Індукційні перетворювачі - студопедія

Принцип дії і конструкція. Індукційним перетворювачем називається перетворювач, принцип дії якого заснований на законі електромагнітної індукції. Перетворювач має котушку. При впливі вхідної величини на перетворювач змінюється потокозчеплення котушки із зовнішнім по відношенню до котушки магнітним нулем. При цьому в котушці наводиться ЕРС

де w - число витків котушки; Ф - проходить через неї потік; Q - площа, через яку проходить цей потік; В - індукція магнітного поля.

ЕРС в котушці може наводитися при зміні в часі будь-який з перерахованих величин w, В, Q.

Як приклад розглянемо перетворювач, який являє собою магнітну систему з постійним магнітом, в повітряному зазорі якої переміщується котушка (рис. 15). При русі котушки зі зміною х змінюється площа котушки, що знаходиться в магнітному полі, Q = b х. Це призводить до зміни потокосцепления # 968; = WBbx, і в котушці наводиться ЕРС

Індукційні перетворювачі служать для перетворення лінійної dx / dt або кутовий da / dt швидкості переміщення котушки щодо магнітного поля в ЕРС. Вони є генераторними перетворювачами і перетворять механічну енергію в електричну.

Розрізняють ряд типів перетворювачів:

• Перетворювачі швидкості вібрації
• Тахометрические перетворювачі
• імпульсні перетворювачі

Похибка індукційних перетворювачів. ЕРС індукційних перетворювачів пропорційна швидкості переміщення котушки лише за умови, що індукція В постійна протягом усього шляху її переміщення. Мінливість індукції викликає виникнення похибки.

Похибка індукційних перетворювачів також багато в чому залежить від струму, який споживає вторинний перетворювач. Проходячи по вимірювальної обмотці індукційного перетворювача, цей струм створює магнітне поле, яке згідно з правилом Ленца направлено зустрічно напрямку основного поля і виробляє розмагнічуюче дію. Внаслідок цього сумарна індукція зменшується, зменшується і ЕРС перетворювача. Це явище, яке має місце в електричних машинах і, зокрема, в тахометрических перетворювачах називається реакцією якоря. Внаслідок реакції якоря зменшується чутливість тахометричного перетворювача і його функція перетворення стає нелінійної, що призводить до похибки. Для зменшення похибки слід зменшити струм перетворювача. Є також конструктивні методи зменшення цієї похибки.

Принцип дії і конструкція. Робота Магнітопружний перетворювача заснована на магнітопружному ефекті. Як відомо, феромагнітні речовини мають області мимовільного намагнічування (домени). В не намагніченому стані речовини домени орієнтовані хаотично і магнітні моменти окремих доменів компенсують один одного. При приміщенні феромагнітного тіла в магнітне поле домени орієнтуються в його напрямку. У слабкому полі орієнтація часткова; в сильному полі при магнітному насиченні матеріалу орієнтуються всі домени. Орієнтація доменів викликає збільшення магнітної індукції, характерне для феромагнітних матеріалів.

Якщо на намагнічений! П> 1й зразок феромагнітного тіла впливати зовнішньої механічної силою, то тіло деформується, домени змінять свою орієнтацію і індукція в матеріалі змінюється. Явище має пружний характер. Якщо силу зняти, то індукція прийме колишнє значення. Оскільки абсолютна магнітна проникність речовини

то при заданій напруженості поля Hізмененіе індукції В еквівалентно зміни магнітної проникності.

Зміна індукції або магнітної проникності в феромагнітних тілах при дії на них сили називається Магнітопружний ефектом.

Схеми включення. Магнитоупругие індукційні перетворювачі включаються в мостові вимірювальні ланцюга. В плече, суміжне з вимірювальним перетворювачем, включається такий же перетворювач для компенсації адитивних похибок. Він зазвичай не навантажується - прилад будується по диференціальної схемою першого типу. Харчування моста здійснюється від феррорезонансного стабілізатора.

Схема включення трансформаторного магнітоанізотропного перетворювача приведена на рис 16. Первинна обмотка 1 харчується від феррорезонансного стабілізатора 2. На виході у ненагруженного перетворювача є деяке залишкове напруга. Для його компенсації в ланцюг включений резистор R, на який подається напруга через фазоссуваючу ланцюжок 3, Напруга живлення перетворювача вибирається так, щоб режим його роботи був близький до режиму насичення магнітного кола. При цьому на виході перетворювача є напруга верхніх гармонік значної величини. Для захисту від гармонік схема містить фільтр верхніх частот 4. Напруга випрямляється двухполуперіодним випрямлячем 5 і подається на магнітоелектричний вимірювальний механізм 6. Фільтр нижніх частот 7 служить для згладжування пульсацій випрямленої напруги. При вимірі швидкозмінних процесів в якості вимірювального механізму включається гальванометр свeтолучевого осцилографа.

Магнитоупругие трансформаторні перетворювачі можуть працювати також з автоматичними потенціометрами змінного струму.

Похибка магнитоупругих перетворювачів. Ф ункції перетворення магнитоупругих перетворювачів, як правило, нелінійна. Є ряд методів зменшення нелінійності. Нелінійність зменшується при скороченні допустимі межі вимірюваної сили; якщо поряд з вимірюваної силою перетворювач навантажується деякої додаткової постійної силою; при відповідному виборі магнітного режиму перетворювача; при застосуванні магнітоанізотропних матеріалів, що мають різну магнітну проникність в різних напрямках. Такі матеріали отримують в результаті певної технологічної обробки - кування, протягання, прокатки і т. Д. Застосування цих заходів дозволяє зменшити похибку, яка відбувається внаслідок нелінійності, до 1,5 -2%.

Функція перетворення при збільшенні навантаження магнитоупругих перетворювачів відрізняється від функції перетворення при зменшенні навантаження. Ця відмінність має гістерезисний характер і обумовлено магнітним і механічним гистерезисом. При статичних вимірах гистерезис перетворювача більше, ніж при динамічних. Для зменшення похибки, викликаної гистерезисом, рекомендується виготовляти перетворювачі з матеріалів, що мають якомога більший межа пружності і можливо меншу петлю магнітного гистерезиса. Максимальні механічні напруги в магніто пружному матеріалі повинні бути в 6-1 разів менше його межі пружності. Похибка, обумовлена ​​гистерезисом, зменшується після тренування перетворювача. Тренування проводиться 5-10-кратним навантаженням силою, що відповідає межі зміни перетворювача. Гістерезис може виникнути також в результаті сип тертя, якщо, наприклад, муздрамтеатр не суцільний, а складовою. Наведену похибка, викликану гистерезисом, можна знизити до 0,5-1%.

При зміні температури змінюються магнітна проникність муздрамтеатру і електричний опір обмоток. При різко вираженому поверхневому ефекті зміна температури чинить менший вплив, ніж при слабо вираженому. Для зменшення температурної похибки використовуються диференціальні схеми і спеціальні схеми температурної компенсації.

звана термоелектродвіжущей силою (термоЕРС). Місця контактів називаються спаями термопари.

Термоелектричні перетворювачі використовуються для вимірювального перетворення температури в ЕРС. У таблиці наведено найбільш широко використовувані термопари (ГОСТ 6616-84) і їх основні характеристики (ГОСТ 3044-84).

Градуювальні характеристики і допустимі похибки цих термопар також наведені в ГОСТ 3044-84.

Термоелектричний датчик зазвичай називається термопарою. Пристрій промислової термопари показано на рис.19. Термоелектроди ізолюються одна від одної керамічними бусами 2 або керамічної трубкою; одним своїм кінцем вони зварюються, іншим під'єднується до затискачів в голівці 3, що служить для підключення зовнішніх проводів. Термоелектроди збожеволіють в захисний чохол 4 (трубку, закриту з одного боку). Чохол робиться з жароміцної стали, а при вимірі дуже високих температур - з кераміки або кварцу.

Місце з'єднання термоелектродів називається гарячим або робочим спаєм.

Схеми включення. Робочий кінець термопари занурюється в середу, температуру якої потрібно виміряти. Вільні кінці підключаються до вторинного приладу. Якщо температура вільних кінців постійна, то підключення може бути зроблено мідним дротом, а якщо не постійна, то воно виконується спеціальними подовжувальними (компенсаційними) Проводами. В якості останніх використовуються два дроти з різних матеріалів. Провід підбираються так, щоб при температурі вільних спаев і в парі між собою вони мали такі ж термоелектричні властивості, як і робоча термопара. При приєднанні до термопарі компенсаційні дроти подовжують її і дають можливість відвести холодний спай утвореної складовою термопари в таке місце, де температура залишається постійною.

В якості вторинних перетворювачів використовуються або магнітоелектричні мілівольтметри, або потенціометри постійного струму.

Похибка термоелектричного термометра. Одним з джерел похибки термоелектричного термометра є невідповідність температури вільних кінців термопари температурі, при якій була зроблена градуювання.

Номінальна функція перетворення термопар зі стандартною градуювання задається градуировочной таблицею. Вона визначає залежність ЕРС E (t, t0) термопари від вимірюваної температури t при температурі вільних спаев to = 0 ° С. Якщо в умовах вимірювання температура вільних спаев t'0 не дорівнює температурі Го. то ЕРС термопари E відрізняється від ЕРС Et t0), яка потрібна для визначення температури за стандартною градуювання.

Внаслідок нерівності температур t0 Ф t'0 показання пірометричного мілівольтметра не дорівнює дійсної температурі. Поправка до його показаннями наближено може бути визначена співвідношенням

де до - коефіцієнт, що залежить від вимірюваної температури і від виду термопари.

Для хромель-копелеві термопари він лежить в межах 0,8-1; для хромель-алюмінієвої - в межах 0,98-1,11; для платинородій-платинової - в межах 0,82-1,11. При малому значенні # 916; t = t'0 - t0 в ряді випадків можна прийняти к = 1. Це дозволяє вводити поправку в показання пірометричного мілівольтметра за допомогою коректора нуля. При відключеною термопарі стрілку приладу за допомогою коректора ставлять на відмітку, що відповідає г0. При включенні термопари і вимірі температури показання пірометра будуть більше не коректованих на значення # 916; t. Таке введення поправки доцільно, коли значення t'0 зберігається постійним.