Трансформаторные (взаимно индуктивные) преобразователи

Рис. 5.48. Дифференциальный трансформаторный преобразователь

Принцип действия. На рис. 5.48 приведена схема дифференциального трансформаторного преобразователя перемещений. В этом случае на каркас катушки w ₁ концентрично с ней наматывается обмотка w ₃. Соответственно на каркас катушки w ₂ наматывается обмотка w ₄. При этом w ₁= w ₂ и w ₃= w ₄.

При симметричном положении сердечника коэффициенты взаимной индуктивности M₁, обмоток w ₁ и w ₃, и M₂, обмоток w ₂ и w ₄, равны. Тогда ЭДС, наводимые в обмотках w ₃ и w ₄ будут равны, и, поскольку катушки w ₁ и w ₂ включены в измерительную схему встречно, ток указателя будет равен нулю. При смещении сердечника под действием измеряемого перемещения х равенство коэффициентов взаимной индуктивности двух пар катушек нарушается; ЭДС, наводимые в обмотках w ₃ и w ₄, будут иметь разную величину, и по указателю, имеющему внутреннее сопротивление R _Н, потечет ток I _УК, величина которого будет практически линейно связана с измеряемым перемещением х.

Различают два вида трансформаторных преобразователей: с изменяющимся магнитным сопротивлением и с постоянным магнитным сопротивлением и подвижной обмоткой.

Преобразователи первого вида конструктивно аналогичны индуктивным преобразователям и отличаются тем, что вместо одной имеют две обмотки. Так, например, преобразователь (рис. 5.48) состоит из подвижного якоря 1, П-образного магнитопровода 2и двух обмоток w ₁ и w ₂. При изменении воздушного зазора δ изменяются магнитное сопротивление R _м и взаимная индуктивность M.

К преобразователям с постоянным магнитным сопротивлением и подвижной обмоткой относятся ферродинамические трансформаторные преобразователи и вращающиеся трансформаторы.

Рис. 5.49. Ферродинамический преобразователь угла поворота

Схема ферродинамического преобразователя угла поворота приведена на рис. 5.49. Он состоит из П-образного магнитопровода 2 с полюсными наконечниками. На магнитопроводе помещена обмотка возбуждения w ₁ 1. Вторичная подвижная обмотка w ₂ помещена между полюсными наконечниками. Внутри обмотки w ₂ 3 для уменьшения магнитного сопротивления вставляется цилиндрический ферромагнитный сердечник 4. Воздушный зазор между сердечником и полюсными наконечниками одинаков, также одинакова в воздушном зазоре и магнитная индукция.

Обмотка w ₁ включается в цепь переменного напряжения, имеющего частоту w, и создает магнитный поток. Часть его проходит через обмотку и наводит в ней ЭДС Е ₂. При повороте обмотки наведенная ЭДС изменяется.

Согласно закону Кирхгофа напряжение U ₁, приложенное к первичной обмотке w ₁, равно

U ₁= E ₁+ I ₁ R ₁= j w w ₁Ф₁+ I ₁ R ₁,

где Е ₁ – ЭДС самоиндукции; Ф₁ – магнитный поток, создаваемый обмоткой w ₁; R ₁ – ее активное сопротивление.

Если это сопротивление пренебрежимо мало и напряжение уравновешивается ЭДС Е ₁, то

Ф₁= U ₁/ j w w ₁.

Часть этого потока проходит через вторичную обмотку

Ф₂=2aФ₁/p,

где a – угол поворота рамки (рис. 5.49) и наводит в ней ЭДС:

E ₂= j w w ₂Ф₂=(2aФ₁/p)(w ₂/ w ₁) U ₁.

Отсюда видно, что ЭДС вторичной обмотки пропорциональна углу a.

Схемы включения трансформаторных преобразователей. Вторичное напряжение трансформаторного преобразователя может быть измерено любым вольтметром переменного тока с соответствующим пределом измерения (рис. 5.48). Эта схема отличается простотой, но применяется редко, поскольку напряжение U ₂ и, следовательно, показанияприбора зависят от первичного напряжения U ₁. Кроме того, напряжение U ₂зависит от выходного сопротивления преобразователя Z _вых. Входное напряжение:

U ₂= Е ₂ –I ₂ Z _вых,

где Е ₂ – выходная ЭДС преобразователя; I ₂ – ток, потребляемый вольтметром.

Следует отметить, что чувствительность измерительных схем зависит от соотношения сопротивлений R _Н и z ₁= z ₂= z ₀, где R _Н – внутреннее сопротивление измерительного прибора (указателя).

Условие согласования сопротивления указателя R _Н с выходным сопротивлением моста, при котором обеспечивается максимальная чувствительность, для мостовой схемы (рис.5.43,б), определяется соотношением

,

где – частота питающего напряжения; L ₀ – индуктивность каждой из катушек с числом витков w ₁ и w ₂ при симметричном положении сердечника катушек; z ₀ – полное сопротивление катушек w ₁ и w ₂.

При заданных значениях R _н (известен тип применяемого измерительного прибора) и L ₀ режим оптимальной чувствительности можно получить путем подбора частоты питающего напряжения .

В Государственной системе приборов (ГСП) нормируется изменение коэффициента взаимоиндуктивности трансформаторных преобразователей. При изменении измеряемой величины в номинальном диапазоне он должен изменяться в пределах 0 – 10, 0 – 20 или 10 – 0 – 10мГн. Последние значения получаются при изменении фазы напряжения, что происходит, например, при изменении воздушного зазора от δ₁=δ ₀+Dδ_ном до δ₂=δ ₀–Dδ_ном.

Погрешность трансформаторных преобразователей. Причины погрешностей трансформаторных преобразователей с изменяющимся магнитным сопротивлением аналогичны причинам погрешностей индуктивных преобразователей. Аналогичны также методы их уменьшения. Аддитивные погрешности значительно уменьшаются при использовании дифференциальных преобразователей.

С изменением температуры, частоты питающего напряжения и по другим причинам выходное сопротивление может изменяться. Это приводит к погрешности. Погрешность может возникнуть также и вследствие изменения параметров линии связи между преобразователем и вольтметром. Очевидно, что погрешность уменьшается с уменьшением тока, потребляемого вольтметром.

Вследствие трения показание прибора может установиться, когда вращающий момент сравняется с моментом трения. При этом по рамке будет течь некоторый остаточный ток и показания прибора будут содержать погрешность. Поскольку остаточный ток I ₂зависит от сопротивлений выходной цепи преобразователя, то показания прибора в некоторой степени также зависят от этого сопротивления, однако эта зависимость меньше, чем для индуктивных преобразователей.

Все трансформаторные преобразователи имеют также специфические причины погрешности, обусловленные протеканием тока во вторичных обмотках и изменением их сопротивления. Это мультипликативные погрешности, уменьшающиеся с уменьшением тока, потребляемого вторичным преобразователем. Погрешность отсутствует при измерении ЭДС первичного преобразователя компенсационным методом с помощью автоматического компенсатора.

Изменение температуры преобразователя вызывает изменение ЭДС Е ₂. При увеличении температуры возрастает активное сопротивление первичных обмоток и полное их сопротивление. Это уменьшает первичный ток I ₁ и ЭДС Е ₂.

Дата добавления: 2014-12-16