Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине "Элементы автоматики", страница 3

Принцип действия трансформаторного датчика основан на изменении взаимной индуктивности двух обмоток, помещенных на   ферромагнитный сердечник, вследствие изменения сопротивления магнитной цепи датчика, зависящего от входящего в нее воздушного зазора.

Особенностью трансформаторных датчиков является то, что в них от­сутствует электрическая связь между цепью питания (возбуждения) и из­мерительной цепью. Возможность изолировать цепь нагрузки от цепи пита­ния позволяет получить любое напряжение да выходе нагрузки независимо от величины напряжения источника питания.

Простой трансформаторный датчик (рис.З.1,а) состоит из магнитопровода, образованного неподвижным сердечником I и якорем 2. В датчиках цилиндрической формы якорь принято называть плунжером. На сердечнике располагается первичная обмотка W1,  подключенная к источнику пере­менного тока,  и вторичная W2, к которой подключен измери­тельный прибор 3. Между полюсами сердечника и якорем имеется воздуш­ный зазор бв,     зависящий от положения якоря, механически связанного с объектом, положение которого контролируется.

Название трансформаторного датчика указывает на его сходство с трансформатором переменного тока.  Переменный ток, протекающий по пер­вичной обмотке W1, создает в магнит о проводе переменный магнитный поток   Ф, который, пронизывая витки вторичной обмотки W2,  индук­тирует в ней эдс переменного тока [I]

E₂=w_*n_2*Ф~                          (3.1)

где    w    - угловая частота;

          n₂- число витков вторичной обмотки.

При изменении воздушного зазора бв пропорционально ему изме­няется сопротивление магнитной цепи датчика   и   обратно пропорциональ­но величина Ф. Следовательно,  согласно (3.1.), индуктируемая во вторичной обмотке эдс E₂ будет функционально зависеть от величи­ны  бв,т. е. от контролируемой датчиком.

Статическая характеристика простого трансформаторного датчика приведена на рис.3.2. Недостатки простого трансформаторного датчика аналогичны   недостаткам  простого    индуктивного. Отсутствуют эти недостатки в дифференциальном трансформаторном датчике ДТД, представ­ляющем собой совокупность двух простых, объединенных общим якорем (рис. 3.1,6). Кроме таких ДГД с магнитопроводом плоской формы, имеется также и цилиндрические ДТД у которых магнитопровод имеет круглое сечение.

Вторичные обмотки ДТД включаются таким образом, чтобы индуктируе­мые в них эдс взаимно вычитались. Этим обеспечивается устранение не­достатков простой схемы.

Статическая характеристика ДТД приведет на рис. 3.2.

Область применения трансформаторных датчиков аналогична рассмот­ренной для индуктивных датчиков. Однако  трансформаторные  имеют по сравнению с индуктивными ряд дополнительных преимуществ;

1)  высокую чувствительность, которая обеспечивается за счет возмож­ного выполнения вторичной обмотки датчика с большим числом витков;

2)   возможность измерения весьма малых перемещений. Это объясняется тем, что датчик имеет выходное сопротивление, которое хорошо согласуется с входным сопротивлением электронного усилителя. Применение последнего позволяет измерять незначительные перемещения (до нескольких микрометров).

Кроме того. ДТД имеют значительный линейный участок характеристики. Благодаря этик достоинствам трансформаторные датчики, а особенно ДТД, получили наибольшее распространение для измерения неэлектрических

величин.

2.  Описание  лабораторного стенда

Внешний вид лабораторного стенда для исследования трансформаторно­го датчика, приведен на рис.3.3. На лицевой панели установлены:

1)   Цилиндрический дифференциальный трансформаторный датчик ДГД ли­нейного перемещения с винтом для перемещения плунжера и указателем его положения.

2)   Лабораторный автотрансформатор ЛАТР для регулирования напряже­ния питания датчика.

3)  Вольтметр РV1   для измерения напряжения питания датчика.

4)Вольтметр РV2   для измерения выходного сигнала датчика;

5) Амперметр РА для измерения выходного тока датчика.

6)  Тумблер S1 для включения питания стенда с предохранителем и индикаторной лампой.

7)  Тумблер S2 для переключения исследуемого датчика в положение простой или дифференциальной схемы.

8)  Переключатель S3 для выбора контроля выходного сигнала датчи­ка по току или по напряжению.

Принципиальная электрическая схема лабораторного стенда приведена на рис.3.4. В работе исследуется цилиндрический дифференциальный транс­форматорный датчик линейного перемещения, который может использоваться как простой при отключении одной вторичной обмотки.

3.   Исследование простого трансформаторного датчика

1)  Переключатель S3 установить в положение "И", соответствующее

контролю выходного сигнала датчика по напряжению.

2)  Тумблер S2 установить в положение "Прост.".

3)   ЛАТР установить в крайнее левое (нулевое) положение.

4)Плунжер ДТД установить в крайнее левое(исходное) положение и тумблером S1 подать напряжение питания на схему.

5)   С помощью ЛАТРа по вольтметру PV1 установить напряжение пи­тания датчика U_n = 10 В.

6)  Вращением винта изменять положение плунжера до крайнего право­го положения и, делая отсчеты по шкале   PV2. через каждые 2 мм, снять зависимость U=f(x).

Результаты наблюдений свести в табл. 3.1 и повторить опыт при U_n = 15 В, также фиксируя результаты в табл. 3.1.

По данным табл. 3.1 в одних координатных осях построить графики U₂₁=f (х) для   U_n = 10 В   и   U_n= 15 В.

Таблица 3.1

 Результаты исследования трансформаторного датчика

7)   Для одного из полученных графиков построить теоретическую ха­рактеристику ДТД. для чего произвести описанные ниже построения.