8.1.4. Измерительные цепи индуктивных ип

Основными измерительными цепями индуктивных ИП являются мостовые цепи (рис. 8.3 а, б, в). Иногда индуктивный преобразователь включается в делитель напряжения (рис. 8.3 г) или колебательный L – C контур генератора. Наиболее распространенной является мостовая измерительная цепь, работающая в неравновесном режиме, при этом ток в нагрузке сдвинут по фазе относительно напряжения питания. Уравновешивание моста в начальном положении производится по двум составляющим.

а) б) в) г)

Рис. 8.3

8.2. Трансформаторные ип

8.2.1. Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки

Принцип действия трансформаторных (взаимоиндуктивных) ИП основан на изменении взаимной индуктивности между двумя обмотками под действием входного сигнала. Одна из обмоток является намагничивающей, а с другой снимается напряжение.

Конструкции магнитной цепи трансформаторных и индуктивных ИП одинаковы, отличаются они числом обмоток. Трансформаторные ИП с изменяющимся воздушным зазором (рис. 8.4 а) и переменной площадью воздушного зазора (рис. 8.4 б) состоят из магнитопровода 1, на который намотаны две обмотки 2 (обмотка возбуждения) и 3 (вторичная обмотка), и подвижного якоря 4 из ферромагнитного материала. При перемещении подвижного якоря изменяется магнитное сопротивление R_М и взаимная индуктивность М между обмотками. Если ток I₁, протекающий по обмотке 2, остается постоянным, то ЭДС индуктированная во вторичной обмотке 3, будет определяться как

Е₂ = j w₁ w₂ I₁/ R_М, (8.8)

где w₁ и w₂ - число витков обмотки возбуждения и вторичной обмотки;  - частота.

Подставив в (8.8) выражение для магнитного сопротивления (8.2), получим уравнение преобразования трансформаторного преобразователя с переменным воздушным зазором (рис. 8.4 а)

Е₂ = j₀ Q  w₁ w₂ I₁/ (2 + l_СТ/_r)  j₀ Q  w₁ w₂ I₁/ 2. (8.9)

а) б) в)

г) д)

Рис. 8.4

В преобразователе (рис. 8.4 в) обмотка 3 выполнена в виде рамки, которая может поворачиваться в кольцевом зазоре полюсных наконечников 4. При включении обмотки 2 в цепь переменного тока в обмотке 3 наводится ЭДС Е₂. При повороте рамки 3 значение ЭДС Е₂ изменяется. Функция преобразования трансформаторного ИП с подвижной обмоткой может быть записана в виде [9]

Е₂ = 2  w₂ U_~/ (w₁), (8.10)

где  – угол поворота рамки относительно горизонтального положения _О.

В крайних положениях рамки (₁ и ₂) индуктированная в ней Е₂ имеет максимальное значение. В горизонтальном положении (_О ) рамки 3 ЭДС Е₂ равна нулю, причем при переходе рамки через горизонтальное положение ЭДС меняет фазу на 180^О. Для сдвига характеристики преобразования последовательно с обмоткой 3 включают дополнительную обмотку 5. В данных преобразователях могут быть использованы ферродинамические измерительные механизмы и сами преобразователи иногда называют ферродинамическими [10].

В преобразователе с распределенными параметрами (рис. 8.4 г) при перемещении подвижной обмотки в воздушном зазоре изменяется полный поток, сцепляющийся с витками подвижной обмотки. Если магнитное сопротивление участка магнитопровода 1, по которому перемещается подвижная обмотка 3, мало по сравнению с магнитным сопротивлением воздушного зазора, то зависимость индуктированной ЭДС Е₂ практически линейно зависит от перемещения обмотки 3. Изменяя профиль магнитопровода, можно получить заданную функцию преобразования трансформаторного ИП.

К достоинствам трансформаторных ИП можно отнести: 1) отсутствие гальванической связи между цепями питания и выхода; 2) возможность их использования без измерительных схем.

К недостаткам относятся влияние перемещения подвижного якоря на ток в первичной цепи.

Область применения трансформаторных ИП аналогична области применения индуктивных ИП.