|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Магнитная цепь каждой из катушек индуктивности включает в себя два воздушных зазора: один рабочий и второй дополнительный, не изменяющийся при вертикальных смещениях якоря. Второй зазор образуется за счет выступа на магнитопроводе 3, входящим с небольшим просветом 0,2-0,5 мм в прямоугольное окно в якоре 6. Этот зазор входит в обе ветви дифференциальной магнитной цепи. При описанном исполнении магнитной цепи датчика несколько снижается общая его чувствительность по сравнению с датчиком, имеющим магнитопровод обычного типа, однако при этом облегчается возможность получения линейной зависимости между смещением измерительного штока и напряжением в измерительной диагонали моста. Потери чувствительности датчика компенсируются увеличением числа витков обмотки, которая выполняется из тонкого провода и включается в мостовую цепь с большим внутренним сопротивлением указателя. Абсолютная погрешность описанного датчика составляет 0,2 мкм. Для измерения перемещений в диапазоне О 100 мм можно использовать конструкцию, разработанную А. Н. Николаевым, являющуюся разновидностью трансформаторного датчика с распределенными электромагнитными параметрами (рис. 9.15). Датчик содержит распределенную магнитную систему возбуждения, образованную плоской прямоугольной обмоткой 1, уложенной своими длинными сторонами на внутренней поверхности замкнутого магнитопровода 2, и распределенную измерительную обмотку 3 прямоугольной формы, перемещающуюся длинными сторонами в рабочем зазоре магнитной системы. Измерительная обмотка 3 уложена на металлическом неферромагнитном каркасе 4, соединенном с источником контролируемого движения. Все элементы датчика установлены внутри цилиндрического основания 5, выполненного из магнитомягкой стали и являющегося одновременно экраном от внешних магнитных полей. Обмотка возбуждения 1 датчика соединена со стабилизированным источником переменного тока повышенной частоты. При прохождении тока питания через обмотку возбуждения в рабочем зазоре магнитопровода создается магнитный поток, равномерно распределенный вдоль пути контролируемого движения. Значение ЭДС, индуцируемой в измерительной обмотке, пропорционально величине потокосцепления длинных сторон обмотки, находящихся в зоне действия потока возбуждения, т. е. величине контролируемого перемещения. Датчик обладает повышенной линейностью за счет того, что короткие стороны прямоугольной обмотки возбуждения отогнуты в стороны от плоскости перемещения измерительной обмотки. Основная погрешность 0,5%, дополнительная температурная погрешность не более 1% в диапазоне температур -50-н+70°С. Характерной чертой описанных датчиков перемещений яв-i ляется наличие механической связи датчика с объектом измерения. I 23.3 Общее требование при конструировании этих датчиков состоит в обеспечении достаточной жесткости и стабильности элементов механической связи и их положения относительно элементов преобразования в электрический сигнал. Стабильность механической связи с объектом обеспечивается использованием специальных поджимающих пружин, жесткость которых не должна меняться в диапазоне изменения измеряемого перемещения. Реакция якоря и всех присоединенных к нему элементов (штоков, рычагов и т. п.) на объект измерения должна быть минимальной, и в то же время контакт с объектом должен быть достаточно стабильным, что имеет особое значение при измерении динамических перемещений. Пружинная подвеска элементов механической связи с объектом представляет собой колебательную систему, которая при определенной динамике перемещений может исказить результаты измерений. Кроме того, при измерении динамических перемещений небольших масс элементы механической связи могут внести искажения в сам исследуемый процесс. Поэтому масса элементов, связанных с якорем, и жесткость пружин должны выбираться таким образом, чтобы собственные резонансные частоты лежали значительно выше максимальной частоты исследуемого процесса. В ряде случаев следует учитывать возможные смещения элементов механической связи в поперечном направлении, что может привести к помехам движению в основном направлении и, следовательно, внести дополнительные погрешности в результаты измерения. В тех случаях, когда динамичность измеряемых перемещений не позволяет применять датчики с механическими связями, необходимо использовать датчики без механических связей, конструкции которых приведены на рис. 9.16. Для бесконтактного измерения линейных перемещений плоских металлических поверхностей можно использовать датчик, изображенный на рис. 9.16, а. Сердечник датчика / и контролируемый объект образуют магнитную цепь с меняющимся воздушным зазором. Перемещение объекта преобразуется в изменение индуктивности катушки 2 датчика. Сердечник с катушкой помещены в корпусе 3 и залиты компаундом. Датчик преобразует перемещения до 1 мм. Выходом датчика является контакт 4. Безусловным преиму-Рис. 9.16. Датчики перемещений без ме- Ществом такого типа дат-ханических связей чиков является отсутствие  механической связи и, следовательно, механической реакции датчика на исследуемый объект (за исключением электромеханических сил). Недостатком является необходимость размещения датчика непосредственно в зоне объекта, что резко ограничивает его размеры. Так описанный выше датчик, спроектированный для измерения перемещений уплотнительных колец поршня дизельного двигателя, имеет диаметр 4 мм и высоту 5 мм. Это и определяет невысокую верхнюю границу диапазона измеряемых перемещений. Для улучшения характеристик подобные датчики часто применяют в паре с компенсационными датчиками, зазор которых не меняется. Для обеспечения идентичности тепловых режимов рабочий и компенсационный датчики объединяют в одном корпусе. На рис. 9.16, б показан датчик, используемый для измерения осевых перемещений ротора мощных турбин [54]. В стальной патрон 8 помещен цилиндрический сердечник 9 (патрон и сердечник изготовлены из армко-железа), сверху и снизу на сердечнике размещены обмотки 7 таким образом, что нижняя половина датчика является рабочей, верхняя - компенсирующей. Этот датчик - трансформаторного типа. В связи с тем, что ЭДС во вторичной обмотке пропорциональна произведению числа витков щп, максимальная чувствительность достигается при равенстве числа витков в первичной и вторичной обмотках. Для предотвращения разрушения изоляции при температурах до 500° С обмотки покрыты замазкой 2, изготовленной из огнеупорного шамота и термостойкого лака. Первичные и вторичные обмотки рабочего и компенсирующего датчиков соответственно сваривают между собой, а к их концам приваривают выводы, изготовленные из нихрома 3. Датчик помещают на резьбе в стакан / из аустенитной стали. В качестве поверхности, замыкающей магнитный поток компенсирующей половины датчика, использована пластинка 6, изготовленная из той же стали, что и ротор турбины. Расстояние между патроном и пластинкой подбирают при сборке датчика так, чтобы ЭДС компенсирующего датчика сделать больше ЭДС рабочего датчика, а затем в зазор помещают латунную прокладку 4. Пластинку укрепляют винтом 5, отверстия в пластинке замазывают огнеупорным составом и, таким образом, датчик полностью герметизируется, что предохраняет обмотки от разрушения. Разнообразные электромагнитные датчики применяют и для измерения угловых перемещений. Эти датчики также могут быть как с механическими, так и без механических связей. Вытекающие отсюда требования аналогичны рассмотренным ранее требованиям к датчикам линейных перемещений. Для измерения малых угловых перемещений применяют датчики, имеющие пре-:, образователи с меняющимся зазором. При этом может быть использовано изменение как длины, так и площади зазора. Для измерения больших угловых перемещений широко используют датчики с зубчатым воздушным зазором. Простейший датчик 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 [ 76 ] 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 |