Первичный преобразователь перепада давления

Первичный преобразователь перепада давления .

Дифтрансформаторный расходомер , подключаемый соединительными трубками к трубопроводу теплосети , служит для получения информации о расходе теплоносителя в виде электрического сигнала и состоит из диффе-ренциально-трансформаторного датчика и мембранного блока . Дифференци-альный трансформатор осуществляет преобразование линейных переме-щений штока с сердечником в напряжение и состоит из помещенных в экран трех катушек – одной первичной и двух вторичных .

В реальном датчике при питании первичной обмотки ДТ током полезный выходной сигнал сдвинут на угол меньше 90⁰ . Кроме этого , когда сердечник ДТ находится в среднем положении , в выходном сигнале ДТ существует остаточный сигнал , сдвинутый относительно полезного на 90⁰ и составляющий от 1% до 10% от U_{вых.пол.макс.}

В соответствии с анализом математической модели ДТ его выходной сигнал представляет собой результат умножения взаимной индуктивности М обиоток ДТ на ток , питающий датчик :

U_вых = М_*I

Взаимная индуктивность носит комплексный характер , т.е. содержит вещественную и мнимую части :

М = Re[M] + Im[M] = M_{э *} е ^{j ( pi/2-e )}  M_{0 *} е ^{–j e} , где М_э – эквивалентная взаимная индуктивность ( зависит от перемещения сердечника и несет информацию о расходе ) ; М_э – унифицированная вели-чина , поскольку в каждом конкретном случае выбирается такой ДТД , у которого при известном диаметре трубопровода и максимальном расходе вещества взаимная имдуктивность составляет 10 мГн ;

М₀ – квадратурная взаимная индуктивность ;

е – угол ( около 6⁰..10⁰ ) , определяемый активными потерями в стали и нагрузкой в во вторичной цепи ( но не активным сопротивлением обмоток ) . Поэтому выходной сигнал ДТД имеет полезную и квадратурную составляю-щие : U_вых= M_{э *} I _* w _* е ^{j ( pi/2-e )}  M_{0 *} I _* w _* е ^{–j e} . На рис.1 приведена векторная диаграмма , поясняющая структуру выходного сигнала ДТД .

Рис. 1

Исходя из данной математической модели ДТД , определим приемлемую функциональную схему расходомера , позволяющую избавиться от квадратурной составляющей сигнала , не несущей информации о расходе теплоносителя , а также максимально защитить расходомер от помех , создаваемых в соединительных проводах сетевым напряжением .

Как видно из векторной диаграммы сигнала ДТД , полезный сигнал и квадратурная составляющая смещены относительно друг друга на угол 90^о , что позволяет избавиться от присутствия квадратурной составляющей применением фазосдвигающего устройства и фазочувствительного выпрямителя . При помощи фазосдвигающего устройства сдвигаем  напряжение, совпадающее по фазе с током , питающим датчик , на угол 90^о-е и получаем напряжение , совпадающее по фазе с информационной составляющей сигнала и используемое далее для получения управляющего напряжения фазочувствительного выпрямителя . При управлении ключами ФЧВ таким управляющим напряжением ( после сглаживания выходного сигнала ФЧВ фильтром ) на выходе получаем некоторое постоянное напряжение , пропорциональное лишь информационной составляющей сигнала ДТД .

В формулу выходного напряжения в виде коэффициентов входят также величина тока , питающего ДТД , и частота этого тока . Чтобы можно было учитывать данные величины как постоянные коэффициенты , необходимо запитывать ДТД током с постоянной амплитудой и частотой . Этого можно достичь , применяя в схеме расходомера генератор стабильного переменного напряжения , синхронизируемый от сети переменного тока , и преобразователь напряжение – ток для преобразования стабильного прееменного напряжения в переменный ток со стабильной амплитудой .

Для защиты расходомера от помех , наводимых в соединительных проводах напряжением сети , используем свойство ФЧВ подавлять помехи , которые являются четными гармониками по отношению к частоте управляющего напряжения . Для этого питание ДТД осуществляется током с частотой , строго привязанной к частоте сети , и в два раза меньшей сетевой частоты , при этом помехи с частотой 50 Гц и кратные этой частоте будут полностью подавляться ФЧВ .

При выполнении всех вышеуказанных мер расходомер наиболее точно вне зависимости от внешних условий будет отображать информацию о расходе теплоносителя .

Разработка функциональной схемы .

При разработке функциональной схемы необходимо учитывать особенности , изложенные выше . Исходя из этих соображений , примем схему , приведеную на рис. 2 .

Рис. 2

Обозначения, принятые на функциональной схеме  :

ИПД – источник питания датчика ;

fc/2 – делитель сетевой частоты на два ;

ЧИУ – частотно-избирательный усилитель ;

СПН – стабилизатор переменного напряжения ;

ПНТ1 – преобразователь напряжение-ток для питания ДТД ;

ДТД – дифференциальный трансформаторный датчик ;

ВП – входной преобразователь ;

ФСУ – фазосдвигающее устройство ;

ФОН – формирователь опорного напряжения ;

У – усилитель ;

ФЧВ – фазочувствительный выпрямитель ;

Ф – фильтр ;

УК – устройство корнеизвлечения ;

ПНТ2 – преобразователь напряжение-ток для выходного токового сигнала ;

СОИ – система отображения информации об интегральном расходе теплоносителя .

Произведем рассмотрение отдельных узлов функциональной схемы расходомера более подробно с анализом их работы для последующего расчета элементов принципиальной схемы .

Делитель сетевой частоты на два .

Выполняет деление частоты сетевого напряжения на два . Это необходи-мо для следующего :

- получение питающего напряжения ДТД с частотой , в два раза меньше сетевой , для исключения в дальнейшем помехи сетевой частоты как четной гармоники при пропускании сигнала через ФЧВ ;

-привязка питающего напряжения ДТД  к частоте сетевого напряжения ;

-формирование двуполярных импульсов для последующего выделения на ЧИУ первой гармоники .

Частотно-избирательный усилитель .