Механічні пружні перетворювачі з частотним виходом

Принцип дії механічних пружних перетворювачів з частотним виходом (струнних перетворювачів) базується на залежності частоти власних коливань механічної струни від сили натягу. Тому струнні перетворювачі використовуються як перетворювальні елементи динамометрів та манометрів. В останньому випадку досліджуваний тиск попередньо за допомогою мембрани перетворюється в механічну силу.

Зупинимось на деяких конструктивних особливостях та особли­востях вимірювальних кіл струнних перетворювачів механічних сил і тисків. Існують магнітоелектричні та електромагнітні струнні перетворювачі. Магнітоелектричний струнний перетворювач складається із струни у вигляді тонкої металевої пружної стрічки, розміщеної в колі постійного магніту. В сучасних магнітоелектричних струнних перетворювачах застосовують звичайно струни з берилієвої бронзи довжиною 60...100 мм, шириною від 0.5 до 3 мм та товщиною 0,05...0,1 мм з частотою власних коливань 3...20 кГц. При проходженні через струну змінного електричного струму згідно із законом Фарадея на струну буде діяти знакоперемінна сила, внаслідок чого струна буде коливатись.

Електромагнітний струнний перетворювач являє собою феромаг­нітну пружну струну (звичайно сталеву), що приводиться в коливний рух за допомогою поляризованого електромагніту. Електромагнітний струнний перетворювач має певні недоліки. Так, електромагнітний спосіб збудження вимагає застосування струни з магнітного матеріалу, який, звичайно, не відрізняється високими пружними властивостями. Крім цього, наявність обмотки збудження знижує експлуатаційну надійність перетворювача. Тому тепер переважно використовуються струнні перетворювачі з магнітоелектричним збудженням.

Найбільше застосовуються струнні динамометри та манометри. Вони мають порівняно високу точність, похибка вимірювання такими приладами може бути зведена до 0,2,..0,4 %. Вони досить чутливі, мають малу інерційність, високу надійність. Струнні динамометри застосовують для вимірювань сталих та змінних сил від одиниць кілоньютона до приблизно 10 МН в діапазоні частот 0...50 Гц. Діапазон вимірювань струнних манометрів становить від десятків кілопаскаль до 250...300 Мпа. Конструкція найпростішого струнного перетворювача тиску з магнітоелектричним збудженням наведена на рис.2.

Рис.2 – Однострунний перетворювач тиску

Торцева частина циліндричного корпуса 1 утворює мембрану 2 зі стояком 3, віддаленим від центра мембрани на відстань близько 0,6 її радіуса. Другий стояк 4 закріплений на торцевій частині корпуса поза зоною мембрани та ізольований електрично від корпуса ізоляційною прокладкою. Металева струна 5 натягнена між стояками і може коливатися у вузькому проміжку між полюсами магнітної системи 6. Кінці струни з’єднані із затискачами для підключення у вимірювальне коло.

Під дією вимірюваного тиску Рх мембрана вигинається, а розміщений на діафрагмі стояк 3 надає струні додаткового натягу.

Недоліком однострунних перетворювачів є значна нелінйність функції перетворення, яка досягає 4...5 % на 10 % девіації частоти. Для зменшення нелінійності струнні перетворювачі виконують диференці­альними (різницевими). Похибка від нелінійності диференціальних струнних перетворювачів не перевищує 0,1 % при девіації частоти до 25 %.

Конструкція диференціального струнного перетворювача тиску показана на рис. 3.

Рис.3 – Диференціальний струнний перетворювач тиску

Перетворювач має дві ідентичні струни 1 та 2, закріплені відповідно до трьох стояків. Середній стояк розміщений несиметрично на мембрані і при дії вимірюваного тиску повертається на деякий кут, збільшуючи натяг струни 1 і зменшуючи натяг струни 2.

Підвищити точність струнного перетворювача, зберігши широкий діапазон вимірювань можна, використовуючи якнайкоротші і відповідно якнайтонші струни. Але застосування таких струн пов’язане з проблемою надійного закріплення їх кінців до відповідних елементів давача.

Контрольні запитання: