Феромагнетне осердя

Як видно з рівняння (1), найбільшого значення модуль взаємо­індук­тив­ності |M|=M _н набуває в тому випадку, коли магнітний потік, що пронизує на­вив­ки однієї секції, стає максимальним, а іншої - мінімальним.

Рис.2. Статична характеристика диференційно-трансформаторного перетворювача

На рис, 2 показано характер зміни взаємоіндуктивності при переміщенні осер­дя з одного положення в інше.

Дослідження співвідношень геометричних розмірів соленоїда та осердя показують, що максимальна чутливість досягається при рівності довжин однієї секції соленоїда та осердя ( l₀≈l_c ) і при максимальному наближенні їх діамет­рів (d₀≈d_c) рис.1,а. Для побудови ДТП з лінійною функцією перетво­рен­ня ви­ко­рис­то­вують лише частину характеристики, допускаючи переміщення осердя в межах l≤(0,7…0,8)l_c Практичного застосування набули ДТП з вихід­ним сигналом 0...10 мГн і -10...+10 мГн.

Перевага диференційного перетворювача полягає в зменшенні впливу не­ін­фор­мативних параметрів, наприклад температури, а також в можливості отри­мати нульовий вихідний сигнал при нульовому сигналі на вході.

2. Вторинні прилади на основі диференційно–трансформаторних пере­тво­рювачів. На основі ДТП будують вторинні прилади типів КСД, КВД, КПД для вимірювання різноманітних електричних величин.

Рис. 3. Електрична схема приладу системи КСД.

Навої збудження ДТП-1 та ДТП-2 з'єдна­ні послідовно і жив­ляться на­пругою 24 В змінного струму від вторин­ного приладу. Вихідні навої обох ДТП змикаються послідовно-зустрічно до входу електронного під­силювача. Якщо положення осердь перетво­рювачів різні, то різними будуть напруги та на вихідних навоях ДТП, а на вхід електронного підсилю­вача буде прикладено їх різницю.

Підсилений різницевий сигнал подається на навій керування ре­версивного двигуна РД і викликає обертання його ротора в такому напрямку, щоб перемі­щен­ня осердя компенсаційного перетворювача ДТП-2 викликало зменшення різницевої напруги . З віссю обертання кулачкового механізму механічно зв’язана стрілка від­лі­ко­во­го пристрою ВП.

Для настроювання системи та забезпечення взаємозамінності первинних пере­тво­рювачів передбачено можливість регулювання їх вихідної на­пруги за до­по­могою змінних резисторів R₁ "Діапазон". Корекція ну­льового показу вто­рин­но­го приладу здійснюється за допомогою додатко­вого навою W_д ДТП-2 шляхом регулювання опору потенціометра R₃ "Нуль", ввімкненого послідовно з вихід­ни­ми навоями перетворювачів на вході електронного підсилювача.

В зв'язку з тим що переміщення осердя первинного перетворювача може бути нелінійно пов’язаним зі зміною вхідної величини, а функція перетворення ДТП є лінійною, то профіль диска кулачкового механізму вторин­ного приладу підбирають таким, щоб лінеаризувати цю залежність і от­римати лінійну шкалу приладу. В залежності від функції перетворення первинного перетворювача роз­роб­лено від­повідні модифікації приладів типу КСД з лінійним, квадратич­ним або степе­не­вим кулачковими меха­нізмами.

3. Основні технічні характеристики приладів типу КСД .

Прилади типу КСД призначені для автоматичного вимірювання та ре­єстрації в прямокутних координатах неелектричних величин за допомо­гою пер­вин­них ди­фе­ренційно–трансформаторних перетворювачів, механічно з’єднаних з чут­ли­ви­ми елементами первинних перетворювачів, вихідним інформативним парамет­ром яких є переміщення. В залежності від різно­видів додаткових при­строїв при­лади типу КСД можуть виконувати також позиційне та пропорційне регу­лю­вання вимірювального параметру, здій­снювати сигналі­зацію, інтегрува­ти в часі витрати рідини, газу, пари тощо, тобто отримувати кількість, забезпе­чу­вати дистанційну переда­чу інформації. Електричне живлен­ня приладів здійс­ню­ється від мережі однофазного змінного струму напругою 220 В частотою 50 Гц , Електричне живлення навоїв збудження ДТП вторин­но­го приладу і пер­винного перетворювача здійснюється напругою 24 В від обмотки силово­го трансформатора.

Основна похибка приладу (від нормуючого значення) не перевищує границі допустимих значень, %:

для показів і запису . ±1,0

для сигналізації і регулювання ±1,5

для дистанційної передачі показів ±1,0

За нормуюче значення приймають: 10 мГн - для приладів з діапазо­ном зміни вхід­ного сигналу 0…10мГн; 20 мГн - для приладів з діапа­зоном зміни вхідного сигналу -10...+10 мГн .

Варіація приладів, виражена в процентах від нормуючого значення не переви­щує абсолютного значення межі допустимої основної похибки.

ЗАВДАННЯ .

1. Встановити, чи магазин взаємо індуктивності типу Р50І7 підходить для перевірки основної до­пу­с­тимої похибки і варіації при­ладу типу КСД класу точності 1,0 з діапа­зо­ном зміни взаємо індуктивності від М_тіп до М_тах, якщо задано характеристику (лінійну, квадратичну).

Знайти допустиму абсолютну похибку приладу КСД з вказаними харак­те­р­рис­ти­ками при заданій вхідній взаємо індуктивності М_і .

2. Провести експеримент для визначення основної похибки та варіації зада­но­го приладу. Зробити висновок про відповідність визначених величин допусти­мим.

3. Визначити експериментально функцію перетворення ДТП і зобразити її гра­фічно. Оцінити похибки ідентифікації та нелінійності і подати їх графічно в функції переміщення.

4. Зробити висновки про співвідношення похибок ідентифікації і не­лі­нійності і про можливість присвоєння класу точності ДТП.

ПРАКТИЧНІ ВКАЗІВКИ.

Експериментальна частина роботи складається з двох етапів:

а) визначення основної похибки та варіації приладу з ДТП;

б) визначення функції перетворення ДТП; і оцінка похибок ідентифікації і нелінійності.

1. Визначення основної похибки та варіації . приладів з ДТП.

Визначення основної похибки та варіації приладу КСД-2 здійсню­ється за таких нормальних умов:

температура навколишнього середовища (20 ± 2) °С;

відносна вологість повітря від 30 до 80%;

напруга живлення (220 ± 4,4) В частоти 50 Гц;

максимальний коефіцієнт вищих гармонік ≤ 5%.

Перед початком перевірки прилад повинен бути ввімкненим для про­грівання на час, не менший, ніж 1 година, при номінальній напрузі живлення і з на­ван­та­жен­ням, яке відповідає 2/3 діапазону вимірювання.

Для верифікації приладів використовується багатозначна міра комплекс­ної взаємо­індук­тив­ності. Межа допустимої основної похибки магазина для ви­став­леного значення М визначається за формулою, %:

(2)

де k- клас точності; т - шкала декад; - дискретність молодшої декади ,

Для магазина взаємо індуктивності типу Р50І7 k = 0,2; m = 3;

Основну похибку при­ладу та варіацію визначають при чотирьох комбі­на­ціях параметрів магазину

Номер комбінації	Значення параметрів магазина Р5017
	Залишкова взаємоіндуктивність МО, мкГн	Кут втрат ε, град	Аргумент комплексного опору, рад
I	0	5,5	φ^1(5,5)
II	0	5,5	φ^11(5,5)
II	0	5,5	φ^1(5,5)
IV	0	5,5	φ^11(5,5)

На магазині взаємоіндуктивності встановлюють значення параметрів від­повід­ної комбінації, магазина і, змінюючи значення комплексної взаємо індук­тив­ності, плавно підводять покажчик приладу до необхідної точки шка­ли і роблять відлік показу магазина.

Основну похибку і варіацію прилад знаходять на всіх оцифрованих поділ­ках шкали за такими формулами:

для приладів з лінійним кулачковим механізмом

(3)

(4)

де М_р - розрахункове значення взаємоіндуктивності, що відповідає да­ному показу приладу; М - відлік на магазині взаємоіндуктивності, що відпові­дає даній відмітці, мГн; М_н - нормуюче значення вхідної величини (М_н =10 мГн для приладів з межами 0...10 мГн , М_н = 20 мГн для приладів з межами -10...0…+10 мГн); М₁ , М₂ - від­лік на магазині, що відповідає даній відмітці шка­ли при плавному під­ході до оцифрованої поділки відповідно зліва та спра­ва; для приладів з квадратичним кулачком і межами вимірювання 0...10 мГн

(5)

(6)

де ,N - значення, фізичної величини відповідає з початко­вою, кінцевою тачками шкали та точкою яка перевіряється.

Розрахункове значення взаємоіндуктивності М_р шукають за формулами

(7) –(9)

з яких перша використовується для приладів з лінійним кулачком і діапазоном 0...10 мГн , друга - для приладів з лінійним кулачком і діапазоном -І0...0…+І0 мГн, третя - для приладів з квадратичним кулачком і діапазоном 0...10 мГн

Результати експерименту заносять до табл. 1.

За результатам експерименту роблять висновок про відповідність похибок і варіації приладу допустимим значенням,

2. Визначення функції перетворення ДТП

Функцію, перетворення будь-якого перетворювача можна визначити шляхом ви­мірювання ряду значень його вхідної величини і відповідних їм значень ви­хід­ної величини.

Похибки вимірювання вхідних і вихідних величин перетворювача при­водять до виникнення так званих похибок ідентифікації функції пе­ретворення.

Вхідною величиною ДТЇ є переміщення, а вихідною – взаємоіндук­тив­ність. Якщо вхідну величину можна виміряти, наприклад, мікромет­ром, то вимірю­ван­ня вихідної величини ДТГІ складає певні труднощі. В даній роботі для вимі­рю­вання взаємо індуктивності використовується метод заміщення, який поля­гає ось у чому.

Спочатку до ДТП підключають автоматичний прилад КСД-2 і, перемі­щаю­чи осердя перетворювача, встановлюють стрілку приладу на довільну відмітку шкали. Переміщення (місцеположення осердя) вимірюють мікро­метром. Тоді до автоматичного приладу підключають магазин взаємоін­дук­тивності і повторно встановлюють стрілку автоматичного приладу на цю саму відмітку. Значення взаємоіндуктивності, виставлене на мага­зині, відповідає вза­є­моіндуктивності ДТП при даному переміщенні, а похибка вимірювання взає­мо­індуктивності визначається похибкою мага­зина .

Таблиця 1

Результати дослідження автоматичного приладу КСД

№ п/п	Покази досліджу­ваного приладу N	Покази зраз­ко­вого мага­зи­на Р5017, мГн		Розрахун­кове зна­чення вза­ємоін­дук­тив­ності Мр, мГн		Абсолют­ на похиб­ ка, мГн			Зведена похибка γmax, %		Абсолютна варіа­ція V, мГн	Зведена варіація Vзв, %
		М1 →	М2 ←			∆М1 →	∆М2 ←
1	2	3	4		5	6	7	8		9		10

Встановлення стрілки приладу на кожну відмітку за допомогою ма­газина взаємоіндуктивності здійснюють два рази: один раз при під­ході зліва M₁ дру­гий - при підході справа M₂. Встанов­лення стрілки приладу на цю саму відмітку шляхом переміщення осердя ДТП здійснюють п разів, при цьому п/2 разів при підході зліва і п/2 разів при підході справа. Багатократні вимірювання дозво­ляють зменшити випадкову складову похибку вимірювання, а двосторонній підхід до відмітки - варіацію приладу,

Значення і визначають за формулами

; (10)

(11)

Таким чином можна побудувати дійсну функцію перетворення ДТП

Похибка ідентифікації обумовлена похибкою вимірювання величин і . Можна вважати, що багатократні вимірювання дозволили практично усунути випадкову похибку вимірювання як , так і . Інформація про систематичну і випадкову окладо­ві похибки магазина взаємоіндуктивності і мікрометра відсут­ня– тому для оцінки похибки ідентифікації можна оперувати лише граничними похибками відповідних засобів вимірювань.

Таблиця 2

Результати дослідження диференційно-трансформаторного перетворювача

№ п/п

Показ приладу N

Взаємоіндук­тивність ДТП, мГн

Похибки вимірю­вань

Результати спостережень

переміщення l,мм

Похибка

МР

М1 →

М2 ←

δМ, %

ΔМ, мГн

1

2

3

4

5

6

вимірювань Δl, мм

ідентифікації Δід, мГн

нелінійності Δнел, мГн

ЗМІСТ ЗВІТУ

1. Мета роботи.

2. Зміст роботи.

3. Завдання.

4. Попередні розрахунки.

5. Схеми вимірювань.

6. Технічні характеристики засобів вимірювань.

7. Таблиці результатів вимірювань.

8. Формули, за якими визначають розрахункові величини таблиць.

9. Графіки функції перетворення, похибок ідентифікації і нелінійності.

10. Висновки за результатами перевірки приладу і дослідження функції перетворення ДТП.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Пояснити принцип дії ДТП.

2. Для вимірювання яки величин використовується ДТП?

3. Що є вхідною і вихідною величиною ДТП?

4. Пояснити принцип дії автоматичних приладів, побудованих на базі ДТП?

5. Як нормуються похибки автоматичних приладів на базі ДТП?

6. Поясніть методику визначення основної похибки і варіації приладу.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 10

ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ТЕРМОРЕЗИСТОРНИМИ

ТЕРМОМЕТРАМИ

Мета роботи –вивчити принцип дії, основні технічні характеристики та особливості застосування терморезисторних термо­мет­рів.

ПЛАН ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Вивчити принцип дії, основні технічні характеристики та особливості застосування терморезистивних первинних перетворювачів температури (термоперетворювачів опору) та вторинних приладів (аналогових автоматичних мостів та цифрових вимірювальних приладів)

2. Відповідно до конкретного запропонованого викладачем завдання вибрати зразковий магазин опору, придатний для визначення основної похибки та варіації показів заданих вторинних вимірювальних приладів.

3. Перевірити працездатність заданих вторинних вимірювальних прила­дів і визначити їх основну похибку, а також варіацію показів у заданих точках діа­пазону вимірювань; зробити висновок про відповідність основної похибки ви­мі­рювальних приладів і варіації їх показів допустимим значенням.

4. За допомогою термоперетворювача опору і заданого вторинного ви­мі­рю­вального приладу експериментально визначити залежність зміни температури в печі (термостаті) від часу при її нагріванні (охолодженні); визначити час встановлення стабільної температури в печі (термостаті) при заданій напрузі її живлення; накреслити графік зміни температури за час нагрівання (охолодження); оцінити похибку вимірювання температури.