Індуктосини, принцип роботи, характеристики. 2 страница

Асинхорнні тахогенератори – це машини змінного струму, що служать для перетворення швидкості обертання в пропорційне значення змінної напруги. Склад з ротора і статора. Статор має 2 обмотки, зсунуті в просторі на 90⁰. Ротор виконаний у вигляді пустотілого стакана. На обмотку збудження(ОВ) подається змінна напруга постійної амплітуди, з другої обмотки(ОГ, генераторна) знімається вихідний сигнал. Магнітний потік збудження індукує в роторі трансформаторну ЕРС, яка викликає відповідні струми в роторі. Ці струми створюють повздовжній магнітний потік, який напрямлений зустрічно потоку збудження. І встановлюється результуючий магнітний потік, напрямлений вздовж осі збудження. Вектор цього потоку напрямлений перпендикулярно до осі генераторної обмотки. То ЕРС в ній не індукується. При обертанні ротора разом з трансформаторною ЕРС виникає ЕРС обертання, пропорційна кутовій швидкості ротора. Струми, спричинені цією ЕРС, створюють магнітний потік, напрямлений по поперечній осі ротора. Вектор цього потоку спрямовний вздовж осі ГО, то в ній індукується вихідна ЕРС, пропорційна швидкості обертання ротота. Частота вих напруги=частоті Uж ОЗ.

Основна перевага – надійність роботи. Х-ки: діапазон вимірювання (10 000..20 000) об/хв, Uвих при 1000 об/хв = 1..10В, відхилення від нелінійності х-ки = 0.1..0.2% від діапазону вимірювання. Залишкова ЕРС=10..100мВ.

Синхронні тахогенератори змінного струму – склад з ротора і статора. На роторі розміщені постійні магніти, а на статорі – однофазна або багатофазні обмотки.

2 DpsTzJwz0HPUuIg+QQarVUXpBBTW4UR7tgSUGaqzst0l0uVMQ4jowBrSRy1CCvdSiekphGZITq5t mDYELZOKkT4ZdhGlnzZVx2Z64V8DUkPCRLlSVDA+icHAK6mUZHkb36rYJDVRNxNhP5/tGKe44Ry0 a2Cg8nhE2VvGQ3hiv+OQrDv00oCHmdJ0Z7ZaX3jKJwv1m+K3b40eyF07Rd3+ESa/AAAA//8DAFBL AwQUAAYACAAAACEAld3ddN4AAAALAQAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbEyPwU7DMBBE70j8g7VI 3FI7LkEoxKkiRA9wQGrKB7jxNokaryPbbcPfY8QBjrMzmn1TbRY7sQv6MDpSkK8EMKTOmZF6BZ/7 bfYELERNRk+OUMEXBtjUtzeVLo270g4vbexZKqFQagVDjHPJeegGtDqs3IyUvKPzVsckfc+N19dU bicuhXjkVo+UPgx6xpcBu1N7tgri9u01FM17/vEgcNd6XzTBFkrd3y3NM7CIS/wLww9+Qoc6MR3c mUxgk4JsnRdpTFQg1xJYSmRSigLY4ffC64r/31B/AwAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS /gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgA AAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgA AAAhAPCngXZRAgAAWQQAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAG AAgAAAAhAJXd3XTeAAAACwEAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAqwQAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYA AAAABAAEAPMAAAC2BQAAAAA= " strokecolor="windowText" strokeweight="2pt">

При обертанні ротора в обмотці статора виникає синусоїдальна ЕРС, амплітуда і частота якої пропорційна швидкості обертання ротора. Вихідна ЕРС:е=ЕsinΩt,E=k1w,Ω=k2w.Ω-частота вихідного сигналу.

36. Індукційні давачі лінійної швидкості.

При великих значення лінійної швидкості її можна визначити шляхом вимірювання кутової швидкості. При малих лінійних швидкостях доцільно застосовувати індуктивні давачі.

2 – нерухома частина давача.

1 – рухома частина давача(котушка).

ß розріз давача лінійної швидкості для малих переміщень.

Відносне переміщення цих частин індукує в обмотці ЕРС: Е=2πRNBv,

R-радіус котушки, N-к-сть витків, B-індукція в проміжку, v-лінійна швидкість переміщення котушки. Характеристики: максимальне переміщення-декілька мм, чутливість 1В/м/с, не лінійність х-стики 10%

Для більших переміщень використовують інший тип давача:

котушки з*єднані послідовно-зустрічно. Поскільки в котушках переміщаються різнойменні полюси, то ЕРС в них будуть мати протилежні знаки. Результуюча ЕРС буде= сумі ЕРС котушок. Діапазон переміщень таких давачів може складати 500мм. Чутливість – 5мВ/м/с. Нелінійність характеристики – до 1%.

37. Імпульсні давачі кутової швидкості.

1- ротор з феромагнітного матеріалу. 2-котушка.3-постійний магніт.

На виході – імпульси постійної амплітуди.

Принцип роботи давача ґрунтується на зміні опору магнітного кола при чергуванні зубців і пазів при обертанні ротора. Зміна магнітного потоку за рахунок зміни магнітного опору приводить до наведення в котушці двох ЕРС. Частота цієї ЕРС пропорційна швидкості обертання ротора. Чим більша кількість зубців – тим менші швидкості обертання можна вимірювати.

Характеристики: діапазон вимірювання (50..500 об/хв) при числі зубців 60, від (500..1000об/хв) при числв зубців 15.

38. Давачі сили, п'єзоелектричні давачі.

Принцип дії п’єзоелектричних давачів сили базується на прямому п’єзоелектричному ефекті. Суть його полягає в електричній поляризації певного класу діелектриків при механічних напруженнях в їх кристалах. Як п’єзоелектричні матеріали переважно використовують природні мінерали: кварц, турмалін, а також штучно поляризовані кераміки, більш дешеві і зручні у виготовленні. Якщо на протилежних боках п’єзоелек-тричної пластини розташувати обкладки і прикласти до неї силу, то на цих обкладках виникнуть заряди протилежних знаків, а утворена різниця потенціалів буде пропорційна діючій силі. Класична модель яка пояснює механізм п’єзоелектричного ефекту. Може бути подана природним кварцом. Кристал кварцу має форму призми з пірамідальними кінцями і гексагональним перерізом (див. мал.). Його структура і анізотропія фізичних властивостей характеризуються трьома системами осей: оптичною віссю Z, яка з’єднує вершини кристала. Ортогональними до неї електричними осями Х, і механічними або нейтральними осями У. Осі – Х проходять через протилежні ребра шестигранної призми, а осі У – нормальні до граней кристала.

Елементарна кристалічна комірка складається з трьох молекул - і в ненапруженому стані є електрично нейтральною. Якщо до кристала прикласти силу в напрямку осі Х (див. мал.) то баланс порушиться; кристалічна решітка стає поляризованою і на гранях У – У генерується заряд: , де - п’єзоелектричний модуль матеріалу. Знак зарядів(полярність) залежить від напрямку дії сили вздовж осі Х (сила стискання або сила розтягування).

П’єзоефект, що виникає при дії сили - називають поздовжнім. Значення заряду у цьому випадку не залежить від геометричних розмірів п’єзоелемента, а визначається тільки силою .

Під дією сили розтягування вздовж механічної осі У виникають заряди на тих самих гранях, що і при дії сили , але знак її буде такий, як при дії сили стискання . Сила стискання викликає на гранях У – У заряди того самого знака, що і сила розтягування F_Х. П'єзоефект під дією сили F_Y називають поперечним.

Сили, що діють вздовж осі Z, не викликають появи зарядів на гранях кристала, він залишається електрично нейтральним також при рівномірній дії на нього зі всіх боків (наприклад при гідростатичному стисканні).

Турмалін, на відміну від кварцу, має тільки одну п’єзочутливу вісь – оптичну, тому його можна застосовувати для вимірювання тисків у рідинах.

Для збільшення вихідного сигналу п’єзоелектричні елементи часто з’єднують у групи.

Похибки п’єзодавачів складаються з похибок від зміни параметрів вимірювального кола, температурної похибки, яка зумовлена зміною п’єзоелектричного модуля, погіршення електричної ізоляції внаслідок вологості, паразитних механічних зусиль, частотної похибки.

+ простота конструкції,

+ малі розміри і вартість,

+ висока надійність, швидкодія.

- невисока чутливість

- малий рівень вихідного сигналу

- непридатність для вимірювання статичних величин

39. Магнітопружні давачі.

Крива намагнічування феромагнітного матеріалу змінюється при механічних напруженнях під дією зовнішніх сил. У зоні пружності зовнішні сили тимчасово деформують кристалічну решітку феромагнетика, що спричиняє зміну напрямків легкого намагнічування і орієнтації доменів. Це, в своєю чергою, проявляється у зміні магнітної проникності і залишкової індукції, тому стає можливим на їх основі визначити прикладені сили. У загальному випадку магнітопружний ефект має нелінійний характер, пов'язано це як з нелінійністю кривих намагнічування, так і з нелінійною залежністю деформації від зусилля. Однак при певних значеннях напруженості магнітного поля можна одержати близьку до лінійної залежність зміни магнітної проникності від сили . Відносну чутливість магнітопружного матеріалу характеризують коефіцієнтом

Магнітопружні властивості найбільш виразно проявляються у залізо-нікелевих сплавах, їх коефіцієнт відносної чутливості при напруженостях магнітного поля H=0,2 А/мм сягає 0,94% на 1Н/мм².

При різноманітності конструктивних варіантів, магнітопружні давачі можна поділити на 3 групи. Давачі, в яких використовується зміна індуктивності, взаємоіндуктивності і залишкової індукції. Давач із зміною індуктивності являє собою електромагнітну котушку із замкнутим магнітопроводом з феромагнітного матеріалу і джерела живлення змінного струму. Магнітопровід переважно виготовляють з листового матеріалу для зменшення втрат на вихрові струми. При механічних напруженнях зміна індукції спричиняє зміну індуктивності обмотки, а також її повного електричного опору Z.

Живлення котушки при вимірюванні статичних або повільних змін сили здійснюється від мережі змінного струму 50 Гц. Іноді для підвищення чутливості живлять перетворювач струмом підвищеної частоти (до 10 кГц). На точність вимірювань можуть впливати такі фактори як температура, яка зменшує магнітну проникність, зовнішні магнітні поля, нестабільність параметрів джерела живлення.

Давачі, що використовують зміну взаємної індукції, є по суті трансформаторами із змінним коефіцієнтом трансформації. Виготовляються вони з феромагнітного блока з листового матеріалу з чотирма отворами, які розташовані по вершинах квадрата. Провідники, що проходять через ці отвори, утворюють первинну і вторинну обмотки трансформатора. Їх взаємне розміщення під прямим кутом виключає індуктивний зв'язок між ними, поки магнітна проникність є ізотропна. До напрямку дії сили осі цих обмоток зорієнтовані під кутом 45⁰. Прикладання сили при пермалоєвому магнітопроводі призводить до збільшення в поперечному напрямку. Симетрія лінії індукції порушується, відбувається зчеплення магнітного потоку первинної обмотки з вторинною.

При зміні потоку первинна обмотка індукує у вторинній сигнал, пропорційний

вимірюваній величині. При зміні знаку сили змінюється фаза вихідного сигналу.

Шляхом вимірювання змін залишкової індукції можна виміряти і відповідні

сили, що їх викликають. Зміна індукції викликає у розімкнутому

колі котушки напругу:

k - коефіцієнт пропорційний кількості витків котушки і її перерізу.

Отже вимірюється тільки швидкість зміни механічної напруженості, тому застосування таких давачів обмежене динамічними вимірюваннями.

Переваги: простота конструкції, низька вартість, можливість вимірювання великих зусиль, надійність.

Недоліки: Невисока точність.

40. Давачі моменту.

Механічний момент виникає при прикладенні сили до важеля, тому вимірювання моментів грунтується на тих самих принципах, що і вимірювання сил. Певні особливості виникають при вимірюванні моментів на деталях, що обертаються. Пов'язано це з проблемами передачі сигналу з рухомого об'єкта. Електричний зв'язок між рухомим давачем і стаціонарним вимірювальним колом може здійснюватись контактним або безконтактним методом. У першому випадку переважно застосовують контактні кільця зі щіками, а в другому - обертові трансформатори або конденсатори. Перевага контактних методів полягає у можливості використання вимірювальних схем постійного струму, але контактний опір може значно змінюватись внаслідок нерівностей, вібрацій. Крім того можливе виникнення термо-ЕРС.

Безконтактні способи придатні тільки для сигналів змінного струму які є складніші в реалізації і чутливіші до можливих паразитних взаємодій. Прикладом давача моменту, в якому відсутній контактний зв'язок об'єкта з вимірювальною схемою, може бути магнітопружний давач. Якщо на рухомий циліндричний вал, який виготовлений з феромагнітного матеріалу, діє момент М, вісь якого збігається з віссю вала, то виникають напруження у двох взаємно перпендикулярних напрямках під кутом 45 до

осі циліндра. Вздовж цих напрямків зміна магнітних проникностей і максимальна і протилежна за знаком. Для виявлення змін зазначених проникностей застосовують осердя хрестоподібної форми, на якому по центру розташована первинна обмотка W₀, а на кінцях - дві пари послі­довно з'єднаних вторинних обмоток, що утворюють різницеву схему (рис. 6.9, а, б, в). Осердя з обмотками установлюють напроти вала обертання, на якому вимірюється момент. Якщо момент відсутній, магнітні проникності матеріалу вала в зазначених перпендикулярних напрямках однакові мю1 = мю2, а напруги U₁ = U₂, U_вих=0. При виникненні моменту порушується симетрія зв'язку між первинними і вторинними обмотками. На одній парі вихідних обмоток напруга буде зростати, на другій - зменшуватись і як наслідок, виникне вихідна напруга U_вих,пропорційна моменту.

Вимірювання моменту часто здійснюється за кутом скручування первинного перетворювача, який виготовляється у вигляді трубчастого або суцільного циліндра і жорстко з'єднується з валом, який знаходиться під дією моменту. На двох кінцях первинного перетворювача встановлюються один проти одного диски, розділені на прозор і не прозорі сектори. При відсутності моменту(кута скручування) непрозорі, сектори одного диска перекривають прозорі сектори іншого,тому інтенсивність світлового променя, що проходить через них, мінімальна. Скручування первинного перетворювача супроводжується зміною середньої інтенсивності світлового променя, пропорційною куту скручування, тобто моменту. Подібним чином діє і давач, в якому на кінцях перетворювача встановлені зубчасті колеса (рис. 6.10).Імпульсні сигнали від двох чутливих індуктивних (трансформаторних) них) елементів, розташованих напроти кожного колеса, синфазні при відсутності моменту. Утворення під дією моменту кута скручування викликає фазове зсування між ними, пропорційне моменту. Діапазон вимірювань за кутом скручування первинного перетворювача досягає 1000 Нм, зведена похибка перетворювача - 0,5 %, швидкість обертання вала - від 0 до 1800 об/хв.

41. Давачі параметрів рідини, давачі швидкості потоку.

ДАВАЧІ ПАРАМЕТРІВ РІДИНИ. Рідина в широкому розумінні - це матеріальне середовище, яке знаходиться в рідкому або газоподібному стані. Важливими параметрами, що характеризують поведінку рідини, є тиск, витрата, рівень, швидкість. У теплових, гідравлічних, ядерних, енергетичних установках необхідний неперервний контроль цих параметрів, щоб забезпечити задані технологічні процеси і запобігти ризику аварій. Механіка рідин має широке застосування не лише в енергетиці, а також в авіації, робототехніці, метеорології та інших галузях техніки.

Принцип дії термічних давачів швидкості (термоанемометрів) базується на тому, що при розміщенні у потоці металевого резистора, температура якого перевищує температуру потоку, між ними виникає конвекційний теплообмін. Цей теплообмін залежить від фізичних властивостей рідини, її швидкості і різниці температур нагрітого елемента і рідини. Чим більшою буде швидкість потоку, тим інтенсивніше буде відводитись теплота від терморезистора.

При тепловій рівновазі RI2=αS(T-T0). RI2-теплота, шо виділяється резистором, S-бічна поверхня чутливого елемента, α-коефіцієнт теплообміну. Зміна опору при зміні температури (швидкості течії рідини) викликає відповідну зміну напруги на виході вимірювальної схеми. Спрощений варіант схеми, що складається з чутливого елемента 1, баластного опору 2, підсилювача 3 і коригувальної ланки 4, показаний на рис. Чутливий елемент давача характеризується певною теплоємністю, тому передача теплоти від рідини до терморезистора відбувається не миттєво, а з певним запізненням. Для компенсації динамічної похибки, яка зумовлена тепловою інерцією давача, є коригувальна ланка.

Для вимірювання швидкостей течії води в річках, каналах, трубах швидкостей потоків, а також відносних швидкостей суден, літаків використовуються давачі з трубками Піто і її модифікаціями. Циліндрична трубка з налівсферичною насадкою 1 на кінці, в якій по центру утворений отвір, встановлюється вздовж потоку. Інший отвір 2 розташо­ваний на бічній поверхні трубки на певній відстані від центрального. Через центральний отвір вимірюється повний тиск Р₁, а через бічний отвір - статичний тиск Р₂. Рівняння Бернуллі для нестисливої рідини встановлює зв'язок між швидкістю потоку V і тисками Р₁ і Р₂ відповідно у точках 1 і 2: V= , де ρ-густина рідини.

42. Давачі витрат, ультразвукові давачі.

Вимірювання витрат має велике значення у трубопровідних транспортних системах, хімічних реакторах, енергетичних установках та інших промислових об’єктах, де необхідно проводити контроль за кількістю рідини, яка бере участь в ТП.

Ультразвукові давачі витрат діють без втручання в потік контрольованої рідини. Вони дають змогу вимірювати витрати незалежно від роду рідини і температури, які можуть впливати на швидкість поширення акустичних хвиль в нерухомому середовищі. Для цього застосовують схему, в якій кожен з двох п’єзоелементів використовується спочатку як випромінювач потім як приймач. Час розповсюдження акустичної хвилі в напрямку потоку дорівнює:

, а в протилежному напрямку відповідно .

Можливий діапазон вимірювання витрат ультразвукових давачів становить від 0,1 до 10⁵ м³/год залежно від діаметра трубопроводу, не лінійність менша 10^-3 від діапазну вимірювань, зведена похибка – 1%.

+ відсутність рухомих елементів і збурення течії

+ незалежність від фізико-хімічних властивостей рідини (електропровідність, корозійна здатність)

- градуювання в реальних умовах експлуатації

43. Давачі рівня.

Завдання вимірювання рівня виникає при транспортуванні і збереженні рідин, управлінні технологічними процесами в енергетиці, хімії, тощо.Найпростіші гідростатичні давачі рівня мають в своєму складі поплавковий чутливий елемент (рис. 7.9, а), який тримається на поверхні рідини, за допомогою механічної передачі з'єднаний з електричним перетворювачем переміщення. Електричний вихідний сигнал, пропорційний рівню, подається в лінію зв'язку з вимірювачем.

У плунжерного гідростатичного давана рівня чутливий елемент являє собою занурений в рідину циліндр (рис. 7.9, б), висота якого не менша від максимальної висоти рівня в резервуарі.

Динамометричний перетворювач формує електричний сигнал, пропорційний різниці сили тяжіння плунжера і сили виштовхування рідини (рівню).

Чутлививим елементом гідростатичного давача рівня часто є диференціальний манометр, розміщений біля дна резервуара таким чином, що на один бік мембрани діє тиск верхньої частини резервуара, вільної від рідини, який може дорівнювати або недорівнювати атмосферному, а на Другий бік тиск рідини ρgh (рис. 7.9, в). Деформація мембрани перетво­рюється в електричний сигнал.

Безпосереднє перетворення рівня в електричний сигнал здійснюється в давачах, які вимірюють електропровідність рідини.

У випадках неелектропровідних рідин використовують ємнісні давачі рівня з циліндричними обкладками (рис. 7.10). Діелектриком є рідина, що заповнює частину резервуара, і повітря над нею. Якщо резервуар заповнений рідиною з діелектричною проникністю є до рівня х, а загальна висота обкладок конденсатора відповідає максимальному рівню заповнення b, то ємність давача можна подати як ємність паралельного з'єднання двох конденсаторів C= .

В ультразвукових давачах використовується властивість ультразвуку відбиватись від меж розділу двох середовищ з різною густиною. Мірою рівня є час розповсюдження коливань до межі розділу і назад до приймача.

44. Оптичні давачі, фотоелементи. Способи включення.

Оптичні здавачі призначені для перетворення в електричний сигнал інформації, що надається електромагнітними хвилями оптичного діапазону м, які відповідають частотам Гц. Оптичний діапазон складається з ділянок: ультрафіолетового невидимого випромінювання (); видимого світла, яке дає зорове і колірне відчуття () і ділянки інфрачервоного випромінювання , яке дає теплове відчуття.

Електромагнітне випромінювання, у тому числі і оптичне, розповсюджується у середовищі зі швидкістю , де с=2,98*10⁸ м/с, n- показник заломлення.

Проходження оптичного випромінювання через речовину супроводжується його розсіюванням і поглинанням. При проходженні світла через мутні середовища (туман, дим, суспензії), які містять завислі частини речовини, випромінювання внаслідок часткового розсіювання ослаблюється залежно від довжини хвилі і розміру частинок.

При оптичних випромінюваннях світлове випромінювання є носієм інформації і характеризується такими параметрами: розповсюдження, інтенсивність, частота, довжина і фаза хвиль, поглинання середовищем, поляризація.

У загальному випадку оптичний давач складається з джерела випромінювання світлового потоку, оптичного каналу і приймача випромінювання. Вхідна величина може впливати безпосередньо на джерело випромінювання і модулювати параметри потоку, або на канал, по якому розповсюджується оптичний потік. Приймач перетворює останній в електричний сигнал.

Джерелом оптичного випромінювання може бути сам об’єкт дослідження (розплав металу, гаряче кування, жива істота), а найчастіше спеціальний освітлювач – природне світло, лампи розжарювання, люмінофори, світло діоди.

В оптичних здавачів використовується фотоефект, який проявляється в зміні властивостей матеріалу при зміні його освітленості.

Вакуумні фотоелементи виготовляють у вигляді скляного балона з прозорим вікном, всередині підтримується вакуум.

Катод і анод розташовуються таким чином, щоб забезпечити приймання фотокатодом максимального потоку випромінювання і збирання анодом усіх електронів, які імітуються катодом. Світлові характеристики майже лінійні. Інтегральна чутливість переважно не перевищує 100 мкА/лм. Перетворення світлового потоку в струм практично без інерційне

-10^-9с. Переваги: лінійність статичних характеристик. Незначна залежність від температури, узгодження спектральної ділянки вибором типу фотокатода.

Недолік: низька інтегральна чутливість і значні габарити обмежують в ряді випадків їх застосування.

Різновидом вакуумних фотоелементів є фотоелектричні помножувачі в яких використовується первинна і вторинна емісія електронів. Виготовляються у циліндричних скляних балонах, де розташована система електродів, система фокусування електронного променя і контактні виводи.

Переваги: висока чутливість, мінімальний шум, швидкодія.

Недоліки: значні габарити, крихкість, висока вартість.

Іонні фотоелементи.

Конструктивно мало чим відрізняються від вакуумних. Але їх балони наповнені газом (аргоном). При достатній анодній напрузі електрони, що вилітають з катода під дією світлового потоку, ініціюють процеси ударної іонізації атомів газу. У результаті виникає ефект множення струму емісії.

Інтегральна чутливість таких фотоелементів у декілька разів вища, ніж у вакуумних, але світлова характеристика зберігає лінійність тільки при малих значеннях оптичного потоку. Внаслідок значної інерційності, високого рівня власних шумів, можливості виникнення некерованого дугового розряду застосування таких фотоелементів обмежене.

Дата добавления: 2015-05-26