Дифференциально-трансформаторный дп

Дифференциально-трансформаторный ДП


Датчик (рис. 2.23) состоит из сердечника, плунжера, одной первичной обмотки W1 и двух вторичных обмоток W2, соединенных встречно. При перемещении плунжера напряжение в одной из вторичных обмоток увеличивается, а в другой уменьшается. Разность этих напряжений пропорциональна смещению х плунжера от исходного положения, т.е.  .


Рис. 2.23. Конструкция и схема включения дифференциально-трансформаторного ДП
Статическая характеристика датчика  (х) линейная в рабочей зоне. Фаза выходного напряжения изменяется при проходе плунжером точки х = 0 среднего положения плунжера относительно обмоток. Этим датчиком можно измерять перемещения от нескольких миллиметров до метра.

Применение фазочувствительного выпрямителя позволяет получить на выходе постоянное напряжение, полярность которого зависит от направления движения плунжера (объекта).

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2 Исследование дифференциально-трансформаторного преобразователя перемещения

Цель работы: экспериментальное исследование параметров унифицированного дифференциально-трансформаторного преобразователя перемещения ПД-4 и оценка погрешности его работы.
Приборы и материалы: специализированный лабораторный стенд, образец унифицированного дифференциально-трансформаторного преобразователя, двухлучевой осциллограф, фазометр.
1. Общие положения
К измерительным преобразователям (прежний эквивалентный термин «датчик») относятся все основные узлы электронных схем для измерения неэлектрических величин, располагающиеся непосредственно у объекта, как правило, для последующей дистанционной передачи результатов измерения.
При применении преобразователей определяющим фактором является погрешность, допустимая величина которой при регулировании процессов обычно составляет 1…2%, а в задачах контроля 2…3%.
Дифференциально-трансформаторные преобразователи и системы передачи характеризуются высокой надёжностью и простотой реализации и применяются в тех случаях, когда вносимая ими погрешность допустима по условиям измерения.
2. Конструкция преобразователя и его работа
Ко нструкция дифференциально-трансформаторного преобразователя (в дальнейшем ДТП) изображена на рис. 1а, а его электрическая схема на рис. 1б. Преобразователь состоит из намотанных на цилиндрическом каркасе двух секций обмотки возбужденияw₁(первичная обмотка), включённых согласно, и двух секцийw_2-1иw_2-2вторичной (выходной) обмотки, включённых встречно (точки у выводов на рис. 1б обозначают начала обмоток).
Внутри каркаса катушки расположен цилиндрический плунжер (сердечник) из ферромагнитного материала, имеющий возможность перемещения внутри катушки вдоль её оси на величину x. Обмотка возбуждения подключена к источнику питания переменного тока. ДТП является параметрическим преобразователем, в котором перемещение плунжера преобразуется в параметр – взаимную индуктивность между первичной и вторичной обмотками. Выходным сигналом является напряжение, снимаемое со вторичной обмотки.
Магнитный поток обмотки возбуждения индуцирует в секциях вторичной обмотки э.д.с., значения которых являются функцией тока питания первичной обмотки I, частоты токаи взаимной индуктивностиМ_2-1иМ_2-2между секциями вторичной обмотки и первичной обмоткой. Благодаря тому, что обмотки обеих половин вторичной обмотки идентичны, что достигается их тщательным изготовлением, взаимные индуктивностиМ_2-1иМ_2-2равны между собой при среднем положении плунжера внутри катушки преобразователя. При перемещении плунжера вверх (рис. 1б) из среднего положения взаимная индуктивностьМ_2-1увеличивается, аМ_2-2уменьшается. Соответственно, если плунжер смещается из среднего положения вниз,М_2-1уменьшается, аМ_2-2увеличивается. Так как секцииw_2-1иw_2-2включены встречно, то взаимная индуктивностьМ = М_2-1 – М_2-2между выходной обмоткой и обмоткой возбуждения в зависимости от положения плунжера определяется по выражению

где М_н– номинальное значение взаимной индуктивности, соответствующее номинальному рабочему ходу плунжера из среднего положенияx_н;
x– текущее отклонение плунжера от среднего положения;
 – значение угла фазового сдвига сигнала напряжения переменного тока по отношению к току питания, определяемое конструкцией преобразователя и качеством его изго- товления.
В ыходная э.д.с. преобразователя (эффективное значение) может быть подсчитана по формуле
пр и расчёте по которой выходное значение э.д.с. получается в вольтах, если подставить
 = 2f;
f– частота тока питания в герцах;
I– ток обмотки возбуждения в амперах;
М_н– номинальное значение взаимной индуктивности в генри;
 – в радианах.
П ри смещении плунжера из среднего положения на одну и ту же величину, но в разные стороны, величина выходного напряжения будет одинаковой, однако при этом меняется угол фазового сдвига этого напряжения по отношению к напряжению, приложенному к первичной обмотке. На рис. 2 показаны графики изменения во времени мгновенных значений напряжения для этих двух случаев.
На рис. 2а угол фазового сдвига выходного напряжения близок к 0(– небольшой определённый выше угол сдвига величиной около 7…8), на рис. 2б угол фазового сдвига близок к 180, а по величине мгновенные значения э.д.с. в соответствующие моменты времени совпадают. Поэтому для определения не только величины, но и направления смещения плунжера обычный вольтметр эффективного значения непригоден, и измерения надо производить фазочувствительным вольтметром (ФЧВ).
Примерами серийных преобразователей являются следующие преобразователи.
Унифицированные взаимозаменяемые преобразователи ДТП-1, ДТП-2, ДТП-3имеют номинальный рабочий ход из среднего положения1,6;2,5;4 мм соответственно. Допустимое отклонение рабочего хода плунжера этих преобразователей не превышает25% от номинального значения.
Плунжер изготовлен из сталей марок Э8, Э10 или Э12. Для его защиты от коррозии он заключён в оболочку из нержавеющей немагнитной стали 36НХТЮ, а также дополнительно он может быть помещён в разделительную немагнитную трубку, предохраняющую катушку и прибор от влияния внешней среды.
Для унифицирования статической характеристики к выходу преобразователя подключён делитель напряжения, состоящий из переменного резистора сопротивлением 330 Ом и включённого последовательно с ним проволочного резистора из манганина сопротивлением (9802) Ом.
Номинальное значение взаимной индуктивности для всех модификаций преобразователей составляет М_н = (100,09) мГ.
Угол сдвига  = 0,1222 рад. или7приf = 50 Гц.
Номинальное напряжение питания цепи возбуждения равно 12 В, номинальное значение выходного напряжения 400 мВ.
Паспортное значение нелинейности зависимости М = f(x/x_н)не более 0,5% отМ_н. Предел допустимой основной погрешности не более 1% отМ_н,
Унифицированные преобразователи ПД-3, ПД-4, ПД-5с номинальным рабочим ходом плунжера от среднего положения1,5;2;4 мм соответственно имеют аналогичную конструкцию, но катушка этих преобразователей заключена во внешний электромагнитный экран.
Дл я унификации характеристик к выходу преобразователя подключён переменный резистор сопротивлением 2,2 кОм. При номинальном токе питания 320 мА (напряжение 12 В) номинальное значение взаимной индуктивности 10 мГ (рис.3) с отклонением не более 0,5%, т.е. такое же, как у ДТП-1, ДТП-2, ДТП-3. При этом значенииМ_низменение выходной э.д.с. составляет 1 В.
Угол сдвига  = (0,1310,026)рад. или(7,51,5)при частоте50 Гци(81,5)при60 Гц.
Дифференциально-транс-форматорные преобразователи этого типа используются только в первичных приборах, например, в мембранных дифференциальных манометрах, ротаметрах и т.п.