Индукционными называются преобразователи, в которых скорость изменения измеряемой механической величины преобразуется в индуктированную ЭДС. Индуктированная ЭДС определяется скоростью изменения магнитного потока Ф, сцепленного с катушкой из W витков:
Следовательно, индукционные преобразователи возможно применять для измерения линейных и угловых перемещений.
Существует две группы индукционных преобразователей:
- с неизменным сопротивлением на пути постоянного магнитного потока. В преобразователях подобного типа ЭДС в катушке наводится благодаря линейным (рис. 1,а) или угловым (рис. 1,б) перемещениям катушки;
- с сопротивлением на пути постоянного магнитного потока, которое изменяется под действием преобразователей измеряемой величины.
Рис. 1. Принцип устройства индукционных преобразователей:
а — с подвижной катушкой, совершающей линейное перемещение;
б — с подвижной катушкой, совершающей угловое перемещение.
Схема устройства такого преобразователя изображена на рис. 2.
Рис. 2. Принцип действия простейшего датчика 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 RМ. 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.
Наиболее широкое распространение получили преобразователи первой группы в приборах для измерения: скорости вращения (тахометры), ускорения, расходов жидкостей и параметров вибрации.
|
Индукционный тахометр с вращающимся магнитным полем -простейший показывающий прибор для измерения скорости вращения. Конструкция тахометра изображена на рис. 3. Постоянный магнит А с помощью гибкого валика приводится во вращение устройством, скорость вращения которого необходимо определить. В соответствии с расположением магнита установлен алюминиевый диск 1. На валу диска 3 имеется противодействующая пружина 2. При вращении магнита А магнитный поток Ф пересекает диск и наводит в нем вихревые токи, которые, взаимодействуя с потоком Ф, создают вращающий момент Мip, закручивающий пружину 3. При этом угол отклонений стрелки 4, укрепленной на валу прибора, пропорционален скорости вращения п приводного валика:
Рис. 3. Принцип устройства тахометра с вращающимся магнитным полем
Индукционный расходомер служит для измерения расхода электропроводной жидкости. Его устройство можно уяснить из схемы, показанной на рис. 4.
Рис. 4. Схема устройства индукционного расходомера
Между полюсами электромагнита 2 и 3 помещена труба 1 из немагнитного материала с площадью поперечного сечения S. Внутри трубы со скоростью υ протекает электропроводная жидкость, расход которой необходимо замерить. В трубе вмонтированы электроды 4 и 5, включенные в цепь усилителя. На выходе усилителя имеется электроизмерительный прибор Уk, проградуированный в единицах расхода жидкости. ЭДС, возникающая между электродами, пропорциональна количеству жидкости, перекачиваемой через поперечное сечение трубы в зоне электродов:
|
E = kQ.
Компенсационное сопротивление Rk необходимо в измерительной цепи для создания падения напряжения, компенсирующего трансформаторную ЭДС EТ, которая возникает между электродами 4 и 5 при пересечении их переменным потоком силового поля электромагнита. Погрешность такого прибора лежит в пределах 1,0 - 2,5%.
Основными преимуществами индукционных расходомеров по сравнению с механическими является их безынерционность, независимость показаний от характеристик жидкости (плотности, вязкости) и отсутствие перепада давлений до и после счетного механизма.
Индукционный преобразователь для измерения параметров вибрации применяется для измерений: амплитуды колебаний, скорости и ускорения перемещения колеблющегося тела.
Индукционный преобразователь схематически изображен на рис. 5 и представляет собой цилиндрическую катушку 1, внутри которой на плоских пружинах подвешен постоянный магнит 3.
Рис. 5. Конструкция индукционного преобразователя для
измерения параметров вибрации
Вся конструкция помещена в корпус, жестко скрепленный с объектом измерения. При колебании корпус с катушкой перемещается относительно неподвижного в пространстве магнита, при этом витки катушки пересекают магнитные силовые линии, и в катушке наводится электродвижущая сила ek, пропорциональная скорости колебания объекта измерения.
Приборы, с помощью которых измеряется скорость колебаний, называются велосиметрами.
|
Чтобы с помощью индукционного преобразователя измерить амплитуду колебаний, необходимо от скорости колебаний перейти к амплитуде перемещения путем интегрирования выражения для ek. Физическое интегрирование ek осуществляется с помощью специальной интегрирующей электрической цепи, составленной из емкости и сопротивления (рис. 6).
Рис. 6. Интегрирующая электрическая схема
Для этой схемы уравнение мгновенных значений ЭДС будет иметь вид:
Выбираем r>>xc, отсюда можно считать, что Ur>>Uc
тогда
Следовательно, напряжение, снимаемое с емкости, оказывается пропорциональным координате перемещения у:
Падение напряжения, снимаемое с сопротивления r, будет пропорционально ускорению колебания y.
Приборы для измерения амплитуды колебаний называются виброметрами, а для измерения ускорений - акселерометрами.
Рассмотренный выше принцип индукционного преобразования используется в частности в электродистанционном виброметре ЭДИВ-72, предназначенном для измерения амплитуд вибрационного смещения в вертикальном и горизонтальном направлениях с частотой вибрации не ниже 25 Гц. Он позволяет измерять амплитуды вибрационного смещения в пределах 1-200 мкм с точностью 10% для амплитуд выше 10 мкм. Электродистанционный виброметр, принципиальная монтажная схема которого изображена на рис. 7, состоит из: семи индукционных преобразователей (датчиков типа ВДВ-79 для измерения вертикальной составляющей, семи индукционных датчиков типа ВДГ-78 для измерения горизонтальной составляющей), пульта с переключателем и интегрирующей цепочкой и указателя в виде лампового вольтметра МВЛ-2М, магнитоэлектрический прибор которого разградуирован в единицах амплитуд перемещений (мкм).
Датчики устанавливаются на объекте измерения (например, на крышках подшипников или фундаментных paмах электрических машин) и соединяются с помощью переключателя, установленного на пульте.
Рис. 7. Принципиальная монтажная схема
электродистанционного виброметра
Через интегрирующую цепь С можно поочередно подсоединять любой из датчиков к ламповому вольтметру, который имеет несколько диапазонов измерения. Виброметр ЭДИВ-72 широко используется при эксплуатации электроустановок.
Литература
1. Сошинов А.Г. Преобразователи неэлектрических величин: Учеб. пособие/ ВолгГТУ, Волгоград, 2002.
2. Фремке А. В., Душин Е. М. Электрические измерения. - Л.: Энергия, 1980.
3. Фарзане Н. Г. и др. Технологические измерения и приборы. - М.: Высшая школа, 1989.
4. Жарковский Б. И. Приборы автоматического контроля и регулирования. - М.: Высшая школа, 1989.
5. Сацукевич М. Ф. Измерительные приборы и их использование. -Минск.: Беларусь, I987.
6. Котур B. М. и др. Электрические измерения и электроизмерительные приборы. - М.: Энергоатомиздат, 1986.