4. Ферродинамические преобразователи и схемы дистанционной передачи

Ферродинамические преобразователи применяются для преобразования угловых перемещений в унифицированный выходной электрический сигнал. Они могут быть использованы в качестве передающих в том случае, если значение измеряемой величины может быть преобразовано в пропорциональное угловое перемещение подвижного элемента преобразователя — рамки. В то же время используемые в приборах теплотехнического контроля чувствительные элементы преобразуют измеряемую величину либо в линейное перемещение, либо в усилие (за исключением кольцевого дифманометра, преобразующего перепад давления в угол поворота подвижного кольца). Поэтому использование ферродинамических преобразователей обычно сопряжено с необходимостью использования кинематических устройств, преобразующих линейное перемещение чувствительного элемента в угловое. В силу этого ферродинамические преобразователи не нашли широкого применения в качестве передающих. Наибольшее распространение они получили в металлургиикак средства измерения, которые одновременно могут выполнять простейшие арифметические операции в измерительных устройствах, использующих косвенный метод измерения (например, в тепломерах). Однако в связи с широким применением вычислительных машин и микропроцессоров все вычислительные операции оказывается целесообразным выполнять с помощью более точных ЭВМ.

Принцип действия ферродинамических преобразователей основан на зависимости взаимной индуктивности между обмоткой возбуждения и рамкой от угла поворота последней, что приводит к зависимости наводимой в ней ЭДС от угла поворота. Взаимозаменяемый ферродинамический преобразователь типа ПФ (рис. 11) содержит магнитопровод 1, на центральной части которого расположена обмотка возбуждения 2. Катушка возбуждения питается переменным током (64 или 320 мА в зависимости от модификации преобразователя). На нее может быть намотана обмотка смещения, включаемая последовательно с рамкой. Центральная ветвь магнитопровода имеет цилиндрическую выточку, в которой расположен неподвижный сердечник 3, вокруг которого в зазоре 4 может поворачиваться рамка 5 (поворот рамки осуществляется чувствительным элементом первичного преобразователя). Между башмаком 6 и плунжером 7 имеется воздушный зазор 8, который может изменяться при вращении плунжера 7. При этом будет меняться магнитный поток в центральной ветви магнитопровода.

Рис. 11. Схема устройства взаимозаменяемого преобразователя типа ПФ

Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, замыкается по магнитопроводу (силовые линии показаны пунктиром) и индуктирует ЭДС в рамке (и обмотке смещения, если она имеется). Вблизи нейтрали НН (рис. 11) магнитное поле можно считать однородным, причем вектор индукции В направлен вдоль нее. В этом случае в соответствии с законом электромагнитной индукции ЭДС, наводимая в рамке, определяется выражением

где Ψ — потокосцепление рамки; — число витков рамки;— площадьрамки; — угол между плоскостью рамки и вектором магнитной индукцииВ магнитного поля.

Рис. 12. Статические характеристики ферродинамических преобразователей

При малых углах поворота (не более 20°) можно принятьт.·е.. При переменном магнитном поле с частотойи амплитудойимееми, таким образом,

Амплитудное значение

(4)

Таким образом, при ЭДС, наводимая в рамке, линейно зависит от . Рамка ферродинамических преобразователей поворачивается в пределах ±20° относительно нейтрали. Магнитная система рассчитана таким образом, что наводимая в рамке ЭДС изменяется от —1 В до1 В (линия1 на рис. 12). Существуют преобразователи, у которых последовательно с рамкой включена обмотка смещения, смещающая характеристику на 1 В (линия 2) и на 2 В (линия 3). Выражение для амплитудного значения ЭДС может быть записано в другом виде:

(5)

где — амплитудное значение тока возбуждения;Μ — взаимная индуктивность между рамкой и обмоткой возбуждения. Сравнением (4) и (5) можно установить линейную зависимость между Μ и углом а. Обычно эта зависимость записывается в виде

(6)

где —номинальный угол поворота, равный 20°;—номинальная взаимная индуктивность (соответствующе углу поворота).

Рис. 13. Схема дистанционной передачи показаний с использованием ферродинамических преобразователей

Значения нормируются ДЛ1каждого типа преобразователя. Выходным сигналом ферродинамический преобразователей считается взаимна индуктивность, унификация их осуществления путем обеспечения определенного значения . Увеличение или уменьшениеиΕ осуществляетеизменением зазора (при уменьшении зазора иΕ растут, при этом крутизна характеристики увеличивается) Принципиальная схема дистанционной передачи показаний с использованием ферродинамических преобразователей без обмоток смещения представлена на рис. 13. Обмотки возбуждения 1 и 2 передающего и компенсирующего преобразователей включены последовательно, чтобы исключить влияние на показания прибора изменения амплитуды и частотытока возбуждения. Рамки 3 и 4 включены встречно, вследствие чего на вход усилителя подается разность ЭДСпередающего преобразователя и ЭДСкомпенсирующего преобразователя:

(7)

При ΔΕ = 0 на выходе усилителя сигнала нет и двигатель находится в покое. При изменении значения измеряемой величины изменяется положение чувствительного элемента первичного прибора, который поворачивает рамку передающего преобразователя, изменяя таким образом

На входе усилителя появляется сигнал небаланса , который усиливается и приводит во вращение вал реверсивного двигателяРД, кинематически соединенный с рамкой компенсирующего преобразователя и указателем.

Двигатель будет изменять положения рамки до момента равенства ЭДС и. При этом двигатель остановится (так какстанет равным нулю) и стрелка прибора установится на отметке, соответствующей значению измеряемого параметра. Очевидно, что при одинаковых характеристиках передающего и компенсирующего преобразователей в момент компенсации их рамки занимают одинаковое положение относительно нейтрали (линииНН на рис. 11). В ферродинамической системе дистанционной передачи в качестве вторичных приборов используются миниатюрные показывающие приборы типа ВФП или самопишущие типа ВФС. Класс этих приборов по показаниям 1. В самопишущих приборах используется прямолинейная шкала длиной 100 мм (ширина поля записи также 100 мм), показывающие приборы имеют шкалу в форме дуги длиной 270мм. Эти приборы могут быть снабжены выходными преобразователями, либо устройствами для сигнализации или регулирования.

Ферродинамические преобразователи обладают теми же недостатками, что и дифференциально-трансформаторные.