Желбаков И.Н., Кончаловский В.Ю., Солодов Ю.С. Метрология, стандартизация, сертификация - файл n1.doc

приобрести
Желбаков И.Н., Кончаловский В.Ю., Солодов Ю.С. Метрология, стандартизация, сертификация
скачать (8721.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc8722kb.07.07.2012 01:23скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   41

3.5.1. Принцип действия.



Упрощенная схема (модель) индуктивного ИП показана на рис. 3.6, где 1 – катушка, по которой протекает ток I; 2 и 3 – магнитопровод (ферромагнетик); 2 - неподвижная часть; 3 – подвижная часть, приближающаяся или отдаляющаяся от 2 под воздействием измеряемой величины, изменяя при этом воздушный зазор, размер которого ?; пунктир – средняя силовая линия магнитного потока; l – путь по средней силовой линии; lф –часть l, соответствующая прохождению по ферромагнетику (магнитопровду); 2? – часть пути, соответствующая прохождению по воздуху (дважды через воздушный зазор).


Рис. 3.6. Модель индуктивного преобразователя.
Индуктивность катушки
L = ? / I = ?w / I, (3.11)
где ? – потокосцепление; ? – магнитный поток; w – число витков катушки.

Магнитный поток в магнитных цепях аналогичен току в электрических цепях. По этой аналогии между магнитными и электрическими цепями вводится понятие магнитного сопротивления Rм с размерностью Гн–1. Аналогом ЭДС в электрической цепи является произведение Iw – т.н. «намагничивающая сила» или «ампер-витки» – в магнитной цепи:
? = Iw / Rм, (3.12)
В рассматриваемой модели Rм можно представить состоящим из двух последовательно соединённых частей: соответствующих прохождению магнитного потока по ферромагнетику и по воздуху:
Rм = Rф + Rв.
Из (3.11) и (3.12) следует, что

Пренебрегая краевыми эффектами можно считать, что


где ?ф и ?в относительные магнитные проницаемости ферромагнетика и воздуха; ?0 = 4?Ч10–7 Гн / м –магнитная проницаемость вакуума; q – площадь поперечного сечения магнитопровода.

Пренебрегая различием магнитных проницаемостей воздуха и пустоты, т.е. считая ?в = 1, получим
(3.13)
и
(3.14)
Как видим, зависимость L(?) нелинейна.

Чувствительностью индуктивного преобразователя называют отношение относительного изменения индуктивности к вызвавшему его изменению подвижной части:

Из (3.14) получим

и, следовательно,


Пример.

Пусть lф = 100 мм; ?ф = 2000; ? = 0,5 мм; ?? = 0,05 мм.

При этом lф / ?ф = 100 / 2000 = 0,05 мм << 2?, а значит S ? – 1 / ? = – 2 мм –1.

Отсюда ?L / L = S ?? = – 0,1 = – ?? / ?. Знак минус физически понятен: если зазор увеличивается, то индуктивность уменьшается.
Конструкции индуктивных преобразователей весьма разнообразны. {3К16}

3.5.2. Измерительные цепи.



Основой измерительных цепей с индуктивными преобразователями

является неравновесный мост переменного тока. На рис. 3.7 показан такой мост с дифференциальным индуктивным преобразователем.

Рис. 3.7. Неравновесный мост с дифференциальным индуктивным преобразователем.
Напряжение в его выходной диагонали
,
где – напряжение питания моста; Z = Rк + j?L – комплексное сопротивление катушки (каждой из двух); Rк – её активное сопротивление; ? = 2?f – круговая частота и f – частота напряжений и .

Реактивное сопротивление катушки j?L зависит от частоты, и уже при нескольких килогерцах для конструкций с замкнутым магнитопроводом ?L >> Rк, так что можно считать, что ?Z / Z ? ?L / L, а значит

Пример. Пусть ?0 = 1 мм и можно считать, что чувствительность индуктивного преобразователя S ? 1 / ?0 = 1 мм –1. Тогда при ?? = (0,3 ч 0,4) ?0 имеем ?L / L = S ?? = 0,3 ч 0,4 и при Uп = 10 В получим U = 3 ч 4 В, что вполне достаточно для получения отсчёта измеряемой величины без усиления.

Таким образом, в отличие от тензопреобразователей, напряжение на выходе неравновесного моста – это единицы вольт, а не единицы милливольт, однако это переменное напряжение, а не напряжение постоянного тока. Если измерять действующее значение этого переменного напряжения, то при двустороннем перемещении подвижной части магнитопровода относительно симметричного положения образуется неоднозначность: одному и тому же значению напряжения U будут соответствовать два значения ??, одинаковые по модулю, но разные по знаку (рис. 3.8).


U
frame11frame12

Рис. 3.8.
Как устранить эту неоднозначность? Для этого надо выяснить, различаются ли между собой напряжения на выходе моста при одном и том же значении |??|, но при ?? > 0 и при ?? < 0. Оказывается, да. При проходе через точку ?? = 0 на 180о изменяется фаза выходного напряжения. Для того, чтобы это изменение фазы отразилось на показании выходного прибора можно применить фазочувствительный выпрямитель. {3К17}

3.5.3. Применение индуктивных ИП.



Перемещение подвижной части ?? само по себе редко выступает как непосредственная измеряемая величина. Большей частью некоторая другая измеряемая величина предварительно преобразуется в ??: сила, давление, расход жидкости или газа и др.

По схеме рис. 3.9 измеряется сила F, которая, прогибая верхнюю часть магнитопровода, изменяет воздушный зазор и, следовательно, индуктивность катушки.

По схеме рис. 3.10 измеряется давление Р жидкости, пара или газа, которое прогибает перегородку магнитопровода и далее как в предыдущем случае.

На рис. 3.11 показан один из принципов измерения расхода Q жидкости, пара или газа. Сужающее устройство в трубопроводе создаёт перепад давления: Р1 > Р2. Разность давлений связана объёмным (м3 / час) или массовым (кг / час) расходом соотношением
P1 – P2 = k Q2.


Рис. 3.9. Преобразование силы F в изменение размера ? воздушного зазора и, следовательно, в изменение индуктивности катушки.



Рис. 3.10. Преобразование давления Р в изменение размера ? воздушного зазора и, следовательно, в изменение индуктивности катушки.



Рис. 3.11. Один из принципов измерения расхода жидкости, пара или газа.
С помощью мембраны разность (P1P2) преобразуется в малое перемещение штока ??, воспринимаемое индуктивным преобразователем. Если далее применена измерительная цепь с неравновесным мостом и фазочувстввительным выпрямителем (см. раздел 3.5.2), то получается такая цепочка преобразований:

Q ? (P1P2) ? ?? ? (L1L2) ? U ? Iср.
ВОПРОСЫ:

1. Что представляет собой индуктивный измерительный преобразователь? Для измерения каких неэлектрических величин он используется?

2. Каков принцип действия индуктивного измерительного преобразователя?

3. Что такое чувствительность индуктивного измерительного преобразователя?

4. Нарисуйте простейшие схемы включения индуктивных измерительных преобразователей.

5. Поясните принципы измерения силы, давления и расхода жидкости или газа с помощью индуктивных измерительных преобразователей.

3.6. Емкостные измерительные преобразователи.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   41


3.5.1. Принцип действия
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации