Файл: Автоматизация_Staroverov1.doc

2. Потенциометрические первичные

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Потенциометрический преобразователь преобразует пе­ремещение чувствительного элемента (подвижного контакта) в по­стоянный или переменный ток вследствие изменения своего элек-

трического сопротивления. Различают преобразователи с угло­вым (рис. 4, а) и линейным (рис 4, б) перемещением подвижного контакта. Потенциометрический преобразователь состоит из рео­хорда 2 и подвижного контакта 1. При различных положениях подвижного контакта сопротивление между ним и точкой В изме­няется, что вызывает изменение напряжения (У₀, подаваемого от источника питания на клеммы измерительного прибора.

Реохорд датчика представляет собой каркас из изоляционного материала с намотанным на него в один ряд проводом. Для на­мотки используют проволоку без изоляции из константана, ни­хрома, фехраля и других сплавов с высоким омическим сопротив­лением. По поверхности намотки скользит подвижный контакт.

В зависимости от конструкции реохорда различают два типа потенциометрических преобразователей: линейные и функцио­нальные.

Линейные потенциометрические преобразователи имеют по­стоянные сечения каркаса, диаметр проволоки и шаг намотки.

Напряжение питания и длина намотки являются постоянными величинами, поэтому выходные напряжения прямо пропорцио­нальны значению перемещения подвижного контакта.

Функциональные потенциометрические преобразователи обла­дают нелинейной характеристикой, что обеспечивается намоткой проволоки на каркасы с переменным сечением. Такой преобра­зователь представляет собой как бы несколько включенных по­следовательно линейных преобразователей. Нелинейность харак­теристики может быть достигнута также путем шунтирования резисторами отдельных участков намотки линейных потенцио­метрических преобразователей. Если у линейного потенциометри­ческого преобразователя сделать отвод от середины обмотки, то он будет характеризовать наряду со значением перемещения движка и его направление.

Потенциометрические преобразователи деогут включаться по схеме реостата (рис. 4, а и б) или потенциометра (рис. 4, в) (де­лителя напряжения). В зависимости от схемы включения переме­щение подвижного контакта преобразуется в изменение тока (при последовательном соединении) или напряжения (при включении по схеме делителя). Первая схема применяется довольно редко, так как она не обеспечивает достаточной точности преобразова­ния, на величину которой оказывают влияние сопротивление соединительных проводов и переходного сопротивления между контактом и обмоткой реохорда.

Потенциометрические преобразователи выполняют с 20 %-ной или 100 %-ной зоной пропорциональности. Последние получили большее распространение, так как они охватывают всю шкалу измерительного прибора.

К недостаткам потенциометрических преобразователей можно отнести наличие подвижного контакта и трудности получения линейной характеристики. Однако простота конструкции и воз­можность отказа от усилителя компенсируют отмеченные недо­статки. Потенциометрические преобразователи получили широкое распространение в схемах автоматики для преобразования меха­нических перемещений. В литейном производстве они могут быть использованы для определения высоты встряхивания на встря­хивающих формовочных машинах.

3. Индуктивные первичные преобразователи

Индуктивные преобразователи применяют для преоб­разования малых линейных или угловых перемещений в электри­ческие сигналы. Принцип их действия основан на зависимости индуктивного сопротивления катушки от изменения зазора в магнито проводе, от перемещения магнито провода в катушке или от изменения площади зазора.

Индуктивный преобразователь с подвижным якорем (изме­няющимся зазором) представляет собой катушку индуктивности 3 с магнитопроводом 2 и подвижным якорем / (рис. 5, а). Катушка индуктивности с магнитопроводом, называемая статором, закреп­ляется неподвижно, а якорь механически соединяется с подвиж­ной частью объекта управления, перемещение которого необхо­димо преобразовать в электрический сигнал. Перемещение якоря изменяет воздушный зазор 6 (входная величина преобразователя), вызывает изменение индуктивного сопротивления катушки и, как следствие этого, выходной величины тока I при постоянном напряжении и₀.

Чувствительность индуктивных преобразователей с изменяю­щимся воздушным зазором уменьшается с увеличением зазора 6, поэтому их используют для измерения и контроля очень малых перемещений (до 2 мм). В таком диапазоне рабочих перемещений их чувствительность не превышает 2 мкм.

Индуктивные преобразователи с перемещающимся магнито­проводом (рис. 5, б) способны измерять большие перемещения (до 50 мм).

У индуктивных преобразователей с изменяющейся площадью воздушного зазора (рис. 5, в) статическая характеристика ли­нейна только на определенном участке. Линейность нарушается, когда активное сопротивление становится сравнимым с индук­тивным. Диапазоны перемещения якоря больше (до 8 мм), чем у преобразователей с изменяющимся воздушным зазором, однако чувствительность ниже.

Все перечисленные выше виды индуктивных преобразователей обладают высокой надежностью, имеют практически неограни­ченный срок службы и большую мощность выходного сигнала (до нескольких ватт). К недостаткам можно отнести нереверсив- ность статической характеристики, небольшой диапазон переме­щения якоря, наличие тока холостого хода и влияние колебаний амплитуды и частоты напряжения питания. Эти недостатки прак­тически полностью отсутствуют у дифференциальных индуктив­ных преобразователей.

Дифференциальный индуктивный преобразователь (рис. 5, г) имеет два статора 2 с катушками индуктивности 3 и один подвиж­ный якорь 1. При отклонении якоря от среднего положения происходит изменение индуктивного сопротивления обеих кату­шек и на выходе преобразователя появляется напряжение С/_и. Катушки индуктивности включаются либо в дифференциальную измерительную схему, либо как смежные плечи мостовой измери­тельной схемы.

Дифференциальные индуктивные преобразователи по сравне­нию с ранее рассмотренными конструкциями обладают более вы­сокими точностью и чувствительностью. Их статическая харак­теристика линейна и реверсивная. Поэтому они получили наи­большее распространение.

Трансформаторные преобразователи являются разновидностью индуктивных. Они представляют собой трансформаторы с пере­менным коэффициентом трансформации за счет изменения коэффи­циента взаимоиндуктивности между обмотками. Трансформатор­ные преобразователи применяют для преобразования небольших линейных и угловых перемещений в электрический сигнал (напря­жение переменного тока).

Первичная обмотка 2 (рис. 6) дифференциального трансформа­торного преобразователя с угловым перемещением якоря намо­тана на центральном стержне 1 магнитопровода, а две совершенно одинаковые вторичные обмотки 3 располагаются на крайних стержнях. Они соединены последовательно и имеют встречную намотку. При симметричном положении якоря 4 по отношению к стержню 1 во вторичных обмотках будут индуцироваться одина­ковые по значению и противоположные по фазе ЭДС, а напряже­ние на выходе преобразователя будет равно нулю. При повороте якоря, механически связанного с подвижной частью объекта управления, изменяется значение магнитных потоков и в соответ­ствии с этим значение ЭДС, т. е. на выходе появляется напряже­ние, амплитуда которого равна разности амплитуд ЭДС вторич­ных обмоток. Статическая характеристика рассмотренного преоб­разователя линейна и реверсивна. Реверсивность означает изме­нение в знаке выходного сигнала при изменении знака входного сигнала. Чувствительность преобразователя в 2 раза выше чув­ствительности обычных индуктивных преобразователей.

Интересна конструкция ферродинамического преобразователя, предназначенного для преобразования угловых перемещений в электрические сигналы.

Ферродинамический преобразователь (рис. 7) имеет магнито- провод, состоящий из плунжера /, шихтованного ярма 2 и сер­дечника 3. На сердечнике 3 укреплены агатовые подпятники (на схеме не показаны), в которых на кернах установлена поворотная рамка 4, механически соединенная с подвижной частью объекта

Рис. 6. Дифференциальный трансфор- Рис. 7 Ферродинамический преобра-

маторный преобразователь зователь

управления. Концы обмотки подвижной рамки подсоединяются с помощью спиральных пружин и проводов. Принцип работы преобразователя заключается в следующем. При подаче пере­менного тока на обмотку возбуждения 5 в магнитопроводе воз­никает магнитный поток. Если рамка 4 расположена по ней­трали ММ, то значение наведенной ЭДС равно нулю. При пово­роте рамки на некоторый угол а в ней индуцируется ЭДС, вели­чина которой пропорциональна углу поворота. Рабочий угол рамки от нейтрали составляет 40°. В зависимости от типа преобра­зователя напряжение на выходе рамки изменяется от —1 до +1 В или от 0 до 2 В.

Высокочастотные индуктивные преобразователи позволяют из­мерить толщину фольги металлов, толщину гальванических по­крытий, разностенность металлических труб и т. д. Принцип их действия основан на изменении индуктивности обмотки при воз­никновении вихревых токов в проводящем теле, расположенном вблизи этой обмотки.

В таких преобразователях используется так называемый по­верхностный эффект, т. е. затухание вихревых токов по мере проникновения их в глубь проводящей среды, обусловленных переменным магнитным полем; при этом разность токов возбужда­ющего поля и поля вихревых токов уменьшается.