Виды балансировки преобразователей

В условиях производства трудно обеспечить идентичность измерительной и компенсационной обмоток преобразователя. Более того, как было отмечено выше, для обеспечения отстройки от зазора требуется наличие определенного разбаланса. Балансировка преобразователей - наиболее сложная и ответственная технологическая операция при изготовлении преобразователя. Для балансировки преобразователей могут применяться различные балансировочные схемы. Каждая из схем имеет свои требования к преобразователям.

На рис. 2.28 изображены преобразователи, предназначенные для различных видов балансировки и схемы их подключения.

а) б)

в) г)

Рис.2.28. Варианты схем балансировки для преобразователей: а - преобразователь, балансируемый витками обмоток, б - преобразователь, балансируемый дополнительным ферритовым сердечником, в - преобразователь, балансируемый электрическим способом, г - преобразователь, балансируемый электронным способом

Преобразователь, балансируемый витками обмоток (рис.2.27, а). Это преобразователь с «классической» схемой балансировки. Обмотки преобразователя изготавливаются в пределах технологических допусков. Затем преобразователь подключается к электронному блоку прибора или стенду с генератором и вторичным преобразователем. При точно заданной амплитуде напряжения возбуждения, изменением количества витков измерительной или компенсационной обмоток добиваются требуемой амплитуды напряжения (разбаланса) на выходе соединенных заданным образом измерительной и компенсационной обмоток. После этого обмотки фиксируются (обычно путем заливки всего преобразователя эпоксидным компаундом). Векторная диаграмма «классической» схемы балансировки полностью совпадает с диаграммами, приведенными на рис. 2.8 и рис. 2.11.

Достоинство преобразователей, балансируемых таким способом - в соединительном кабеле требуется четыре проводника, через измерительную и компенсационную обмотку не протекает ток, благодаря чему достигается приемлемая температурная стабильность (результирующее магнитное поле преобразователя не искажается магнитным полем, индуцированным током в измерительной обмотке). Недостаток данной балансировки - преобразователь можно балансировать только один раз при изготовлении.

Преобразователь, балансируемый дополнительным ферритовым сердечником (рис. 2.28, б). Данная схема балансировки является наиболее близкой к «классической», но призвана устранить основной её недостаток. Использование дополнительного подвижного ферритового сердечника позволяет корректировать балансировку преобразователя не только при изготовлении, но и в процессе эксплуатации. Так, в случае применения незащищенного ферритового сердечника, в процессе эксплуатации он неизбежно будет истираться, что приведет к его разбалансировке и нарушению метрологических характеристик. Наличие дополнительного подвижного ферритового сердечника позволяет корректировать балансировку преобразователя в процессе эксплуатации. По мере истирания сердечника балансировку можно восстановить, отодвигая дополнительный феррит от стержня со стороны компенсационной катушки. Балансировка преобразователя восстанавливается, а его срок службы значительно увеличивается.

В ряде случаев для упрощения конструкции вместо дополнительных ферритовых стержней используют металлические кольца с резьбой. Суть балансировки не меняется, однако в металлическом кольце индуцируется вихревой ток, что приводит к искажению векторной картины балансировки. Преобразователь с начальным разбалансом невозможно сбалансировать с помощью металлического кольца так, чтобы на выходе наблюдался нулевой сигнал при отнесении преобразователя от объекта контроля.

Преобразователь, балансируемый электрическим способом (рис. 2.28, в). Балансировка преобразователей с использованием электрических балансировочных схем сводится к следующему: измерительная и компенсационная обмотки подключаются к высокоомной нагрузке. С использованием подстроечного резистора выбирается требуемый уровень падения напряжения на одной из обмоток.

В отличие от преобразователя, балансируемого по «классической» схеме, в данном случае необходимо выводить концы измерительной и компенсационной обмоток от чувствительного элемента преобразователя.

На рис. 2.29 изображены различные варианты электрических балансировочных схем.

а)

б)

Рис. 2.29. Электрические балансировочные схемы:

а - симметричная; б - несимметричная

Главной особенностью симметричной электрической балансировочной схемы является то, что у преобразователя векторы напряжения измерительной Ů_и и компенсационной Ů_к обмоток не вычитаются, а суммируются. Получение разностного сигнала производится на резисторах балансировочной схемы. На рис. 2.30 изображена векторная диаграмма преобразователя с симметричной электрической балансировочной схемой.

а) б)

Рис. 2.30. Векторная диаграмма преобразователя с симметричной электрической балансировочной схемой:

а - преобразователь отнесен от объекта контроля, б - преобразователь установлен на неферромагнитный электропроводящий объект контроля (полупространство). Для наглядности степень влияния металла на сигналы преобразователя увеличена

Преимущества преобразователей, балансируемых данным способом:

- простая электрическая схема;

- возможность балансировки при различных разбалансах обмоток.

Основные недостатки симметричной электрической балансировочной схемы:

- разностное напряжение в два раза меньше чем при «классической» балансировке;

- большие уровни шумов, вызванных собственными шумами высокоомных резисторов.

Отличительной особенность несимметричной электрической балансировочной схемы является то, что с её помощью можно только уменьшать напряжение на измерительной обмотке. На рис. 2.31 изображена векторная диаграмма несимметричной балансировочной схемы.

а) б)

Рис.2.31. Векторная диаграмма преобразователя с несимметричной

балансировочной схемой:

а - преобразователь отнесен от объекта контроля, б - преобразователь на неферромагнитном электропроводящем объекте контроля (полупространстве). Для наглядности степень влияния металла на сигналы преобразователя увеличена

Компенсационная обмотка одним выводом подключена к «земле». Измерительная обмотка подключена в противофазе к компенсационной. Измерительная обмотка нагружена последовательно соединенными резисторами r_и и r_п. Компенсационная обмотка нагружена резистором r_к, сопротивление которого r_к = r_и + r_п. Перемещением движка подстроечного резистора уменьшается падение напряжения на резистивной цепи r_и + r_п, уравновешенной резистором r_к до требуемого уровня.

Преимущества преобразователей балансируемых данным способом:

- напряжение разностного сигнала, в отличие от симметричной балансировочной схемы, соответствует «классической» схеме балансировки;

- уровни собственных шумов резисторов в два раза меньше при тех же значениях сопротивлений, по сравнению с симметричной схемой балансировки.

Основные недостатки несимметричной балансировочной схемы:

- необходимость изготовления измерительной обмотки с количеством витков на 5-10% большим, чем компенсационной;

- возможность только «уменьшения» напряжения на измерительной обмотке.

Общим недостатком преобразователей с электрической балансировкой является то, что соединительные проводники как между чувствительным элементом и балансировочной схемой, так и между балансировочной схемой и последующими цепями очень чувствительны к электрическим помехам и паразитным емкостям, что накладывает определенные ограничения на использование подобных схем.