Применение индукционных преобразователей
Выходное напряжение индукционного преобразователя пропорционально скорости перемещения подвижной части и это свойство широко используется для построения универсальных виброизмерительных устройств, в измерительной цепи которых значение виброперемещений и виброускорений получаются путем интегрирования или дифференцирования выходного сигнала датчика. На рис. 5.16 приведена Структурная схема промышленного универсального виброизмерительного устройства, позволяющая измерить перемещения, скорости и ускорения.
Рис. 5.16. Структурная схема универсального виброизмерительного устройства.
Сигнал сейсмического вибродатчика с индукционным преобразователем поступает через интегрирующую ИЦ или дифференцирующую ДЦ цепь, или непосредственно в усилитель УС, на выход которого подключен вибратор осциллографа. Выбор измеряемого параметра осуществляется при помощи переключателя П. Прибор имеет три канала, обеспечивающих работу в диапазоне частот 10…500 Гц при коэффициенте преобразования 70 мА/В no сигналу, 24×10-3 мА/В по интегралу входного сигнала и 175×10-3 мА с/В - по производной входного сигнала при нагрузке на указатель с сопротивлением 1 Ом.
Другим направлением построения широкодиапазонных виброизмерительных приборов является использование корректирующих цепей, позволяющих использовать один и тот же датчик для измерения виброперемещений и виброускорений. Примером может служитьширокодиапазонный прибор, конструкция которого приведена на рис.5.13.
В зазоре между полюсным наконечником 1, напрессованным на постоянный магнит, и внешним магнитопроводом 2, помещена рабочая катушка 3 индукционного преобразователя, намотанная на дюралюминиевый каркас 4. В качестве упругих элементов используются плоские П-образные пружины 5. Винтами 6 и 7 пружины прикреплены одним концом к рабочей катушке, а другим - к корректирующей катушке 5. Последняя служит для коррекции погрешностей, обусловленных внешними магнитными полями и включается встречно с рабочей катушкой. Успокоение системы электромагнитное и осуществляется за счет взаимодействия токов, индуктированных в каркасе и рабочей катушке, с полем постоянного магнита. Датчик имеет чувствительность около 50 мВ/мм собственную резонансную частоту 18 Гц, степень успокоения b = 0,3, массу — 300 г, диаметр 50 мм и длину 60 мм,
Рис. 5.16. Прибор для измерения виброперемещений и виброускорений.
Рабочий диапазон прибора по ускорению 0,03…10 g и по смещению 0,03…10 мм. Погрешность измерения не более 10%.
Индукционные преобразователи могут быть использованы для измерения постоянного ускорения и скорости.
На рис. 5.17 показано принципиальное устройство предложенного М.М.Фетисовым прибора с индукционным обратным преобразователем. Позже появилось сообщение о том, что на таком же принципе основан акселерометр, установленный в системе американской ракеты «Минитмен».
Рис. 5.17. Устройство прибора для измерения постоянного ускорения и скорости.
Под действием ускорения Х маятник, образованный постоянным магнитом 1, подвешенным на оси 2, отклоняется. Емкостный преобразователь недокомпенсации 3 выходит из равновесия, выходной сигнал усиливается усилителем и поступает на обмотку двигателя 4. Двигатель вращает диск 5, расположенный между полюсами постоянного магнита. Возникающий момент уравновешивает момент маятника. Скорость вращения диска т.е. частота w пропорциональна ускорению и является выходной величиной прибора.
Широкое распространение для измерения скорости получили различного рода тахометры. Тахометры с амплитудной модуляцией обычно выполняются с индукционным преобразователем (генератором постоянного или переменного тока), выходной величиной которых является э.д.с. Для измерения скорости также используются частотные тахометры (с частотной модуляцией), которые являются наиболее простыми и точными. В качестве образцового отрезка пути в этих датчиках используется полный оборот 360o. Измерителем в данном тахометре может служить герцметр. Индукционные преобразователи чаще всего используются в частотных датчиках тахометров. Они просты, надежны, дают большую выходную мощность. К недостаткам их относятся: необходимость непосредственного доступа к валу; зависимость амплитуды выходного сигнала от измеряемой скорости вращения, что затрудняет измерение малых скоростей, а также создаваемый им тормозной момент.
На рис.5.18 показан принцип конструкции тахометра с индукционным преобразователем.
Рис. 5.18. Тахометр с индукционным преобразователем.
Магнит гибким валом связан с испытуемым объектом. В поле магнита, вращающегося со скоростью w, расположен металлический диск 1, укрепленный на валу 2. На этом же валу укреплены один конец пружинки 3 из фосфористой бронзы и стрелка 4, угол a поворота которой является выходной величиной прибора. При вращении магнит увлекает за собой диск. Под действием вращающего момента пружина, имеющая удельный противодействующий момент W, закручивается на угол, прямо пропорциональный измеряемой скорости.
Индукционные преобразователи используются также и для измеренияобъемного расхода жидкости или газа, протекающего по трубопроводу в единицу времени. На рис. 5.19 представлена схема устройстватурбинного крыльчатого тахометрического датчика.Он представляет собой отрезок трубы, в котором установлена небольшая осевая турбинка.
Под действием потока жидкости в трубе ротор турбинки вращается со скоростью, доходящей до 250 об/сек. Скорость вращения турбинки преобразуется в частоту электрических колебаний любым из описанных выше индукционным преобразователем. Погрешность датчиков такого типа можно довести до 0,35%. Погрешность целиком определяется погрешностью преобразования расхода в скорость вращения турбинки и зависит от сил сопротивления вращению ротора, возникающих от трения в подшипниках, вязкости жидкости и тормозного момента индукционного преобразователя.
Частотные датчики расходомеров могут работать как с аналоговым измерительным устройством типа конденсаторного частотомера, так и с цифровым частотомером. Результирующая погрешность в первом случае составляет 1…2%, во втором — может быть менее 0,5%.
Рис.5.19. Устройство турбинного крыльчатого тахометрического датчика.
В индукционном расходомере (рис. 5.20) используется эффект возникновения электррического тока в проводнике, перемещающемся в магнитном поле.
Рис. 5.20. Устройство индукционного расходомера.
Протекающая жидкость отождествляется с проводником, т.е. она должна обладать определенной минимальной проводимостью. Согласно закону Фарадея, в обладающей электрической проводимостью жидкости Q, протекающей через магнитное поле, возникает электрическое поле. Контролируемый поток протекает по армированной изолятором трубе, в стенах которой перпендикулярно направлению магнитного поля и потока среды установлены два диаметрально расположенных электрода В, с которых снимается напряжение, пропорциональное средней скорости потока среды. Этот образованный высокоомным источником сигнал, величина которого имеет порядок нескольких милливольт, с помощью кабеля проводится к измерительному преобразователю, усиливающему его и осуществляющему дальнейшую обработку.
Индукционные преобразователи могут быть также использованы для измерения крутящего момента — фазовые датчики торсиометров.
5.5. Термоэлектрические преобразователи
Принцип действия
Термоэлектрические преобразователи относятся к типу тепловых преобразователей и основаны на явлении термоэлектричества, открытого в начале прошлого века академиком Эпинусом. Явление термоэлектричества заключается в следующем. Если составить цепь из двух различных проводников (или полупроводников) А и В, соединив их между собой концами (рис. 5.21, а), причем температуру t1 одного места соединения сделать отличной от температуры t0 другого, то в цепи появится э.д.с., называемая термоэлектродвижущей силой (термо-э.д.с.), и являющейся разностью функций температур мест соединения проводников.
Данная цепь называетсятермоэлектрическим преобразователем илитермопарой; проводники, составляющие термопару —термоэлектродами, а места их соединения —спаями.
Термопара может быть использована для измерения температуры. Если один спай термопары (рабочий спай) поместить в среду с температурой t1, которую нужно измерить, а температуру другого (нерабочего) спая поддерживать постоянной 
и
Последнее выражение положено в основу измерения температур при помощи термопар.
Таким образом, входной величиной термопары является температура t1 рабочего спая, а выходной величиной — термопары э.д.с., которую термопара развивает при строго постоянной температуре t0 нерабочего спая.
Приборы, представляющие собой сочетание термопары и измерителя, используемые для измерения температуры, называют термоэлектрическими пирометрами.
Включить измеритель - (указатель) в цепь термопары можно по двум схемам рис. 5.21, б и в), а для того, чтобы включение в цепь термопары указателя не изменило значения термо-э. д. с., места соединения указателя с термоэлектродами должны иметь одинаковую температуру.
а) б) в)
Рис.5.21. Термоэлектрические преобразователи.
Дата добавления: 2016-03-22; просмотров: 2789;