9.4. Электромагнитные измерительные преобразователи

Задание

Построить модель для исследования индуктивного измерительного преобразователя по трансформаторной дифференциальной схеме. Определить выходное напряжение схемы U для значения сопротивления нагрузки R_n = 6 кОм, выхода источника переменного измерительного напряжения 10 В с частотой 10 кГц и отклонений индуктивностей в двух обмотках преобразователя соответственно на 55% и 45% от номинального значения 0,2 Гн по построенной модели. Определить расчетное значение выходного напряжения схемы для тех же значений ее параметров и сравнить его с результатом моделирования.

Пояснения к работе

Преобразователи перемещения в изменение индуктивности называются индуктивными преобразователями. Если пренебречь потоками рассеяния, то значения индуктивности L и взаимоиндуктивности М можно рассчитать по формулам

,

,

где w₁, w₂ – число витков первичной и вторичной обмотки, R_м – сопротивление ферромагнитного участка магнитной цепи, включая якорь, R_в – сопротивление воздушного зазора между якорем и основным магнитопроводом.

Дифференциальные индуктивные преобразователи содержат дополнительный магнитопровод, зеркально расположенный относительно основного. Схема включения такого преобразователя приведена на рис. 9.3.

Рис. 9.3. Схема включения дифференциального индуктивного преобразователя

Схема содержит трансформатор Т, к вторичной обмотке которого подключены обмотки преобразователя L₁ и L₂. Нагрузка R_n подключается между средней точкой вторичной обмотки трансформатора и средней точкой обмоток преобразователя.

Ток, протекающий по сопротивлению нагрузки, равен разности токов через обмотки преобразователя. Полагая, что на выходе каждой вторичной обмотки напряжение равно U₀, ток нагрузки можно определить по формуле

,

где , , f – рабочая частота источника измерительного напряжения. После нахождения тока нагрузки выходное напряжение схемы рассчитывается как

U = I R_n .

Полученное значение сравнивается с показаниями милливольтметра на выходе схемы моделирования.

9.5. Пьезоэлектрические измерительные преобразователи

Задание

Построить модель для исследования пьезоэлектрического измерительного преобразователя по схеме с усилителем заряда. Измерительный преобразователь имитируется источником постоянного напряжения Uи = 1 В и конденсатором Си = 1 нФ, сопротивление утечки R = 1000 МОм, емкость соединительного кабеля С = 1 нФ, запоминающая емкость усилителя С_a = 1 нФ, коэффициент усиления усилителя А = 100. Определить выходное напряжение схемы по осциллограмме и сравнить его с расчетным значением.

Пояснения к работе

Принцип действия пьезоэлектрического измерительного преобразователя основан на использовании прямого или обратного пьезоэффектов. Прямой пьезоэффект заключается в способности некоторых материалов генерировать электрические заряды при приложении к ним механической нагрузки. Обратный пьезоэффект заключается в изменении механического напряжения или геометрических размеров образца материала под воздействием электрического поля.

Количественно пьезоэффект характеризуется пьезомодулем

,

где Q – генерируемый заряд, F – воздействующая сила.

Схема подключения пьезоэлектрического измерительного преобразователя с усилителем заряда показана на рис. 9.4.

a

Рис. 9.4. Схема подключения пьезоэлектрического измерительного преобразователя с усилителем заряда

Эта схема позволяет уменьшить влияние емкости соединительного кабеля на выходное напряжение. Расчетное значение выходного напряжения схемы определяется в соответствии с выражением

U_вых = .

После нахождения расчетного значения оно сравнивается со значением выходного напряжения, полученного по осциллограмме.