Электромагнитные измерительные преобразователи

Электромагнитные измерительные преобразователи

В электромагнитных преобразователях измеряемая неэлектрическая величина преобразуется в пропорциональную электрическую за счет изменения магнитных свойств материалов. Из числа электромагнитных преобразователей наибольшее распространение получили индукционные, индуктивные и магнитоупругие преобразователи.
Индукционные преобразователи. В индукционных преобразователях (рис. 6.4) линейная или угловая скорость (частота вращения) исследуемого объекта преобразуется в пропорциональную ЭДС. Принцип действия индукционных преобразователей основан на явлении электромагнитной индукции. Входной величиной в таких преобразователях является линейная или угловая скорость перемещения (вращения) исследуемого объекта. По конструктивному исполнению индукционные преобразователи бывают с подвижной катушкой и неподвижным магнитом (рис. 6.4, а, б) или с неподвижной катушкой и неподвижным постоянным магнитом (рис. 6.4, в).
Как видно из рис. 6.4, индукционные преобразователи в основном представляют собой электрические машины постоянного или переменного тока, называемые тахогенераторами.

Рис. 6.4. Конструкции индукционных преобразователей неэлектрических величин с подвижной катушкой и неподвижным магнитом (алб) и с неподвижными катушкой и магнитом (в)
Характеристика тахогенератора постоянного тока представляет собой зависимость его выходного напряжения U_BUX от скорости вращения якоря (в:

где к — статический коэффициент преобразования, или постоянная тахогенератора.
Эта зависимость справедлива для идеального тахогенератора постоянного тока. В реальном преобразователе на значение выходного напряжения оказывают влияние реакция якоря, ослабляющая основной магнитный поток машины, и падение напряжения на переходном сопротивлении щеточного контакта. Поэтому реальная характеристика тахогенератора постоянного тока нелинейна:

где и_щ — падение напряжения на переходном сопротивлении щеточного контакта, В; Я_я — сопротивление цепи якоря, Ом; К_из— сопротивление измерительной цепи, в которую включен тахогенера- тор, Ом.
Погрешности преобразования скорости при помощи тахогенера- торов постоянного тока возникают вследствие нагрева его обмоток, асимметрии выходного напряжения и нестабильности переходного сопротивления щеточного контакта.
Основное достоинство тахогенераторов постоянного тока — это отсутствие влияния характера нагрузки на качество преобразования скорости. Поэтому у таких преобразователей фазовая погрешность отсутствует. Однако наличие в тахогенераторе подвижного электрического контакта (щетка-коллектор) и вследствие этого низкочастотных пульсаций выходного напряжения, а также сложность конструкции ограничивают их применение по сравнению с тахогенераторами переменного тока.
Из числа тахогенераторов переменного тока наибольшее распространение получили трехфазные синхронные машины. Частота ЭДС, вырабатываемой такими преобразователями, зависит от частоты вращения его ротора:

где Ф — основной магнитный поток, Вб; р — число пар полюсов машины; п — частота вращения ротора, с^-1.
Поскольку параметры тахогенератора и в большинстве случаев измерительной цепи являются частотно-зависимыми, характеристика преобразователя нелинейна. Применение таких преобразователей в сочетании с выпрямителем позволяет получить высокую частоту пульсаций ЭДС на выходе. Кроме того, такие преобразователи не имеют подвижного электрического контакта и обладают высокой надежностью. Эти особенности позволяют использовать тахогенераторы переменного тока для преобразования угловых скоростей и ускорений в большом диапазоне.
Для преобразования осевых (линейных) перемещений вращающихся объектов применяют индукционные преобразователи.
Сигнал на выходе такого преобразователя изменяется во времени по закону изменения положения его подвижной катушки. Так, если измеряемая величина х изменяется по законух = x_msin(ojt), то мгновенное значение ЭДС на выходе преобразователя

где х_т — амплитуда измеряемого перемещения, м; В — индукция в зазоре преобразователя, Тл; w — число витков катушки преобразователя; 1_ср— средняя длина витка катушки преобразователя, м.
Основной недостаток индукционных преобразователей — нелинейность их характеристики. Рациональным выбором геометрии магнитопровода и размещением катушки достигают минимальных погрешностей. Кроме того, на погрешности преобразователей влияют изменения магнитного потока с течением времени и температуры.
Выпускаемые промышленностью тахогенераторы переменного тока имеют погрешности 0,2...0,5 %.