Измерение неэлектрических величин 5 страница

(7.9)

где / — отклонение движка, соответствующее текущему значению измеряемой величины; /ном — номинальное отклонение, при котором сопротивление линейного реостата Rp = 0. Если отклонение движка угловое, то вместо / и /ном следует поставить ф и фном.

Как видно из приведенной зависимости, связь тока с отклонением движка оказывается нелинейной, поэтому цепь, изображенную на рис. 7.37, а, применяют редко.

В цепи на рис. 7.37, б реостатный преобразователь включен по схеме делителя напряжения:

Рис. 7.37. Схемы приборов с реостатными преобразователями: а — с последовательным включением; б - д — по схеме делителя напряжения; е — с использованием логометра

Наличие в знаменателе члена фном/ср приводит к нелинейной зависимости входного напряжения сУф от отклонения ср. Однако при очень большом значении сопротивления отсчетного устройства Rq (при использовании указателя, включенного через усилитель) этот член оказывается равным нулю, и связь между выходным напряжением (Уи углом ср становится линейной:

(7.11)

[Г. ^ф/фном

Д/Д. + Г

Цепи на рис. 7.37, в, г характеризуются нелинейностью, но позволяют при применении указателя с двухсторонней шкалой измерять отклонение измеряемой величины в обе стороны от нуля.

Нелинейность при включении преобразователя по схеме на рис. 7.37, д достаточно мала.

Показания прибора, изображенного на рис. 7.37, е, где в качестве указателя использован логометр, не зависят в известной степени от постоянства напряжения источника питания, так как отклонение логометра является функцией отношения токов, а следовательно, перемещения движка /:

a = fi(Ii/l2) = r2(R]/R2) = /(/).

Зависимость токов 1Х и 12 от перемещения / в этой цепи нелинейна. Но, изменяя форму полюсных наконечников или сердечника измерительного механизма логометра, можно получить нужный вид зависимости a.=fl(Il/ /12), а следовательно, и требуемый характер шкалы а =/(/) измерительного устройства.

Реостатный уровнемер. Наиболее широкое распространение получили реостатные преобразователи в приборах для измерения уровня — реостатные уровнемеры, которые используются в самолетах, автомобилях и т.д. На рис. 7.38 представлена измерительная цепь реостатного уровнемера — бензиномера.

Рис. 7.38. Схема реостатного уровнемера: 1 — поплавок

Измерителем здесь является магнитоэлектрический логометр, рамки которого включены последовательно с сопротивлениями R3 и Лф реостатного преобразователя. При изменении положения движка, связанного с поплавком 7, токи в обеих рамках изменяются с различными знаками, вследствие чего изменяется отношение этих токов, а следовательно, и отклонение стрелки указателя. Сопротивления Rx и R2 служат для регулировки прибора на заданный предел измерения. Шкала указателя градуируется в литрах.

Пружинный акселерометр. На рис. 7.39 представлена принципиальная схема пружинного датчика ускорения (акселерометра) с реостатным преобразователем.

Масса т подвешена на пружинах С. При наличии вертикального ускорения под действием силы инерции F= mx движок Д, связанный с массой, перемещается по реостату R. Выходное напряжение пропорционально действующему ускорению. Предел измерения прибора определяется жесткостью пружин С и величиной массы.

Реостатные преобразователи могут быть использованы для измерения виброускорений и виброперемещений с ограниченным частотным диапазоном.

Рис. 7.39. Схема пружинного датчика ускорения с реостатным преобразователем

С изменением температуры изменяется сопротивление преобразователя, что обусловлено температурным изменением удельного сопротивления провода. При включении преобразователя по потенцио-метрической схеме в режиме холостого хода изменение температуры не меняет распределения напряжений и температурная погрешность отсутствует.

Реостатные преобразователи являются ступенчатыми (дискретными), за исключением преобразователей реохордного типа, так как непрерывному изменению измеряемой неэлектрической величины соответствует ступенчатое изменение сопротивления AR при переходе движка с одного витка на другой.

Погрешность дискретности в этом случае составляет

yR=±AR/(2Rp),

где Rp — полное сопротивление преобразователя.

Если преобразователь имеет пропорциональную функцию преобразования, то «скачки» сопротивления будут одинаковы по всему диапазону перемещения движка. В этом случае

Rp = nAR; yR =±1/2и,

где п — число витков в обмотке реостатного преобразователя, обычно п= 100...200.

7.6. ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

В основе работы тензорезисторных преобразователей лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении активного сопротивления проводников при деформации сжатия — растяжения. При деформации проводника изменяются его длина / и площадь поперечного сечения Q; при деформации кристаллической решетки — удельное сопротивление р. Эти изменения приводят к изменению сопротивления проводника

R = pl/Q. Важная характеристика тензоэффекта материала — коэффициент относительной чувствительности S01H, определяемый как отношение изменения сопротивления к изменению длины проводника:

где ел = AR/R — относительное изменение сопротивления проволоки; б, = А/// — относительное изменение длины проводника. Основным требованием к материалу тензопреобразователей является возможно большее значение коэффициента относительной чувствительности SmH. Это объясняется тем, что относительное изменение сопротивления ед у большинства тензорезисторов мало, не превышает (5... 7) Ю-3. Нагрев преобразователя может вызвать изменение его сопротивления, соизмеримое с рабочим изменением. Другое требование — возможно меньшее значение температурного коэффициента сопротивления материала, что определяет температурную погрешность преобразователя. Третье требование — это высокое удельное сопротивление материала, из которого изготовляется преобразователь, что необходимо для уменьшения габаритных размеров преобразователя. Наиболее часто применяемые для изготовления тензорезисторов материалы: констан-тан, нихром, манганин, никель, хромель, висмут, титаноалюми-ниевый сплав и полупроводниковые материалы (соединения германия, кремния и т.д.). В настоящее время наиболее широко применяют проволочные, фольговые, пленочные и полупроводниковые тензорезисторы.

Проволочные тензопреобразователи. В проволочных тензопре-образователях для измерений используются:

тензоэффект проводника, находящегося в состоянии объемного сжатия, когда естественной входной величиной преобразователя является давление (газ или жидкость), а выходной — изменение активного сопротивления. На этом принципе строятся манометры для измерения высоких и сверхвысоких давлений;

тензоэффект растягиваемой проволоки из тензочувствитель-ного материала. При этом тензорезисторы применяются в виде «свободных» преобразователей и в виде наклеиваемых. «Свободные» тензопреобразователи выполняются в виде одной или группы проволок, закрепленных по концам между подвижной и неподвижной деталями, и, как правило, выполняющих одновременно роль упругого элемента. Естественной входной величиной является очень малое перемещение подвижной детали, а выходной величиной преобразователя — изменение его сопротивления. Устройство преобразователя приведено на рис. 7.40.

На полоску тонкой бумаги или лаковую пленку 1 наклеивается
уложенная зигзагообразно тонкая проволока 2 диаметром 0, 02... 0, 05 мм. К концам проволоки присоединяются (сваркой или пай кой) выводные медные проводники 4, служащие для включения преобразователя в измерительную цепь. Сверху преобразователь покрывается слоем лака или заклеивается бумагой 3 или фетром. Такой преобразователь приклеивается к испытуемой детали так, что проволока воспринимает дефор мацию поверхностного слоя испы туемой детали, вследствие чего из меняется сопротивление проволоки. Таким образом, естественной вход ной величиной является деформа ция поверхностного слоя испытуе мой детали, а выходной — измене ние сопротивления преобразовате ля, пропорциональное этой дефор- Рис 7 40 устройство Наклемации. Измерительной базой преоб- иваемого проволочного тензо-
разователя является длина детали, резистора:

занимаемая проволокой. Наиболее; _ лаковая пленка. 2'_ провшю_
часто используются преобразовате- ка; 3 _ бумага; 4 - медные проли с базами 5...20 мм, обладающие водники

сопротивлением 30...500 Ом. Кроме петлевой конструкции существуют и другие. При необходимости уменьшения измерительной базы преобразователя (до 3...1 мм) тензорезистор изготовляют витковым способом, который заключается в том, что на оправке круглого сечения на трубку из тонкой бумаги наматывается спираль из тензочувствительной проволоки. Затем эта трубка проклеивается, снимается с оправки, расплющивается и к ее концам прикрепляются выводы.

Когда надо получить от цепи с тензопреобразователем ток большой величины (например, при работе на вибраторе осциллографа), используют проволочные преобразователи из большого числа (30...50) параллельно соединенных проволочек. Они отличаются большими габаритными размерами (длина базы 150...200 мм), но дают возможность увеличить пропускаемый через преобразователь ток.

Фольговые преобразователи. Они представляют собой тонкую лаковую пленку, на которую нанесена фольговая тензочувстви-тельная решетка из константана толщиной 4... 12 мкм. При изготовлении таких преобразователей путем травления можно получить любой рисунок решетки, что является достоинством фольговых преобразователей. На рис. 7.41, а, б представлены разновидности фольговых тензорезисторов.

Большим преимуществом фольговых преобразователей является возможность увеличивать сечение их концов, что позволяет осуществить надежное припаивание (приваривание) выводов, а также возможность изготовить фольговые преобразователи большего сечения, чем проволочные, что позволяет пропускать через преобразователи большие токи, и, следовательно, делать приборы с тензопреобразователями более чувствительными.

При отношении ширины к толщине полоски, равном 10, допустимый ток в преобразователе из фольги в 1, 4 раза больше, чем в преобразователе из проволоки того же сечения.

Пленочные тензорезисторы. Металлические пленочные тен-зорезисторы изготовляются методом вакуумной возгонки тензо-

чувствительного материала и последующей конденсации его на подложку (рис. 7.42). Форма тензоре-зистора задается маской, через которую производится напыление.

Действие датчика основано на
изменении омического сопротив-
а 5 ления тензочувствительной обмот-

ки 2 при деформации упругого эле-
Рис. 7.41. Фольговые тензорези- мента 1 под воздействием измеря-
сторы емой силы. Тензочувствительная

Рис. 7.42. Пленочные Рис. 7.43. Схемы включения тензорезисто-
тензорезисторы: ров:

/ — упругий элемент; 2 — а — делитель напряжения; б — мостовая цепь
обмотка

обмотка (напыленная или намотанная из константана) включается в плечо мостовой схемы.

Чаще всего измерительной цепью является делитель напряжения либо мостовая цепь (рис. 7.43).

Делитель напряжения с питанием постоянным током (см. рис. 7.43, а) применяют лишь в том случае, когда интересуются только переменной составляющей измеряемой величины. При этом постоянная составляющая падения напряжения на сопротивлении Rn тензопреобразователя, в сотни раз превышающая переменную составляющую, отфильтровывается разделительным конденсатором С. В других случаях в качестве измерительной цепи используется цепь моста (см. рис. 7.43, б), питаемого постоянным или переменным током. Чаще применяется неравновесный режим работы мостовой цепи. При динамических измерениях в качестве указателя применяют самописец или осциллограф, включаемые через усилитель.

Полупроводниковые тензорезисторы. Полупроводниковый чувствительный элемент в полупроводниковых тензорезисторах состоит из кремниевой полоски с п- или /j-проводимостью, обладающей пьезоэффектом, при котором механическая нагрузка вызывает положительное или отрицательное изменение сопротивления. Полупроводниковый тензорезистор шириной 0, 2 мм и толщиной около 0, 02 мм может быть изготовлен на подложке или использоваться без нее. Преимуществом таких тензодатчи-ков является высокая чувствительность, которая постоянна только в узком диапазоне. Его характеристика нелинейна, величина ед = S.R/R сильно изменяется при изменении удлинения е, = М/1 и температуры. Полупроводниковые тензорезисторы имеют высокую стоимость, что учитывается при их использовании.

Погрешности приборов с тензопреобразователями. Эти погрешности тесно связаны с градуировкой приборов. При невозможности градуировать непосредственно рабочий преобразователь погрешность, обусловленная неидентичностью преобразователей и качеством наклейки рабочих и градуируемых тензорезисторов, может достигать до 3...5 %, а общая погрешность всего прибора (включая погрешность указателя, усилителя и т.д.) — 10... 15 %. При градуировке рабочего преобразователя и при возможности контроля чувствительности усилителя погрешность прибора может быть снижена до 0, 2...0, 5 % при статических и до 1, 0... 1, 5 % при динамических измерениях.

Для уменьшения самой существенной для тензорезисторов температурной погрешности, которая носит в основном аддитивный характер, используют дифференциальную схему включения преобразователей — в соседнее плечо моста включают такой же преобразователь, наклеенный на тот же самый материал и помещенный в те же температурные условия.

В ряде случаев можно разместить на детали и включить в соседние плечи моста два преобразователя, испытывающих равную деформацию разного знака (рис. 7.44). При этом одновременно достигается температурная коррекция и повышается вдвое чувствительность измерительной цепи.

В тензорезисторных приборах высокой точности и для получения датчиков с унифицированными характеристиками, чтобы обеспечить их взаимозаменяемость, используют мостовые схемы с нормирующими резисторами, позволяющие регулировать параметры и характеристики тензорезистивного моста и прибора в целом. При использовании мостовых схем с нормирующими резисторами погрешность датчиков с фольговыми тензорезистора-ми снижается до 0, 03...0, 005 %, а у датчиков с полупроводниковыми тензорезисторами — до 0, 1 %.

Применение: для измерения деформаций и механических на пряжений, а также других статических и динамических механи ческих величин, которые пропорциональны деформации вспомо гательного упругого элемента (пружины), например пути, ус корения, силы, изгибающего или вращающего момента, дав ления газа или жидкости и т.д. По этим измеряемым величинам можно определить производные величины, например массу (вес), Рис. 7.44. Схема включения тензостепень заполнения резервуаров резисторов с температурной кор- и т.д. Проволочные тензорезисрекцией: торы на бумажной основе, а так-

/ - сжатие; 2 — растяжение же фольговые и пленочные при-

меняют для измерения относительных деформаций от 0, 005... 0, 02 до 1, 5... 2 %. Свободные проволочные тензорезисторы могут быть использованы для измерения деформаций до 6... 10 %. Тензорезисторы практически безынерционны и применяются в диапазоне частот 0... 100 кГц.

Измерительные цепи тензорезисторов весьма разнообразны. Преимущественное распространение получили приборы с усилителями, называемые тензоусилителями или тензостанциями. Они обладают рядом достоинств: возможностью одновременно измерять статические и динамические деформации; простотой изготовления и наладкой усилителей; малой чувствительностью к помехам от электрических и магнитных полей. Рассмотрим принцип использования тензорезисторных преобразователей для измерения различных неэлектрических величин.

Измерение деформации. На рис. 7.45 приведена типичная структурная схема одного канала прибора для измерения деформации.

Измерительный мост М питается переменным напряжением от генератора Г несущей частоты. Модулированный сигнал несущей частоты с измерительной диагонали моста попадает на вход усилителя Ус. Усиленный сигнал демодулируется фазочувствитель-ным демодулятором Д и через фильтр Ф поступает в указатель Ук. Усилитель и генератор несущей частоты питаются от источника В. Для проверки чувствительности служит устройство П, которое в некоторых приборах осуществляется автоматически, а для предварительного уравновешивания моста — устройство Р. Для одновременного определения деформации во многих точках тензо-станции выполняются многоканальными.

Измерение давлений. Для измерения давлений (100 Н/мм2... 3 кН/мм2) используют манганиновые тензорезисторы. При изме

Рис. 7.45. Структурная схема канала измерителя деформации

Рис. 7.46. Манометр с темпе- Рис. 7.47. Схема расположения
ратурной коррекцией тензорезисторов для измерения

крутящего момента вала

рении давлений они могут быть установлены непосредственно на стенках сосуда, давление в котором измеряется, а для повышения чувствительности — на мембранах, сильфонах и т.д. В манометрах с тензосопротивлениями в качестве упругого элемента используется металлический стакан с утолщенным дном. На наружной поверхности стакана наклеиваются два рабочих преобразователя, а на донной поверхности — два для температурной коррекции. На рис. 7.46 приведена конструкция упругого элемента, поверхность которого изолирована и обмотана тензочувствительной проволокой: половина ее Д является рабочей, а вторая половина R2 служит для температурной коррекции.

Величина относительного удлинения проволоки при толщине стенки трубки 8 и внутреннем радиусе г под действием давления Р определяется по формуле

где Е и ц — модуль упругости и коэффициент Пуассона.

Измерение крутящего момента. Крутящий момент можно определить путем измерения напряжения в материале вала при помощи тензорезисторов, наклеенных так, как показано на рис. 7.47.

Крутящий момент

где т — измеренное напряжение; Wn = яг3/2 — полярный момент сопротивления сплошного круглого вала.

При включении преобразователей в два соседних плеча моста влияние деформаций изгиба вала на результат измерения практически исключается, поскольку при изгибе деформации обоих преобразователей одинаковы по величине и по знаку. Погрешность измерения тензометрами в этом случае составляет 5... 10%, но может быть снижена до 1...2% при предварительной их градуировке непосредственно на валу.

7.7. ИНДУКТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Индуктивным называют такой преобразователь, который преобразует значение измеряемой (механической) величины в значение индуктивности. Он представляет собой катушку индуктивности, полное сопротивление которой изменяется при взаимном относительном перемещении элементов магнитопровода. На рис. 7.48 изображен самый распространенный преобразователь с малым воздушным зазором 8, длина которого изменяется под действием измеряемой величины Р (сосредоточенная сила, давление, линейное перемещение), а вследствие этого — магнитное сопротивление магнитной цепи и индуктивность катушки, надетой на сердечник и включенной в цепь переменного тока. Индуктивность L катушки

где и> — число витков катушки; RM — полное сопротивление магнитной цепи; RM ст — магнитное сопротивление участков из стали; Rs — магнитное сопротивление воздушных зазоров; 8 — воздушный зазор; \i0 = 1, 26-Ю-6 Гн/м — магнитная проницаемость воздушного зазора; Q — площадь воздушного зазора.

Таким образом, у данного преобразователя естественной входной величиной является перемещение сердечника /, а выходной — изменение индуктивности обмотки 2. Изменение индуктивного сопротивления катушки ведет к изменению ее полного сопротивления Z В связи с этим возникает функциональная зависимость между измеряемой механической величиной Р и электрическим сопротивлением Z преобразователя

Z = f{P) и AZ = ДДР).

На рис. 7.49, а представлен преобразователь с изменяющейся в соответствии со значением измеряемой величины площадью воз-

Рис. 7.48. Устройство индуктивного преобразователя: 1 — сердечник; 2 — обмотка

Рис. 7.49. Разновидности индуктивных преобразователей: а — с изменяющейся площадью воздушного зазора; 6 — с разомкнутой магнитной цепью (7 — катушка; 2 — сердечник); в — разновидность преобразователя при введении в воздушный зазор витка /; г — с изменяющимся профилем диска; д — для измерения угловых перемещений до 90° (1, 2— сердечники)

душного зазора. Преобразователи такого типа применяются при измерении перемещений Л/порядка 5...20 мм.

На рис. 7.49, б представлен преобразователь с разомкнутой магнитной цепью. Он состоит из катушки 1, внутри которой помещен стальной сердечник 2. Вследствие перемещения сердечника, изменяется индуктивность катушки, которая является функцией измеряемой механической величины.

В преобразователе (рис. 7.49, в) при введении в воздушный зазор коротко замкнутого витка 1 индуктированные в витке токи создают активные потери, что эквивалентно введению в магнитную цепь реактивного магнитного сопротивления Хы. Введение Хы, наряду с уменьшением площади рабочего воздушного зазора, увеличивает общее магнитное сопротивление, пропорциональное перемещению витка.

Изменяя профиль диска в преобразователе (рис. 7.49, г), можно получить любой вид зависимости индуктивности от угла поворота диска. Преобразователи данного типа используются для измерения угловых перемещений до 180... 360°.

В преобразователе, применяемом для измерения угловых перемещений до 90° (рис. 7.49, д), магнитопровод состоит из неподвижного сердечника 2 и подвижного, поворачиваемого, сердечника 1. Оба сердечника выполняют из шихтованной стали. При совпадении направлений шихтовки вторичные токи в пластинах

Рис. 7.50. Разновидности дифференциальных преобразователей:

а — с подвижным сердечником; 6 — с разомкнутой магнитной цепью; в — с замкнутой магнитной цепью; г — с подвижной катушкой; д — с изменяю-щимсяпрофилем диска; е — для измерения угловых перемещений; / — якорь

сердечника / будут минимальными, а индуктивность обмотки — максимальной. Если повернуть сердечник 1 относительно сердечника 2, то размагничивающее действие вторичных токов будет возрастать, а индуктивность обмотки уменьшаться.

Недостатки: функции преобразования нелинейны, аддитивные погрешности (например температурная погрешность, связанная с изменением активного сопротивления обмотки) велики и сила притяжения якоря значительна.

Дифференциальные преобразователи. Этих недостатков лишены дифференциальные преобразователи, которые состоят из двух одинаковых одинарных преобразователей, имеющих общий подвижный элемент. Примеры схем таких преобразователей приведены на рис. 7.50, а—е. При перемещении якоря / индуктивность плеча Z, возрастает, а плеча Z2 уменьшается. Благодаря использованию дифференциальных цепей уменьшается аддитивная погрешность, улучшается линейность функции, в два раза возрастает чувствительность и уменьшается сила притяжения якоря.

Электрическое сопротивление индуктивного преобразователя можно выразить в виде

L = R + j(o— ^- -,

где ZMXT — комплексное магнитное сопротивление стали.

Нетрудно видеть, что сопротивление Z связано с длиной 8 воздушного зазора гиперболической зависимостью (рис. 7.51), вследствие чего при начальном зазоре 80 линейный участок характеристики ограничен значением Д8, равным (0, 1...0, 15) 80.

Увеличение линейного участка характеристики дает возможность использовать дифференциальные преобразователи, у которых обе катушки преобразователей включены обычно в два соседних плеча. При Р= 0 (см. рис. 7.50, а) якорь 1 расположен симметрично относительно обеих катушек и магнитные сопротивления для потоков, создаваемых катушками, одинаковы. Изменения магнитных сопротивлений, происходящие под воздействием измеряемой величины, имеют противоположные знаки. Сила тока в измерительной диагонали моста

полные сопро-

Л* = k(ZxZ4-Z2Z3), где к — постоянный множитель, В/Ом2; Zx и Z2 тивления катушек преобразователя, Ом.

При начальном значении измеряемой неэлектрической величины мост уравновешен (Zx = Z2). При использовании симметричного моста (Z3 = Z4) под действием измеряемой величины сила тока изменяется согласно выражению

Рис. 7.51. Изменение магнитного сопротивления стали от величины воздушного зазора

Рис. 7.52. Зависимости

Z =/(5) при дифференциальном

включении преобразователей

А-к - k\Zx - Z2).

На рис. 7.52 изображены функции Zx =/i(8); Z^ =f2(&) и Zx- Z2 = =/з(8) применительно к рис. 7.50, а. Из характера функций видно, что линейный участок характеристики дифференциального преобразователя расширился по сравнению с одинарным преобразователем.

Дифференциальная схема включения преобразователей позволила увеличить рабочее перемещение Д8 якоря до Д8 = 0, 3...0, 4 (см. рис. 7.52). Широкое применение дифференциальных преобразователей объясняется не только большей линейностью функции преобразования, но значительно меньшими погрешностями.

Трансформаторные преобразователи. Взаимоиндуктивными или трансформаторными называются преобразователи, преобразующие значение измеряемой величины в значение взаимной индуктивности.

При наличии двух обмоток на магнитной цепи при изменении магнитного сопротивления RM будет изменяться взаимная индуктивность М между обмотками катушек

М = wxw21 lM.

Различают два вида трансформаторных преобразователей: с изменяющимся магнитным сопротивлением (рис. 7.53, а)

Fhc. 7.53. Разновидности трансформаторных преобразователей: а — с подвижным сердечником; 6 — с подвижной катушкой (/ и 2 — обмотки трансформатора); в — для измерения больших линейных перемещений (/ — обмотка возбуждения; 2 — магнитопровод; 3 — подвижная обмотка); г — для измерения больших угловых перемещений (1, 3, 4 — обмотки; 2 — магнитная

цепь)

и постоянным магнитным сопротивлением и подвижной обмоткой (рис. 7.53, б, в).

На рис. 7.53, а представлен трансформаторный преобразователь с подвижным сердечником. Обмотка и> х питается переменным током (частотой со). Если МДС Fu т.е. ток 1и поддерживать постоянным, то поток Ф и индуктированная во вторичной обмотке ЭДС будут функциями длины воздушного зазора, связанной с силой Р соотношением:

р

Е2 = аии2Ф = (Ј> w2 -^— = f(P)-

В преобразователе рис. 7.53, б под воздействием измеряемой величины перемещается коротко замкнутый виток, с которым сцепляется определенная часть потока. Поток, сцепляющийся с витком, индуцирует в нем токи, зависящие от положения витка в зазоре, создает активные потери, т.е. вносит дополнительное реактивное магнитное сопротивление. При этом поток сцепления обмоток 7 и 2 изменяется и изменяет ЭДС во вторичной обмотке.

Преобразователь (см. рис. 7.53, в) предназначен для измерения больших линейных перемещений Д/ и состоит из магнито-провода 2 с рабочей частью в виде двух параллельных полос, обмотки возбуждения 1 и подвижной обмотки 3. При перемещении обмотки 3 от положения а до положения b индуцированная в обмотке 3 ЭДС возрастает.

Преобразователи типа (рис. 7.53, г) можно применять для измерения больших угловых перемещений. Обмотка и> { включается в цепь переменного тока, имеющего частоту со и создает магнитный поток. Часть его проходит через обмотку 4 и наводит в ней Е2. Обмотка 4 в таком преобразователе выполнена в виде рамки, имеющей возможность поворачиваться в кольцевом зазоре магнитной цепи 2. При крайних положениях рамки (а, и а2) индуктированная в ней ЭДС Е2 имеет максимальное значение. По мере поворота рамки в горизонтальное положение ЭДС Е2 линейно уменьшается до нуля. При переходе рамки через горизонтальное положение фаза Е2 изменяется на 180°. Обмотка 3 включается последовательно с обмоткой 4 рамки для получения изменения ЭДС преобразователя от нуля до максимума при повороте рамки от а, до а2.

Для расширения линейного участка характеристики Е = /(8) трансформаторные преобразователи с подвижным сердечником (рис. 7.54, а) и подвижным короткозамкнутым витком (рис. 7.54, б) выполняют в виде дифференциальных трансформаторных преобразователей.

Расчет индуктивных и взаимно индуктивных преобразователей складывается из определения полного магнитного сопротивления

Рис. 7.54. Дифференциальные трансформаторные преобразователи: а — с подвижным сердечником; 6 — с подвижным витком

RM, т.е. расчета его магнитной цепи и последующего вычисления электрических параметров (L, М) преобразователя.

Выбор МДС катушки определяется рядом факторов, так как от МДС зависят, по крайней мере, четыре величины, учет которых необходим при проектировании преобразователя:

• значение полной мощности преобразователя, которую в первом
приближении можно принять равной его реактивной мощности:

РПр = соФ/\ где РПр — полная мощность преобразователя; со — круговая частота; Ф — магнитный поток; F— МДС.

Если мощность указателя задана, то мощность преобразователя должна быть в десятки — сотни раз больше мощности указателя;

габаритные размеры преобразователя, так как сила тока в проволоке и число витков катушки определяют габаритные размеры катушки;

температура нагрева катушки, так как она зависит от удельной потери активной мощности Р'в преобразователе

Р' = P/S, где Р — активная мощность преобразователя; S — поверхность охлаждения катушки.

Так как относительное изменение сопротивления AZ/Zкатушки, обусловленное рабочим перемещением якоря, не превышает практически 10...20 %, то изменение сопротивления постоянному току вследствие нагрева должно быть минимальным, поэтому величину Р рекомендуется ограничивать значением 50... 100 Вт/м2;