкой (рис. 14-9,г). Выходное напряжение

втаком датчике пропорционально синусу угла поворота

форматорных датчиков [Л. *14-1]. Отсутствие переключа­ ющихся контактов является большим преимуществом ин­ дуктивных датчиков.

Индуктивные и трансформаторные датчики нашли ши­ рокое применение для измерения перемещений, деформа­ ций, контроля размеров. Динамические свойства датчи­ ков определяются инерционными свойствами подвижной системы.

Трансформаторные датчики по сравнению с индук­ тивными имеют преимущества — нет гальванической связи между цепью питания и выходной цепью, проще измерительные схемы. Предельное контролируемое пере­ мещение достигает 4 мм.

Относительно большая мощность датчиков (до не­ скольких десятков ватт) позволяет применять их без усилителей. Однако они также широко применяются с мостовыми измерительными схемами [Л. 14-3].

Погрешность преобразования вызывается изменением питающего напряжения, частоты, несинусоидальностью формы тока, изменением окружающей температуры. При­ менением уравновешенных мостовых измерителей по­ грешность от колебания напряжения и частоты может

связана с изменением магнитной проницаемости и актив­ ного сопротивления обмоток. Применяя дифференциаль­ ные датчики, можно компенсировать изменение активно­ го сопротивления от температуры.

в) Магнитоупругие датчики. Ферромагнитные мате­ риалы обладают следующим свойством: если материал

Рис. 14-10. Разновидности магнитоупругих датчиков измерения боль­ ших усилий.

подвергнуть воздействию механических сил, то меняется магнитная проницаемость раЭто явление называется магнитоупругим эффектом, и его можно использовать в датчиках, измеряющих статические, знакопеременные и

няется магнитная проницаемость р и, следовательно,

порционально приложенной силе. Согласно [Л. 14-2] чув­ ствительность датчика выражается формулой