Индукционные преобразователи

Принцип действия преобразователей основан на использовании закона электромагнитной индукции (рисунок 7.1), согласно которому ЭДС индуцируемое в катушке равно:

,

где – скорость изменения магнитного потока;

w – число витков.

 

Рисунок 7.1 Схема преобразователя для измерения скорости вращения

 

Индукционные преобразователи применяют для измерения параметров магнитных полей, частоты вращения, параметров вибрации, расхода жидких веществ.

Наибольшее применение они получили в приборах для измерения угловой скорости и измерения параметров вибраций.

Индукционные преобразователи для тахометров представляют собой небольшие генераторы постоянного или переменного тока, ротор которых механически связан с измеряемым объектом. При использовании генератора постоянного тока об угловой скорости судят по ЭДС генератора. А в случае применения генератора переменного тока угловую скорость можно определить как по значению величины ЭДС, так и по ее частоте.

 

Рисунок 7.2 – Электромагнитный датчик перемещения

 

Преобразователь для измерения перемещений (рисунок 7.2) представляет собой цилиндрическую катушку 1, перемещающуюся в небольшом зазоре магнитопровода 2. Цилиндрический постоянный магнит 3 создает в кольцевом зазоре постоянное радиальное магнитное поле. Катушка при перемещении пересекает силовые линии магнитного поля, и в ней появляется ЭДС, пропорциональная скорости перемещения.

Индуктосины. Одной из разновидностей индуктивных преобразователей являются индуктосины. Они используются для измерения больших линейных и угловых перемещений. Принцип действия основан на взаимодействии двух плоских катушек (рисунок 7.3). Одна из них запитывается высокочастотным напряжением, а другая служит измерителем и перемещается относительно первой.

 

Рисунок 7.3 - Схема индуктосина

Индукционные преобразователи расходомеров. Принцип действия индукционного преобразователя расходомера поясняется на рисунке 7.4. В потоке жидкости, движущейся в трубопроводе 1из немагнитного материала между полюсами магнита, возникает ЭДС, значение которой пропорционально скорости движения потока:

е = B·D∙v,

где В — магнитная индукция;

D — диаметр трубы;

v — скорость движения жидкости.

Эта ЭДС снимается с помощью электродов 2 и 3, изолированных от трубопровода.

а)

б)

Как видно из приведенного уравнения, генерируемая в преобразователе ЭДС не зависит от свойств жидкости, и поэтому индукционные расходомеры принципиально могут быть применены для самого широкого класса жидкостей. Однако свойства жидкостей определяют внутреннее сопротивление преобразователя и возможности дальнейшего точного преобразования и измерения ЭДС, поэтому в технических характеристиках расходомера всегда указывается минимальная электрическая проводимость жидкости, для измерения расхода ко-
торой он может быть применен.

 

Рисунок 7.4 – Схема электромагнитного расходомера

 

Индукционные расходомеры используются для измерения скоростей жидких металлов (жидкости с электронной проводимостью), водных растворов (жидкости с ионной проводимостью), и, кроме того, делаются попытки применить их для измерения скоростей диэлектрических жидкостей. Индукционные преобразователи расходомеров промышленного назначения имеют чувствительность 0,5…1,5 мВ/(м/с). Диаметр трубопроводов может быть весьма значительным, поэтому для создания магнитного поля используются обычно не постоянные магниты, а электромагниты. В расходомерах для жидких металлов применяют электромагниты, питаемые постоянным током. В расходомерах для воды и электролитов используются электромагниты (рисунок 7.4), питаемые для исключения напряжения поляризации только переменным током (частота 10…1000 Гц). В этом случае выходной сигнал е также является переменной ЭДС и из него легко могут быть исключены гальванические и термо-ЭДС. Однако в переменном магнитном поле, кроме ЭДС, обусловленной движением контура, будет индуктироваться ЭДС е_тр, называемая трансформаторной.

Для того чтобы уменьшить трансформаторную ЭДС, провода вторичного контура стремятся расположить так, чтобы площадь S_K сцепления контура с переменным потоком была минимальной. Положение проводников, находящихся в поле, должно быть строго фиксировано, чтобы величина S_K не изменялась. В контур вводятся специальные компенсационные петли (обмотка W1 на рисунок 7.3 ), в которых наводится ЭДС е'_тр , включаемая встречно с ЭДС е_тр и регулируемая так, чтобы разность е_тр и e'_тpR/R₀ приблизительно равнялось нулю.

Кроме того, помеха в виде трансформаторной ЭДС и полезной ЭДС, пропорциональная скорости движения, как видно из приведенных выражений, сдвинуты по фазе на угол π/2 и могут быть разделены на выходе фоточувствительным усилителем.

Основная погрешность таких расходомеров находится в пределах
1,0…2,0 %.