«Электрорадиоизмерения» (стр. 2 из 6)

От поплавка 1, погруженного в бак с бензином, идут тяги и рычаги 6 и 7 к движку 2 реостатного преобразователя 3. Для того чтобы пары горючего не могли проникнуть в камеру реостатного преобразователя, рычаг, передающий перемещение поплавка к движку, проходит через гибкую металлическую гофрированную трубку (сильфон) 4; эластичный сильфон, герметизируя камеру, не препятствует качанию рычага. Преобразователь крепится к баку при помощи фланца 5. Измерительная цепь уровнемера показана на рис. 3, (б). Здесь указателем является магнитоэлектрический логометр, обе рамки которого включены последовательно.

2.2. Индуктивные и индукционные преобразователи

Индуктивный преобразователь.

Принципиальные схемы индуктивных преобразователей показаны на рис. 6 Индуктивный преобразователь (см. рис. 6, а — схема для измерения малых перемещений) представляет собой электромагнит 1 с воздушным зазором, величина (длина) 5 которого изменяется в
функции от измеряемой механической величины F. Особенно
широко применяются дифференциальные преобразователи (см.
рис. 6, б), в которых одновременно и притом с разными знаками изменяются два зазора двух электромагнитов, что увеличивает чувствительность и улучшает другие характеристики преобразователя.

При изменении зазора 8 изменяется магнитное сопротивление R_M магнитопровода электромагнита, связанное с его размерами известной зависимостью:

где l_i, s_i, μ_i— длина, площадь поперечного сечения и магнитная проницаемость j-го участка стальной части магнитной цепи; \х₀ — магнитная проницаемость воздуха; δ и s — длина и площадь поперечного сечения воздушного зазора.

Изменение магнитного сопротивления R_м оценивается по величине полного сопротивления Z катушки 2 (см. рис. 6, а), так как при перемещении якоря 3 изменяются как активное, так и реактивное сопротивления катушки. Первое изменяется в результате изменения потерь на гистерезис и вихревые токи, а второе — из-за изменения индуктивности катушки.

Индуктивность катушки связана с магнитным сопротивлением R_м следующей зависимостью: L=Фω/l=Iω/R_mI*ω/I=ω²/R_m , где l_i, s_i, μ_i— длина, площадь поперечного сечения и магнитная проницаемость j-го участка стальной части магнитной цепи; \х₀ — магнитная проницаемость воздуха; δ и s — длина и площадь поперечного сечения воздушного зазора.

Изменение магнитного сопротивления R_м оценивается по величине полного сопротивления Z катушки 2 (см. рис. 6, а), так как при перемещении якоря 3 изменяются как активное, так и реактивное сопротивления катушки. Первое изменяется в результате изменения потерь на гистерезис и вихревые токи, а второе — из-за изменения индуктивности катушки.

Индуктивность катушки связана с магнитным сопротивлением R_м следующей зависимостью: L=Фω/l=Iω/R_mI*ω/I=ω²/R_m , где Ф — магнитный поток; ω — число витков катушки; I— ток в катушке.

Сопротивление R_Fe, эквивалентное потерям P_Fe, можно записать следующей формулой: R_Fe=P_Fe/I²

Однако потери P_Fe в первом приближении пропорциональны квадрату потока Ф, поэтому: R_Fe=KФ²/I²=K ω²/R_m , где К — коэффициент, зависящий от конструкции преобразователя. При изменении воздушного зазора 8 меняются как активное, так и реактивное сопротивления катушки, а следовательно, и полное ее сопротивление Z.

Таким образом, в индуктивных преобразователях имеет место
последовательное преобразование F→∆δ→R_M→Z. Преобразователи описанных типов применяются при сравнительно небольших перемещениях якоря относительно сердечника. Для измерения больших перемещений якоря используются дифференциальные индуктивные преобразователи с разомкнутой магнитной цепью (см. рис. 6, в), в которых якорь 3
перемещается внутри катушек 2, изменяя их полные сопротивления.

Приборы с индуктивными преобразователями могут быть использованы для измерения, как перемещения, так и любых механических величин, функционально связанных с перемещением якоря, например сил, давлений, крутящих моментов и т.д.

Индукционный преобразователь.

Он представляет собой преобразователь, в котором измеряемая неэлектрическая (механическая) величина преобразуется в индуктированную ЭДС. Согласно закону электромагнитной индукции индуктированная электродвижущая сила Е определяется скоростью изменения магнитного потока Ф, сцепленного с катушкой из w витков:

Индукционные преобразователи непосредственно могут применяться только в приборах для измерения скорости линейных или угловых перемещений.

На практике индукционные преобразователи применяются в приборах для измерения скорости вращения (в тахометрах), а также в приборах для измерения параметров вибраций, т.е. для измерений переменных во времени линейных и угловых перемещений и ускорений (в виброметрах и акселерометрах).

Индукционные преобразователи для тахометров представляют собой небольшие генераторы постоянного или переменного тока, вал которых механически связан с валом испытуемого двигателя. Чаще всего применяют генераторы переменного тока. Электродвижущая сила генератора Е, как известно, выражается уравнением:

где с - конструктивная постоянная, определяемая числом витков

и числом пар параллельных ветвей; Ф - поток возбуждения, создаваемый обычно постоянными магнитами; р - число пар полюсов; n - число оборотов в минуту (скорость вращения).

Величина pn/60 = f является частотой переменной ЭДС, индуктируемой в генераторе.

Таким образом, критерием измеряемой скорости вращения может служить либо ЭДС генератора Е, либо частота f. Принцип устройства индукционных преобразователей приборов для измерения параметров вибраций и ускорений показан на рис. 7.

На рис. 7, а представлен принцип устройства индукционных преобразователей приборов для измерения линейных вибраций. Цилиндрическая катушка 1, связанная с объектом измерения посредством вала 2 и расположенная в кольцевом зазоре магнитопровода 3, совершает линейные перемещения (колебания) в направлении, указанном стрелками. Цилиндрические постоянные магниты 4 намагничены вдоль образующей и создают в зазоре радиальное поле. При своем перемещении витки катушки под прямым углом пересекают линии магнитного поля и в них индуктируются ЭДС.

Если линейное перемещение ∆х является некоторой функцией времени ∆х = =f(t), то мгновенное значение ЭДС E=ωBl_a, где число витков катушки; В — индукция в зазоре; l_а - активная длина витка.

Точно так же индуктируется ЭДС в цилиндрической катушке 1 (см. рис. 7, б), помещенной на ферромагнитный сердечник 5, когда он вместе с катушкой совершает угловые перемещения в направлении, указанном стрелкой.

Схема устройства простейшего тахометра с индукционным преобразователем.

На валу укреплен стальной зуб М. При вращении вала этот зуб проходит мимо зазора неподвижно установленной магнитной системы с постоянным магнитом, уменьшая сопротивление зазора так, как показано на кривой R_М. При этом в катушке, надетой на магнит, наводятся импульсы ЭДС, форма которых показана на кривой е. Частота импульсов, выраженная в герцах, всегда будет в точности равна скорости вращения вала, выраженной в числе оборотов в секунду.

Рис. 6 Принципиальные схемы индуктивных преобразователей:

а - для измерения малых перемещений; 6 — дифференциальный преобразователь; в — для измерения больших перемещений; 1 — электромагниты; 2 — катушки; 3 — якорь

Рис. 7 Принцип устройства индукционных преобразователей приборов

для измерения параметров вибраций и ускорений:

а - Для измерения линейных вибраций; б - для измерения угловых вибраций;

1 - цилиндрическая катушка; 2- вал, связывающий катушку с объектом

измерения; 3 - зазор магнитопровода; 4- постоянные магниты;

5 - ферромагнитный сердечник

Индукционный преобразователь для измерения параметров вибрации применяется для измерений: амплитуды колебаний, скорости и ускорения перемещения колеблющегося тела.

Индукционный преобразователь схематически изображен на рис. 4 и представляет собой цилиндрическую катушку 1, внутри которой на плоских пружинах подвешен постоянный магнит 3.