Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Дифференциально-трансформаторные преобразователи (ДТП) предназначены для преобразования линейного перемещения сердечника в выходной электрический сигнал. Принцип действия основан на зависимости взаимной индуктивности между обмоткой возбуждения и вторичной обмоткой от положения сердечника.
Преобразователь представляет собой трансформатор (рис. 5.2,а), имеющий обмотку возбуждения 3 и две секции 1 и 2 вторичной обмотки, включенные встречно, т.е. дифференциальное включение (отсюда название – дифференциально-трансформаторный).
Создаваемый током возбуждения I в магнитный поток обмотки возбуждения пронизывает обе секции вторичной обмотки. Часть этого потока Ф1 пронизывает секцию 1, индуцируя в ней ЭДС е 1, часть потока Ф2 пронизывает секцию 2, индуцируя в ней ЭДС e 2.
а) б)
Рис. 5.2. Схема невзаимозаменяемого ДТП
Значения этих ЭДС (по модулю) определяются через взаимные индуктивности М 1 и М 2 между обмоткой возбуждения и секциями 1 и 2. Потоки Ф1 и Ф2 однозначно связаны со значениями M 1 и M 2 в соответствии с выражениями
, (5.1)
где I в – ток возбуждения; f – частота тока возбуждения.
При изменении давления р прогибается мембрана 5, которая перемещает ферромагнитный сердечник (плунжер) 4. При перемещении сердечника вверх уменьшается сопротивление магнитному потоку между обмотками 3 и1 и, наоборот, увеличивается между обмотками 3 и 2. Это приводит к увеличению потока Ф1 и, соответственно, ЭДС е 1 и уменьшению Ф2 и е 2. При перемещении сердечника вниз уменьшается е 1 и увеличивается e 2. Поскольку секции вторичной обмотки включены встречно, то ЭДС Е всей вторичной обмотки будет определяться как разность e 1 и e 2,
,
где М – взаимная индуктивность между обмоткой возбуждения и вторичной обмоткой преобразователя.
В среднем положении сердечника потоки Ф1 и Ф2, а следовательно, и взаимные индуктивности М 1 и M 2 равны между собой, т.е. M = 0 и E = 0. При смещении сердечника от среднего положения вверх ЭДС E будет увеличиваться. При смещении сердечника от среднего положения вниз ЭДС также будет увеличиваться (по модулю), но фаза ее будет обратной (рис. 5.2,б).
Из-за допусков, принятых при изготовлении, обычно оказывается, что ЭДС Е вторичной обмотки для различных экземпляров ДТП различна при одинаковых перемещениях х, это вызывает невзаимозаменяемость ДТП. Для унификации выходных сигналов (строго определенной для всех преобразователей зависимости выходного сигнала U вых от входного х) в цепь вторичной обмотки введен делитель R 1, R 2 (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Схема взаимозаменяемого ДТП
Смещением движка резистора R 1 можно добиться одинаковой зависимости U вых = f (x). Обычно U вых выражается через взаимную индуктивность М вых между обмоткой возбуждения и выходной цепью, а не между обмоткой возбуждения и вторичной обмоткой, которая использована в выражении (5.1). Для модуля U вых это выражение имеет вид U вых = 2p fI в M вых.
При рассмотрении метрологии ДТП обычно пользуются относительным перемещением сердечника х / х н, где х н – номинальное перемещение сердечника (перемещение сердечника при значении измеряемого параметра, соответствующем верхнему пределу измерения прибора). Для разновидностей ДТП х н = (1,6; 2,5; 4 мм) ±25 %. Для унифицированных ДТП, в предположении отсутствия магнитных потерь, существует следующая зависимость между М вых и относительным перемещением сердечника:
, (5.2)
где M н – номинальная (соответствующая х н) взаимная индуктивность между обмоткой возбуждения и выходной цепью.
Следовательно,
. (5.3)
Для унифицированных ДТП зависимости (5.2) и (5.3) должны быть одинаковыми, что достигается установлением одинакового значения M н = 10 мГн для всех преобразователей. При этом графики зависимостей (5.2) и (5.3) для всех преобразователей должны совпадать (рис. 5.4).
В приборах с взаимозаменяемыми ДТП при начальном значении измеряемой величины плунжер устанавливается в среднем положении и с ее увеличением перемещается вверх, т.е. при изменении измеряемой величины в пределах диапазона измерения фаза выходного сигнала не изменяется (рис. 5.4).
а) б)
Рис. 5.4. Статические характеристики взаимозаменяемых ДТП
В реальных дифференциально-трансформаторных преобразователях, как и во всех трансформаторах, существуют магнитные потери, значение которых должно находиться в определенных пределах.
Схема дистанционной передачи с использованием унифицированных ДТП представлена на рис. 5.5.
Вторичный прибор содержит дифференциально-трансформаторный преобразователь, сердечник которого перемещается профилированным кулачком, поворачиваемым реверсивным двигателем (РД). Двигатель управляется усилителем (УС), подключенным между обмотками ДТП первичного преобразователя и вторичного прибора. В схему прибора включен корректор нуля (КН), состоящий из дополнительной обмотки (ДО), намотанной поверх вторичной обмотки ДТП, и регулируемого резистора R 3.
Дифференциально-трансформаторный преобразователь первичного преобразователя обычно называется передающим преобразователем, ДТП вторичного прибора – компенсирующим преобразователем.
Рис. 5.5. Схема дистанционной передачи показаний с использованием взаимозаменяемых ДТП
При рассмотрении действия схемы будем считать, что сигнал корректора нуля равен нулю. Вторичные обмотки ДТП передающего и компенсирующего преобразователей включены встречно и, следовательно, на вход усилителя поступает сигнал, равный разности выходных напряжений преобразователей
.
Предположим, что в первоначальный момент сердечники обоих ДТП находятся в среднем положении, т.е. U вых1 = U вых2 = 0.
При этом D U = 0 и указатель прибора стоит на начальной отметке. При увеличении измеряемой величины U вых1 начинает возрастать, на входе усилителя появляется отличный от нуля сигнал небаланса D U, который усиливается усилителем и приводит в движение реверсивный двигатель (РД). Двигатель, поворачивая кулачок, перемещает сердечник ДТП вторичного прибора, который будет установлен в такое положение, при котором U вых2 = U вых1. При этом D U = 0 и двигатель остановится.
При одинаковых статических характеристиках (рис. 5.4, б) в момент компенсации относительные перемещения х / х н преобразователей будут равны (при этом равными также будут взаимные индуктивности передающего М п и компенсирующего М к преобразователей в соответствии с рис. 5.4, а). Это означает, что каждому положению сердечника ДТП первичного преобразователя соответствует определенное положение сердечника ДТП вторичного прибора и указателя.
Поскольку положение сердечника первичного преобразователя определяется значением измеряемой величины, положение указателя вторичного прибора будет однозначно определяться значением измеряемой величины. Шкалы таких приборов градуируются в единицах измеряемой величины.
Применение корректора нуля (КН) не изменяет принципа действия прибора, однако в этом случае относительные положения х / х н сердечников уже не будут равными.
Из выражения (5.3) видно, что статические характеристики преобразователей (рис. 5.4, б) будут одинаковыми при одинаковой частоте и силе тока возбуждения. Для обеспечения этого обмотки возбуждения передающего и компенсирующего ДТП включаются последовательно (рис. 5.5). В этом случае изменение частоты или силы тока возбуждения не повлияет на состояние компенсации измерительной схемы, так как они в равной степени изменят U вых1 и U вых2, т.е. напряжение на входе усилителя останется нулевым.
Кнопка КИ служит для контроля исправности прибора. При нажатии этой кнопки закорачивается ДТП первичного преобразователя и корректор нуля и на вход усилителя поступает сигнал только с вторичной обмотки ДТП вторичного прибора. При исправном приборе стрелка при этом должна стать на определенную отметку шкалы.
Достоинства ДТП: простое устройство, надежность в работе, малая погрешность от изменения напряжения питания и активного сопротивления линии связи, которое не должно превышать 5 Ом. Сигнал передается на расстояние до 250 м на частоте 50 Гц.
Недостатки ДТП: к первичному преобразователю с ДТП можно подключать только один вторичный прибор, необходим промежуточный нормирующий преобразователь, для конвертирования сигнала 0…10 мГн в сигнал 0…5 мА. Система дистанционной передачи с ДТП подвержена влиянию внешних магнитных полей и соседних линий связи, как и все системы передач на переменном токе, результатом такого влияния может быть значительная дополнительная погрешность. Поэтому в системах передач на переменном токе накладываются ограничения на емкость между каждой парой проводов, так как их чрезмерное увеличение также приводит к появлению дополнительной погрешности.
Указанных недостатков лишены преобразователи с магнитной компенсацией с передачей сигналов на постоянном токе.
Дата публикования: 2014-11-19; Прочитано: 4872 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!