5. Электросиловые преобразователи

Электросиловые преобразователи предназначены для преобразования усилия чувствительного элементапервичного прибора в унифицированный сигнал постоянного тока 0—5 или 0—20 мА.

Действие электросиловых преобразователей основано на принципе силовой компенсации: усилие, развиваемое чувствительным элементом под действием измеряемой величины, уравновешивается усилием, действующим на этот же чувствительный элемент со стороны устройства обратной связи.

Принципиальная схема преобразователя с линейной характеристикой представлена на рис. 14. В качестве примера рассмотрен первичный прибор для измерения давления —манометр с силъфоном 1 в качестве чувствительного элемента, преобразующего измеряемое давление в усилие (в таких приборах могут использоваться любые чувствительные элементы, преобразующие измеряемую величину в усилие). Преобразователь состоит из рычажной системы, образованной рычагами 2, 4, 6, подвижной опоры 3, расположенной между рычагами 2 и 4 (опора может смещаться вдоль рычага 4), индикатора рассогласования 5 дифференциально-трансформаторной системы, устройства обратной связи 7 магнитоэлектрической системы, усилителя S и корректора нуля 9.

Рис. 14. Принципиальная схема электросилового преобразователя с линейной характеристикой

Принцип силовой компенсации применительно к этой схеме состоит в том, что в момент равновесия усилие, развиваемое чувствительным элементом , равно усилию, действующему на него со стороны обратной связи.

При изменении измеряемой величины вначале нарушается равенство усилий, что вызывает незначительное перемещение рычажной системы и управляющего плунжера 10 индикатора рассогласования 5. Индикатор рассогласования представляет собой дифференциально-трансформаторный преобразователь (рис. 14, б), выходной сигнал которого зависит от положения плунжера вследствие увеличения взаимной индуктивности между обмотками той секции, к которой плунжер смещается, и уменьшения взаимоиндуктивности обмоток другой секции. Выходной сигнал индикатора поступает на вход усилителя , который усиливает его и преобразует в выходной ток, поступающий к вторичному прибору и последовательно с, ним включенному устройству обратной связи 7. Это устройство представляет собой цилиндрическую катушку, закрепленную на рычаге6, которая находится в кольцевом зазоре постоянного магнита. При протекании через катушку тока образуется компенсирующее усилие

(8)

где —средняя длина витка рамки;— число витков;В — магнитная индукция в зазоре; —постоянный коэффициент.

При изменении положения плунжера индикатора 5 ток изменяется таким образом, чтобы восстановилось нарушенное равенствоМожно установить зависимость междуи измеряемым давлениемпри известных геометрических размерах рычагов.

Зависимость между илегко установить при известных плечах рычагов;

где ,,—опоры рычагов;,— точки приложения сил-, с, l —точки подвижного соединения рычагов.

Так как длина плеч ,,,остается неизменной, то

Используя (8), можем записать

где — постоянный коэффициент. Усилиеи значение измеряемого давлениясвязаны между собой через эффективную площадь чувствительного элемента:

В момент компенсации

Отсюда

(9)

Таким образом, статическая характеристика преобразователя линейна. Из (9) видно, что возможна переградуировка преобразователя путем перемещения подвижной опоры 3 вдоль рычагов 2 и 4 (переградуировка означает изменение диапазона измеряемой величины при прежнем диапазоне изменения выходного тока). Например, для увеличения диапазона измерения необходимо уменьшать ·отношение , т. е. передвигать опору вверх. Корректор нуля служит для установки выходного сигнала, соответствующего начальному значению измеряемой величины.

Принцип действия и схема преобразователя с квадратичной характеристикой аналогичны изображенным на рис. 1. Разница заключается в устройстве обратной связи, которое в этом случае является механизмом электромагнитной системы (стержень втягивается в катушку с током). В этом случае , что и обеспечивает желаемую зависимость между выходным током и измеряемой величиной. Наиболее распространенные типы первичных приборов с электросиловыми преобразователями имеют класс 0,6; 1; 1,5. В качестве вторичных приборов могут быть использованы любые миллиамперметры. Преобразователи с силовой компенсацией обладают тем достоинством, что при их использовании нелинейность характеристик чувствительных элементов не влияет на погрешность первичного прибора из-за незначительности перемещений. Это обеспечивает более высокую точность таких преобразователей по сравнению с любыми из ранее рассмотренных. Кроме того, незначительность перемещений чувствительного элемента дает возможность широкого изменения диапазона измерения (до десятикратного) без замены чувствительного элемента.

Вместе с тем сложность кинематической схемы преобразователя обусловливает их низкую виброустойчивость и эксплуатационную надежность.