2.3. Трансформаторный преобразователь с подвижной обмоткой

На рисунке 4 показан преобразователь простейшей конструкции. Его магнитопровод 1 собран из П-образных пластин трансформаторной стали или изготовлен из сплошного ферромагнитного материала. Обмотка возбуждения 2, размещенная в основании магнитопровода, выполненная в виде катушки. Измерительная обмотка 3 размещена на одном из стержней магнитопровода и может свободно перемещаться вдоль него.

При подключении обмотки возбуждения к источнику переменного тока создается магнитный поток, замыкающийся между стержнями магнитопровода. Максимальное значение магнитного потока будет в сечении с координатой X_max и минимальное – в сечении с координатой X=0.

Рис. 4.Трансформаторный преобразователь перемещения с подвижной обмоткой

Так как подвижная катушка 3 охватывает один из стержней

магнитопровода, то при перемещении катушки вдоль стержня происходит изменение её потокосцепления, что приводит к изменению величины трансформированной в ней ЭДС

(3)

В случае пренебрежения магнитным сопротивлением стали R_μ включает в себя магнитное сопротивление участка воздушного зазора между стержнями, ограниченного координатой X, и определяется как

(4)

Подставляя (2.3.2.) в (2.3.1.), получим

(5)

Вид этой характеристики показан на рисунке 6

Рис. 6.Статическая характеристика преобразователя с подвижной обмоткой

Для увеличения чувствительности

(6)

Необходимо:

1. увеличить ампер-витки обмотки возбуждения (в области до насыщения стали магнитопровода);

2. увеличить число витков измерительной обмотки;

3. увеличить ширину магнитопровода b;

4. уменьшить расстояние между стержнями h;

Источники основной погрешности:

1. влияние магнитного сопротивления стали, которое может достигать 3-5% от общего сопротивления;

2. непостоянство размеров h и b по длине магнитопровода;

3. влияние собственных температур;

4. влияние поперечного люфта.

Источники дополнительной погрешности:

1. влияние внешней температуры на размеры h и b, на R_b и R_{μ ст};

2. колебание частоты;

3. колебание питающего напряжения;

4. влияние внешних магнитных полей и ферромагнитных масс.

Внешние магнитные поля могут внести погрешность в характеристику преобразователя при неблагоприятном расположении магнитопровода преобразователя по отношению к внешнему полю. Внешнее магнитное поле складывается (вычитается) с магнитным полем в стержнях и в воздушном зазоре.

Наиболее неблагоприятное расположение магнитопровода преобразователя к внешнему полю Ф_вн такое, когда силовые линии поля перпендикулярны стержням магнитопровода.

Обобщая изложенный материал о трансформаторных преобразователях, можно сделать следующий вывод.

Трансформаторные преобразователи используются для измерения перемещений – линейных и угловых, в качестве компенсирующих элементов в компенсаторах переменного тока, в качестве чувствительных элементов при контроле за положением подвижных элементов (преобразователи с подвижными сердечниками, обмотками и экранами); в качестве компенсирующих элементов в автокомпенсационных системах, а также в качестве счетно-решающих элементов: функциональных преобразователей, суммирующих, моделирующих и множительно-делительных устройств (все виды).

Основным преимуществом трансформаторных преобразователей является отсутствие гальванической связи между цепями питания и выхода, а также возможность получения выходного сигнала большей величины, чем питающее напряжение.

Трансформаторные преобразователи представляют собой амплитудные модуляторы, поэтому для уменьшения динамической погрешности частота питающего напряжения должна быть в 10 – 20 раз больше, чем максимально возможная частота изменения входной величины.

10