Лабораторная работа №2 «иследование индуктивного преобразователя»

1. Введение

Задачей работы является снятие характеристик дифференциального индуктивного преобразователя малых перемещений и неуравновешенного моста, в который обычно включается индуктивный преобразователь. С помощью моста и фазочувствительного измерителя входная величина преобразователя (перемещения) преобразуется в выходную электрическую величину – постоянный ток.

2. Принцип действия индуктивного преобразователя.

Устройство дифференциального индуктивного преобразователя показано на Рисунке1

Два магнитопровода состоят из Iа, Iб и якоря 2, выполненных из магнитомягкого материала. Между сердечником и якорем имеются малые воздушные зазоры δ1 и δ2. на каждый магнитопровод надета обмотка с числом витков W, обычно состоящих из двух катушек.

При исходном значении измеряемой величины якорь преобразователя занимает семеричное по отношению двух сердечников положение δ₁= δ₂= δ₀. Преобразуемое перемещение будем далее обозначать символом ∆δ. При перемещении якоря длина одного из воздушных зазоров увеличивается, другого – уменьшается. При этом изменяется магнитные потоки ф₁ и ф₂ в сердечниках Ia и Iб, индуктивности обмоток L₁ и L₂, а так же активные сопротивление r₁ и r₂. Изменение величины r₁ и r₂ обусловлено нелинейностью зависимостей потерь на гистерезис и вихревые токи от величины магнитных потоков ф₁,ф₂.

Рисунок 1

Заметим, что изменения L и r для одной обмотки имеют одинаковые знаки. При перемещении якоря L₁ и L₂, а так же r₁ и r₂ изменяются в разные стороны. Итак, в преобразователе перемещение якоря ∆δ преобразуется в изменение комплексного сопротивление обмоток Z₁ = r₁+jwL₁ и Z₂ = r₂+jwL₂

3. Характеристики преобразователя

Основными характеристиками преобразователя являются зависимости сопротивлений r_l, r₂, X₁=WL₁, X₂=WL₂, Z₁, Z₂ от положения якоря, определяемого величиной ∆δ. Перечисленные характеристики можно получить многими способами. В работе этой цепи предлагается использовать фазочуствительный измеритель. На практике изменение активного сопротивления ∆r обмоток может оказаться незначительным по сравнению с изменением индуктивного сопротивления ∆х.

Сопротивления обмоток преобразователя Z₁ и Z₂ нельзя считать строго линейными, т.е. независимыми от величины напряжения питания.

Нелинейность сопротивления обусловлена нелинейностью характеристики В = f(II) материала сердечника. В связи с этим при работе с индуктивным преобразователем необходимо поддерживать постоянной величину напряжения на его обмотках.

Заметим еще, что две половины дифференциального преобразователя не являются строго идентичными и в некотором положении якоря, при котором Х₁=Х₂, r₁ может отличаться от r₂.

4. Фазочувствительный измеритель.

В работе для получения всех нужных характеристик применен фазочувствительный измеритель. Он состоит из фазочувcтвительного усилителя – выпрямителя (УВ) и магнитоэлектрического микроамперметра, подключаемого к выходным зажимам 2-2'У В (Рисунок 2)

Измеряемое напряжение Ů_x, подводится к зажимам I-I', управляющее (опорное) напряжение Ů_y подводится к зажимам 3-3`. Отклонение стрелки прибора α, пропорциональное Icp – среднему значению тока в его рамке, как известно, зависит от угла сдвига фаз между напряжениями Ů_x, и Ů_y и не меняется при небольших изменениях величины управляющего напряжения Ů_y.

Рисунок2

Имеет место следующее соотношение:

A = S*Icp = Sф*Ux*cosφ , (1)

где S – чувствительность прибора к току;

Sф – чувствительность фазочувcтвительного измерителя к напряжению на его входе;

ф – фазовый сдвиг между векторами напряжений Ů_x и Ů_y; при ф=0, U=S_φ*U_x,

при , a=0

При использовании фазочувствительного измерителя для измерения активного и реактивного сопротивления должна быть обеспечена возможность регулировки фазы, управляющего напряжения Ů_y в пределах, превышающих 90 градусов, причем его величина должна оставаться при всех значениях фазовых углов приблизительно постоянной, для этого используется специальная фазорегулирующая цепь (ФР), показанная на Рисунке З.

Здесь приведена схема усилителя – выпрямителя. Входные зажимы фазорегулирующей цепи 3 – 3' присоединяются к зажимам генератора переменного тока (ЗГ). На выходных зажимах фазорегулирущий образуется напряжение Ů_y.

Рисунок 3

В качестве фазового регулятора используется мост, два плеча которого предоставляют собой вторичную обмотку трансформатора Тр₁, а два другие плеча включены конденсатор С₁ и переменное сопротивление R₇. Как известно, если сопротивление нагрузки, присоединенное к выходной диагонали моста очень велико по сравнению с сопротивлением плеч моста, то изменение сопротивления R₇ вызывает изменение фазы напряжения U_y, не вызывая при этом изменения его значения. При R₇=0 или R₇=бесконечности U_y находится в фазе или противофазе с напряжением питания моста U_пит. При сдвиг фаз между U_пит и U_y равен .

Чтобы нагрузка фазорегулятора не влияла на величину его выходного напряжения, к выходным зажимам моста подключён эмиттерный повторитель на транзисторе Т₁.