книги / Электрические аппараты

ствительность резистивных датчиков может быть 3— 5 В/мм.

Погрешность работы датчиков зависит от стабильности питающего напряжения U0, точности изготовления конст­ руктивных деталей, температурной стабильности использо­ ванного проводникового материала. Для повышения темпе­ ратурной стабильности следует применять проволоку с ма­ лым температурным коэффициентом сопротивления.

В качестве примера применения резистивного датчика рассмотрим устройство для регистрации скорости контактов силовых коммутационных аппаратов, например высоко-

S)

а)

Рис. 13.4. Резистивный датчик хода контактов высоковольтных выклю­ чателей

вольтных выключателей. С подвижным контактом выклю­ чателя жестко связывается подвижный контакт датчика (рис. 13.4, а). Выходное напряжение датчика подается че­ рез добавочный резистор R на осциллографический гальва­ нометр ОГ.

Зная ширину неподвижного контакта датчика, ширину изоляционной пластины и масштаб времени, можно найти время А^ь которое требуется для прохождения участка Ajci. Осциллограмма процесса представлена на рис. 13.4,6.

его точности от питающего напряжения U0.

Резистивные датчики применяются для измерения

рассмотрена в гл. 3. Напряжение на контактах и ток через них не должны превышать значений, приведенных в табл. 3.3. Дугообразование должно быть исключено. Для уменьшения износа контактов целесообразно применять схемные методы §3.2.

привести к интенсивной эрозии контактов. Мощность,

ного датчика находится в пределах 1—2 мкм.

13.3. БЕСКОНТАКТНЫЕ ДАТЧИКИ

а) Индуктивные датчики. Рассмотрим простейший ин­ дуктивный датчик (рис. 13.6, 13.7). Если пренебречь маг­ нитным сопротивлением стали, потоками рассеяния и выпу­ чивания, то согласно § 5.3 индуктивность обмотки

V (Rb + R)* + № .

Индуктивность обмотки L и протекающий по ней ток / могут изменяться за счет изменения зазора ô или его пло­

Погрешности индуктивных датчиков определяются ста­ бильностью напряжения и частоты источника питания, вли­

при изменении площади

^ __ ДА _ Lq

' ~ ~A S~~S^ ’

где L0 — начальное значение индуктивности датчика при

б = бо и S = S0; ôo, S0 — длина зазора и его площадь в нача­ ле хода; Дб и ÀS — изменение зазора и площади.

Таким образом, чувствительность Sô является нелиней­ ной функцией Дб. Для работы с малой нелинейностью целе­ сообразно выбирать Дб/б0^ 0 ,2 .

На якорь описанных выше датчиков действует сила, со­ здающая механическую нагрузку на элемент, перемещение которого контролируется. Эта сила (§ 5.6)

q 2

Р = Рт sin3 at = 2 —— 5 sin2 at. Ио

Для устранения этого недостатка применяются диффе­ ренциальные датчики. Дифференциальный датчик содержит две совершенно одинаковые и симметрично расположенные электромагнитные системы (рис. 13.8, а).

Токи в обмотках wu w2 соответственно равны

где k — конструктивный фактор, R — активное сопротивле­ ние обмотки.

При увеличении зазора ôi ток Д в обмотке w1 увеличи­ вается, а ток / 2 в обмотке w2 уменьшается, так как зазор ô2 = ô—ôi тоже уменьшается.

Зависимость тока в нагрузке от зазора показана на рис. 13.8, б. По сравнению с рис. 13.6, б возрастает крутизна этой зависимости, и она становится более линейной. Если пре­ небречь активным сопротивлением цепи, то согласно § 5.6 сила, действующая на якорь, не зависит от зазора и поток,

нулю. Таким образом, в дифференциальном датчике отсут­ ствуют механические воздействия на контролируемый эле­ мент.

Потери в стали магнитопроводов и изменения активного сопротивления обмоток при воздействии температуры не оказывают существенного влияния на погрешность измере­ ний, так как взаимно компенсируются в параллельных пле­ чах дифференциальной схемы. Применение дифференци­ альных датчиков обеспечивает расширение пределов изме­ рений и повышение чувствительности. Некоторые конструк­ тивные исполнения индуктивных датчиков показаны в табл.

диск из немагнитного электропроводящего материала, то это аналогично появлению в магнитной системе короткозамкну­ того витка. Как показано в § 5.3, введение короткозамкну­ того витка (диска) создает реактивное магнитное сопротив­ ление ХтА. Тогда индуктивность

Магнитное сопротивление Хтк зависит от формы диска, его электрической проводимости и положения в рабочем зазоре. С целью повышения чувствительности такой датчик может быть включен в колебательный контур с частотой 10— 15 кГц. Для уменьшения потерь катушки датчика вы-

--4 Таблица 13 1. Конструктивные исполнения индуктивных датчиков

О

Входное пе­ Тип системы Схема ремещение, Примечание

мм

полняются в виде двух плоских обмоток без магнитопровода, между которыми перемещается диск.

При изменении положения диска изменяется частота ко­ лебательного контура, включенного в цепь сетки электрон­ ной лампы, и в определенном положении возникают условия самовозбуждения генератора. Контролирующий прибор включен в анодную цепь [13.1]. При работе в такой схеме датчик имеет очень высокую чувствительность. Большим достоинством датчика с немагнитным диском является.ма­ лое механическое воздействие датчика на контролируемый элемент.

Таким образом, выходное напряжение прямо пропорцио­ нально разности зазоров бг—бь При больших перемещениях применяются датчики с изменяемой площадью зазора (рис. 13.9, в).

При угловых перемещениях контролируемого элемента используются датчики с поворотной рамкой (рис. 13.9, г). Выходное напряжение в таком датчике пропорционально синусу угла поворота якоря а:

Рис. 13.9. Трансформаторные датчики:

я —трансформаторный датчик с одним магнитопросодом; б —дифференциальный трансформаторный датчик; в —трансформаторный датчик С изменяемой пло« щадью зазоров; г —датчик с поворотной рамкой

где wp — число витков рамки; В — максимальное значение индукции в рабочем зазоре, Тл; 5 Р — площадь рамки, м2; а — угол поворота.

Трансформаторные датчики выгодно отличаются от ин­ дуктивных отсутствием гальванической связи между цепью питания и выходной цепью, а также простотой измеритель­ ных схем. Относительно большая мощность датчиков (до нескольких десятков ватт) позволяет применять их без про­ межуточных усилителей. Они также широко применяются с мостовыми измерительными схемами [13.3]. За счет при­ менения дифференциальных схем включения погрешности, вызванные изменением питающего напряжения, частоты, несинусоидальностью формы тока, изменением окружаю­ щей температуры, могут быть снижены до 0,5—0,1 %.

Индуктивные и трансформаторные датчики нашли ши­ рокое применение для измерения перемещений, деформа­ ций, контроля размеров и т. и.

его магнитная проницаемость раЭто явление, называемое магнитоупругим эффектом, используется в датчиках для измерения статических, знакопеременных и быстро изменя­ ющихся механических нагрузок. В магнитоупругих датчи­

В датчиках на рис. 13.10, в и г за счет изменения магнитной проницаемости изменяется взаимная индуктивность обмо-

В пределах упругой деформации А 1/1=о/Е, где а — ме­ ханическое напряжение в ферромагнитном материале; Е — модуль упругости.

Изменение проницаемости Дра/цо можно выразить че­