3. Передающие преобразователи с магнитной компенсацией

Передающие преобразователи с магнитной компенсацией предназначены для преобразования линейного перемещения чувствительного элемента первичного прибора в унифицированный выходной сигнал постоянного тока. Принцип действия таких преобразователей заключается в том, что управляющий магнитный поток, создаваемый в специальном устройстве — индикаторе магнитных потоков при перемещении подвижного элемента — постоянного магнита (перемещаемого чувствительным элементом первичного преобразователя), компенсируется магнитным потоком обратнойсвязи, создаваемым в этом же индикаторе током обратной связи. При этом устанавливается определенная зависимость между выходным током и перемещением подвижного элемента (постоянного магнита), а значит, и значением измеряемой величины.

Рис. 6. Структурная схема преобразователя с магнитной компенсацией

Структурная схема преобразователя приведена на рис. 6. Упругий чувствительный элемент / первичного преобразователя преобразует измеряемую величину у в линейное перемещение х постоянного магнита 2 преобразователя. При перемещении магнита изменяется управляющий магнитный поток , который в индикаторе магнитных потоков3 сравнивается с магнитным потоком обратной связи . На выходе индикатора появляется напряжениеU, пропорциональное разности магнитных потоков , которое усилителем4 преобразуется в выходной токовый сигнал

Выходной токпоступает в линию дистанционной передачи и одновременно в устройство обратной связи 5, выходной ток которогосоздает магнитный поток, компенсирующий магнитный поток. Таким образом, при увеличении измеряемойвеличины у увеличивается смещение магнита х, увеличивается управляющий магнитный потоки, следовательно, необходимы большие выходной токи ток обратной связидля создания магнитного потока, компенсирующего

Устройство обратной связи 5 позволяет установить необходимый закон преобразования . Эта зависимость может быть либо линейной (в приборах для измерения давления, разности давлений, уровня), либо квадратичной (в расходомерах по перепаду давления на сужающем устройстве).

Магнитная система преобразователя состоит из двух магнитопроводов, двух индикаторов магнитных потокови расположенного между ними подвижного магнита. Для упрощения рассмотрения принципа образования магнитного потока рассмотримсхему магнитных потоков лишь в одном магнитопроводе (рис. 7), поскольку схема потоков в другом магнитопроводе аналогична. Основной магнитный поток постоянного магнита / замыкается через магнитопровод2, Меньшие потокиизамыкаются через магнитопровод индикатора магнитных потоков3. Потокиинаправлены навстречу друг другу. Магнитный потокпредставляет собой разность потокови, т. е. результирующий поток, протекающий по магнитопроводу индикатора,

Рис. 7. Схема образования управляющего магнитного потока

В среднем положения магнита (рис. 7, а) потоки иравны и противоположно направлены, поэтому результирующий потокпрактически отсутствует. При смещении магнита, например, вправо (рис. 7,б) от нейтрального положения потокстановится больше потока

и по магнитопроводу индикатора 3 начинает протекать результирующий магнитный потокопределенного направления. Интенсивность этого потока зависит от степени смещения магнита от нейтрального положения. Поскольку магнит смещается чувствительным элементом и, следовательно, это смещение определяется значением измеряемой величины,также зависит от этого значения. На магнитопроводе индикатора размещены обмотка возбуждения, питаемая пульсирующим током, и обмотка обратной связи, по которой протекает постоянный ток обратной связи. Уже указывалось, что преобразователь с магнитной компенсацией содержит один подвижный магнит, два вспомогательных магнитопровода и два индикатора магнитных потоковI и II (рис. 8). Таким образом, электрическая схема преобразователя содержит по две обмотки возбуждения и обратной связи, расположенные на двух разных индикаторах магнитных потоков. Магнитные потоки постоянного магнита и обмотки обратной связив каждом индикаторе направлены навстречу друг другу, а магнитный поток обмотки возбужденияв одном индикаторе (например, /) складывается с, а в другом они вычитаются (рис. 8).

Рис. 8. Конструктивная схема преобразователя с магнитной компенсацией

Преобразование магнитного потокав постоянный выходной ток рассмотрим, используя электрическую схему преобразователя (рис. 9). Обмотки возбужденияиндикаторов / и // и резисторыиобразуют измерительный мост. В одну диагональ этого моста подводится напряжение питания, а с другой снимается выходной сигнал

Работа преобразователя основана на использовании явления магнитного насыщения материала магнитопровода индикатора магнитных потоков. Предположим, что первоначально потоки иравны нулю. В этом случае в магнитопроводе индикаторов присутствуют только магнитные потоки, создаваемые токами возбужденияи. Рассмотрим изменение этих токов во времени. Из-за наличия диодов токиипроходят через обмотку возбуждения только в положительный полупериод напряжения

Рис. 9. Электрическая схема преобразователя с магнитной компенсацией

Рис. 10. Временная диаграмма токов и напряжений в схеме преобразователя с магнитной компенсацией

В промежутке (рис. 10 а,б) свозрастанием возрастают токи возбужденияи, при этом также увеличиваются магнитные потоки

В момент магнитные потокинасыщают магнитопроводы индикаторов, при этом индуктивность и полное сопротивление обмоток резко уменьшаются и значения токов резко возрастают. В интервалетокиизменяются по синусоиде, в интервале токи равны нулю из-за запирания диодов, в момент процесс изменения токов повторяется. Таким образом, в любой момент временипоэтому сигнал, снимаемый сбалластных сопротивлений и, в любой момент также равен нулю (так каки).Присмещении магнита в обоих магнитопроводах появляется поток Ф_м постоянного магнита. Предположим, что в индикаторе I он складывается с потоком Ф_в обмотки возбуждения, а в индикаторе II вычитается (рис. 8). Это приводит к тому, что в магнитопроводе индикатора состояние насыщения наступает раньше (моментна рис. 10,в), чем в магнитопроводе индикатора II (момент на рис. 10,в). Вследствие этого резкое увеличение токапроисходит раньше тока. Следовательно, в интервале ток и, следовательно, падение напряжения, набудет больше, чем на, т. е.. Это напряжение усредняется емкостьюС и поступает на вход усилителя, который преобразует его в выходной токПропорциональный токуток обратной связивызовет появление потока, компенсирующего поток. При этом восстановится приближенное равенстводля любого момента времени.

Нетрудно заметить, что увеличение(при увеличении значения измеряемой величины) требует увеличения, что обеспечивается увеличениеми.Таким образом, устанавливается однозначная зависимость между значениями измеряемой величины и выходного тока.

Статическая характеристика преобразователя определяется видом зависимости. Если, то^:, если , то —постоянные коэффициенты,— смещение магнита). Выходной сигнал преобразователей (унифицированный ток 0—5 мА) через линию дистанционной передачи поступает к вторичным приборам или другим устройствам.

Преобразователи с магнитной компенсацией обладают рядом достоинств; возможностью подключения нескольких вторичных приборов к одному преобразователю, достаточно высокой виброустойчивостью и надежностью. Недостатки — довольно высокая температурная погрешность и невозможность работы в среде, вредно влияющей на элементы электронной схемы усилителей (находящиеся в корпусе первичного преобразователя). К недостаткам следует также отнести большое влияние на погрешность первичного преобразователя погрешностей чувствительного элемента и индикатора магнитных потоков, так как они не охвачены обратной связью. Это ограничивает возможность создания точных приборов с такими преобразователями. Преобразователи этого типа имеют класс 1 и 1,5.

В качестве вторичных приборов используются миллиамперметры с соответствующим диапазоном измерения или многошкальные узкопрофильные приборы системы АСК, имеющие класс 1 и 1,5 (например, M1530, Μ1741 и т. д.).