Индуктивные и трансформаторные преобразователи — КиберПедия


Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...

Индуктивные и трансформаторные преобразователи



К этому типу относятся разновидности электромагнитных преобразователей, у которых при воздействии измеряемой неэлектрической величины изменяются коэффициенты самоиндукции или взаимоиндукции в электромагнитной системе. Естественной входной величиной является линейное или угловое перемещение, а выходной – индуктивность или напряжение переменного тока 10.


Простейшие электромагнитные преобразователи малых перемещений представлены на рис. 2.1 и состоят из неподвижного П-образного магнитопровода 1 с обмоткой 2 и подвижной части магнитопровода – якоря 3.

В преобразователе на рис. 2.1,а под воздействием входной величины ХН. ЭЛ. изменяется зазор δ между подвижной и неподвижной частями магнитопровода, а в преобразователе на рис. 2.1,б изменяется площадь S0 воздушного зазора при горизонтальном перемещении якоря 3.

Электрическое сопротивление обмотки

(2.1)

где R0 – сопротивление постоянному току; ZM=RM+jXM – магнитное сопротивление магнитопровода; ω – частота тока, проходящего через обмотку; W1 – число витков обмотки.

Так как RM>>jXM, магнитное сопротивление магнитопровода будет равно

(2.2)

где lСТ – средняя магнитных силовых линий в ферромагнитных участках магнитопровода; μСТ – магнитная проницаемость материала магнитопровода; SСТ – поперечное сечение магнитопровода; δ, μ0 и S0 – то же для воздушных зазоров.

Тогда

(2.3)

Из последнего уравнения можно найти выражение для коэффициента самоиндукции

(2.4)

Изменение величины зазора δ или площади S0 приводит к изменению L. Такие преобразователи называют индуктивными.

Если кроме обмотки W1 на магнитопроводе расположить обмотку W2 (рис. 2.2), то коэффициент взаимоиндукции между ними

(2.5)

 
 

Преобразователи этого типа известны как взаимоиндуктивные или трансформаторные.

Если в обмотку W1 подать переменный ток I1 и поддерживать постоянным его значение, то ЭДС во вторичной (измерительной) обмотке W2 будет функционально зависеть от положения якоря, т.е.

(2.6)

где ω – частота питающего напряжения; К – коэффициент, учитывающий параметры обмотки W1 и магнитное сопротивление магнитопровода.

 
 

Как следует из выражений для коэффициентов самоиндукции и взаимоиндукции, функции преобразования L=f(δ) или M=f(δ) простейших индуктивных и трансформаторных преобразователей имеют гиперболический характер (рис. 2.3). Поэтому они применяются только при преобразовании малых перемещений при начальной величине зазора δ0 < 1 мм.



 
 

Существенное уменьшение нелинейности достигается в дифференциальных схемах рассматриваемых преобразователей. При перемещении якоря в индуктивном преобразователе на рис. 2.4 величина L1 будет увеличиваться, а величина L2 уменьшаться. Если включить W1 и W2 в соседние плечи мостовой схемы, то напряжение на выходе моста переменного тока будет пропорционально разности ΔL=L1 – L2, причем зависимость ΔL=f(δ) значительно более линейна, чем L=f(δ).

Тот же эффект можно получить в трансформаторных датчиках с двумя вторичными обмотками W1 и W2 (рис. 2.5), если включать их навстречу друг другу. При симметричном расположении якоря выходное напряжение будет равно нулю, при смещении якоря в ту или иную сторону на выходе преобразователя появится выходное напряжение ΔU=U1 – U2.

Чувствительность индуктивных и трансформаторных преобразователей в соответствии с уравнением L=f(δ) и M=f(δ) будет и

Для индуктивных преобразователей при переменной площади при переменном зазоре.

Аналогично определяется чувствительность при дифференциальной схеме включения индуктивного преобразователя с двумя обмотками. При условии, что и , где Δδ – изменение воздушного зазора,

(2.6)

где U и ω – напряжение и частота источника питания мостовой схемы.

 
 

Для трансформаторных преобразователей

(2.7)

Мощность индуктивного преобразователя, являющаяся в основном реактивной, определяется по формуле

(2.8)

где Кф – коэффициент формы; WI – число ампер-витков; f – частота составляющая магнитного сопротивления.

Основной составляющей погрешности современных индуктивных и трансформаторных преобразователей является температурная погрешность. Под влиянием температуры изменяется активное сопротивление обмоток преобразователя, магнитная проницаемость материала магнитопровода, геометрические размеры магнитопровода (начальная величина воздушного зазора) и упругость элементов крепления якоря. Наиболее радикальным способом уменьшения этих погрешность является применение дифференциальных преобразователей с двумя или четырьмя обмотками, соединенными по полумостовой схеме или схеме четырехплечного моста. Теоретически, при условии полной идентичности обмоток и симметричных частей магнитопровода, можно полностью исключить погрешности от внешних влияющих факторов.



 
 

Частота напряжения питания индуктивных и трансформаторных преобразователей выбирается из следующих соображений. С одной стороны желательно повышать частоту напряжения питания трансформаторных преобразователей, так как при этом увеличивается чувствительность. Кроме того, расширяется частотный диапазон работы преобразователей из-за устранения вероятности возникновения биений между частотой преобразуемого процесса и частотой напряжения питания. Однако увеличение частоты тока, проходящего через обмотки преобразователя, вызывает увеличение потерь на гистерезис и вихревые токи и усиливает поверхностный эффект. Исходя из этих соображений можно считать оптимальной частоту питающего напряжения в пределах 10…12 кГц. При изготовлении магнитопроводов из порошковых материалов эта цифра может быть увеличена до 40…100 кГц.

С конструктивной точки зрения индуктивные и трансформаторные преобразователи можно разделить на преобразователи малых (от 0,01 до 10 мм) или больших (до 100 мм) линейных или угловых (до 10° или до 45…60°) перемещений, преобразователи с замкнутым или разомкнутым магнитопроводов и преобразователи с подвижным элементом магнитопровода или подвижной катушкой. Для преобразования малых линейных или угловых перемещений чаще всего используются преобразователи с замкнутым магнитопроводом с подвижным якорем (рис. 2.1, 2.2, 2.4 – 2.6). Магнитный поток в этих преобразователях замыкается в основном по ферромагнитным участкам магнитопровода. Ограниченное применение для измерения малых перемещений находят преобразователи с разомкнутым магнитопроводом индуктивного (рис. 2.7) и трансформаторного (рис.2.8) типа, когда магнитный поток замыкается в основном через воздух.


Примером трансформаторного преобразователя с замкнутой магнитной системой и подвижной катушкой является конструкция, показанная на рис. 2.9. При симметричном расположении катушки 1 с обмоткой возбуждения относительно вторичных обмоток 2 и 3 напряжение на этих обмотках одинаково и выходной сигнал с преобразователя при встречном включении обмоток равен нулю. При смещении катушки 1 симметрия величин взаимоиндукции нарушается и на выходе появляется электрический сигнал.

Схема преобразователя с распределенными магнитными параметрами для измерения больших линейных перемещений дана на рис. 2.10. Преобразователь состоит из магнитопровода 1 с двумя длинными полюсными наконечниками, катушки возбуждения W1 и подвижной измерительной катушки W2. При перемещении катушки W2 в направлении катушки W1
 
 

возрастает напряженность магнитного поля и, следовательно, величина индуцированной ЭДС.

В преобразователе больших перемещений с подвижным элементом магнитопровода (рис. 2.11) используется эффект изменения взаимоиндукции между обмотками W11, W21 и W22. При симметричном расположении подвижного элемента 1 взаимоиндукция одинакова и ЭДС на концах соединенных встречно обмоток W21 и W22 равна нулю. При перемещении подвижного элемента магнитопровода симметрия магнитных потоков нарушается и на выходе преобразователя появляется сигнал, равный разности ЭДС е21 и е22.

Все рассмотренные выше конструктивные схемы относятся к аналоговому режиму работы индуктивных и трансформаторных преобразователей. Однако эти преобразователи применяются и в дискретном режиме, который в принципе обеспечивает независимость точности преобразования входной величины от погрешности, в частности температурной, собственно индуктивного или трансформаторного преобразователя.

Пример конструкции индуктивного дискретного преобразователя для измерения числа оборотов представлен на рис. 2.12. Преобразователь состоит из магнитопровода с катушкой, индуктивность которой меняется за счет углового перемещения в непосредственной близости от торца магнитопровода ферромагнитной детали с выступами. При этом изменение индуктивности имеет импульсный характер, а информативной частью выходного сигнала с мостовой схемы, в одно из плеч которой включен
 
 

преобразователь, является число импульсов в единицу времени.

Повышение чувствительности и точности достигается также применением так называемых линейных или круговых зубчатых преобразователей (рис. 2.13) [11].

На неподвижном магнитопроводе 1, помещены обмотки W1 и W2, включенные по дифференциальной схеме. При перемещении якоря 2 на расстояние, равное ширине одного зубца, магнитное сопротивление меняется от минимального до максимального значения. Периодическое изменение магнитного сопротивления приводит к периодическому изменению выходного сигнала преобразователя, информационной составляющей которого является число периодов и долей периода.

 
 

В заключение следует отметить, что к преимуществам индуктивных и трансформаторных преобразователей относятся надежность, значительная чувствительность и мощность выходного сигнала, возможность работы с напряжением промышленной частоты, возможность работы при температуре окружающей среды от минус 200 до плюс 500 °С.






Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...





© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав

0.008 с.