Файл: Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник.pdf

образом, ток в цепи катушки в первом случае зависит от величи­ ны воздушного зазора, а во втором — от его площади. Преобразо­ ватель с разомкнутой магнитной цепью (рис. 10, в) представляет собой катушку, внутри которой помещен ферромагнитный сердеч­ ник. Перемещение сердечника влияет на индуктивность катушки. Первые два типа преобразователей применяются для измерения малых линейных перемещений, а последний — для измерения зна­ чительных линейных перемещений. Для измерения угловых пере­ мещений может применяться преобразователь (рис. 10, г), име­ ющий магнитопровод, в воздушном зазоре которого помещен элек­ тропроводный диск из меди или алюминия. Индуктированные в диске токи создают активные потери, влияющие на величину тока в катушке, причем эти потери зависят от положения диска.

Сравнительная простота, высокая точность, малое потребление энергии, возможность построения бесконтактных схем приборов

предопределили наибольшее распространение индуктивных преоб­ разователей.

Е м к о с т н ы е п р е о б р а з о в а т е л и являются конденсатора­ ми, емкость которых в частном случае зависит от расстояния меж­ ду обкладками, площади поверхности обкладок и диэлектрической проницаемости среды между обкладками. Если какая-либо механи­ ческая величина воздействует на эти параметры, то емкость кон­ денсатора будет функцией этой величины. Емкостные преобразова­ тели по соображениям техники безопасности пока не нашли боль­ шого применения на судах.

Т е н з о м е т р и ч е с к и е п р е о б р а з о в а т е л и деформаций — тензодатчики (рис. 11) служат для измерения деформации и меха­ нических напряжений. Они представляют собой тонкую (диаметром 0,02—0,05 мм) зигзагообразную проволоку из материала с высо­ ким удельным сопротивлением, которая с помощью прокладки приклеивается к исследуемой конструкции, например к обшивке, балкам, шпангоутам или другим деталям судна (рис. 11, а). При растяжении или сжатии детали (рис. 11, б) проволока восприни­ мает эти деформации и ее длина, сечение, а также удельное сопро­ тивление изменяются. В результате изменяется электрическое со­ противление проволоки, как некоторая функция деформаций де­ тали и напряжения в ней.

Проволочный тензометрический преобразователь включается в одно из плеч моста (рис. 11, в). При отсутствии деформаций мост

о) ' - 6) в)

27

Рис. 12. Торсиометр с магнитоупругим преобразователем

уравновешен, а при наличии деформаций изменение сопротивления Rт вызовет появление тока в диагонали моста, что может быть вос­ принято гальванометром или вибратором осциллографа, осуще­ ствляющего запись исследуемого процесса. Для уменьшения су­ щественной для тензодатчиков температурной погрешности в со­ седнее плечо моста должен быть включен такой же датчик, поме­ щенный в те же температурные условия.

Проволочные тензодатчики на бумажной основе применяются для измерения относительных деформаций от 0,005 до 2%.

О величине вращающегося момента, передаваемого от главного двигателя судовой силовой установки к гребному валу, можно су­ дить по крутильным деформациям гребного вала или по напряже­ ниям в его материале.

Напряжения в материале вала могут быть измерены с помощью проволочных тензодатчиков, наклеенных на вал. Приборы с таки­ ми датчиками установлены на ряде судов. Однако тензодатчики подвержены старению, приборы на их основе имеют трущиеся кон­ такты, погрешность измерений относительно велика и составляет от 2 до 10%.

Индуктивные преобразователи — торсиометры—-имеют мень­ шую погрешность измерений (0,5—1%). Суть их работы заключа­ ется в том, что при скручивании вала под действием крутящего момента происходит перемещение магнитопровода индуктивного преобразователя относительно якоря и изменяются индуктивные сопротивления обмоток преобразователя. Существенным недостат­ ком этих приборов является наличие трущихся контактов (токо­ съемные гдальца-щетки).

Магнитоупругие преобразователи — бесконтактные торсиомет­ ры являются более перспективными для судовых условий. Действие их основано на изменении магнитной проницаемости стали при де­ формациях. Принципиально магнитоупругий преобразователь мо­ жет быть представлен в виде двух П-образных ферромагнитных сердечников с одной общей первичной обмоткой 1, к которой под­ водится питание от сети переменного тока, и двумя раздельными вторичными обмотками 2 и 3, включенными последовательно, но встречно (рис. 12, а). П-образные сердечники ориентируются в соответствии с направлением действующих напряжений на растя­ жение и сжатие, возникающих во вращающемся валу под действи-

28

ем крутящего момента (рис12, в) и закрепляются неподвижно над валом (рис. 12, б). Магнитная проницаемость стали, из кото­ рой изготовлен вал, по направлению сжатия увеличивается, а по направлению растяжения — уменьшается. Поэтому'магнитные по­ токи, созданные первичной обмоткой в П-образных сердечниках, а соответственно и э. д. с., индуктированные во вторичных обмотках,, будут различными по . величине. Электроизмерительный прибор, включенный в цепь вторичных обмоток, отметит это различие.

Выпускаемые промышленностью магнитоупругие датчики кон­ структивно отличаются от описанного и имеют погрешности при измерениях не более 1,5%.

§ 7. Электрическое измерение температуры

Контроль и измерение температуры в различных судовых устройствах преследуют следующие цели:

получение информации о режиме работы установки; предупреждение обслуживающего персонала о предельных зна­

чениях температуры отдельных элементов установки; автоматическое регулирование температуры в заданных преде­

лах. Поясним это короткими примерами.

Температура выхлопных газов цилиндров двигателей позволяет оценить работу каждого цилиндра в отдельности и режим работы двигателя в целом. Повышение температуры обмоток электродви­ гателя выше допустимой величины может привести к аварии элек­ тродвигателя.

_При повышении температуры в холодильной камере до задан­ ной величины автоматически подается сигнал на включение элек­ тродвигателя компрессора, а при снижении температуры до уста­ новленного значения компрессор автоматически выключается.

Подобных примеров на современном судне можно найти сколько угодно.

Существует много различных методов измерения и контроля температуры, но на судах нашли распространение три из них: при помощи термопары, при помощи термосопротивлений и с использо­ ванием линейного или объемного расширения тел.

Более широкое распространение термопара получила как ин­ струмент измерения температуры. В этом случае прибор (милли­ вольтметр), измеряющий величину э. д. с. термопары, градуирует­ ся в градусах Цельсия.

Величина термо э. д. с., как известно, зависит от разности тем­ ператур спаев двух проводников из различных материалов и от самих материалов, но не зависит от способа образования спаев (сварка, пайка и т. д.). Не зависит она и от длины и характера третьего проводника при условии, что места соединения термопары с ним будут иметь одинаковую температуру. Таким третьим про­ водником является измерительный прибор.

Тот спай, который помещается в контролируемую точку, назы­ вается рабочим, а другой — свободным. Температура свободного

29

спая, естественно, влияет на точ­ ность измерения. Для повышения точности измерения свободные спаи термопар помещаются в среду с по­ стоянной температурой.

Теоретически термопару можно получить из любых двух металлов, сплавов или полупроводников. Наи­ более широкое распространение в измерительных термопарах получи­ ли сплавы: копель (56,5% Си+ 43,5% Ni), хромель (90% Ni+10% Сг), алюмель (1% Si+2%' А1+

хромель-копель: 2 — хромель-алю­ + 17% Fe+2% Mn+78% Ni).

Термопара хромель-копель мо­ жет использоваться для измерения температуры до 600°С, а термо­ пара хромель-алюмель до 1100°С.

На рис. 13 приведена зависимость э. д. с- Е этих термопар от температуры рабочего спая при 0°С свободного спая.

Образцовые термопары для измерения температуры до 1600° С выполняются из платины и платинородия (90% Pt + 10% Rh).

Конструктивное исполнение термопар различное. Обычно они помещаются в защитную металлическую трубу, а рабочий спай, кроме того, вставляется в фарфоровый наконечник, изолирующий его от трубы. Изоляция проводов (электродов) термопары выпол­ няется в виде бус. В верхней части трубы на изоляционной колодке располагаются контакты для подключения удлинительных прово­ дов к измерительному прибору.

На рис. 14 показаны примеры монтажа термопар для измерения температуры выхлопных газов цилиндров. Места установки термо­ пар должны иметь теплоизоляцию.

Второй способ измерения температуры основан на использова­ нии зависимости электрического сопротивления проводников и по­ лупроводников от температуры. Зависимость для проводников вы­

Температурный коэффициент сопротивления для металлов является положительным и в интервале 0—100° С для большинства металлов

Для измерения температуры используются сопротивления из ме­ таллов, обладающих возможно большим температурным коэффи­

30

ратуры от —50 до +180°С, никелевые от -100 до +300°С, плати­ новые — от —200 до +650°С.

Преимущество никеля как материала для термосопротивлений перед медью заключается в том, чго его удельное сопротивление в 4—5 раз больше.

Большое распространение получают полупроводниковые терми­ сторы. Зависимость сопротивления полупроводников от температу­

где А и В — постоянные коэффициенты, зависящие от типа полу­ проводника и формы термосопротивления;

Т — температура, °К; е — основание натурального логарифма.

Уравнение (5) показывает, что сопротивление полупроводнико­ вых терморезисторов при увеличении температуры уменьшается по экспоненциальному закону, т. е. нелинейно. Сопротивление полупро­ водниковых терморезисторов изменяется в зависимости от темпе­ ратуры в 6—10 раз больше, чем проводниковых. Серьезным недо­

31