Указатели электрических дистанционных манометров

В зависимости от типа выбранной электроизмерительной схемы указатель дистанционного манометра может представлять собой гальванометр, логометр или следящий электропривод. Поскольку на летательных аппаратах преимущественное примене­ние нашли логометрические дистанционные манометры, ограничимся рассмотрением схем и конструкций указателей логометрического типа. На рис.20, и показан указатель электрического дистанционного манометра, содержащий магнитоэлектрический логометр и электрические сопротивления R₁, R₂,Rз’, R₃’ и R_д, входящие в схему рис. 17, б.

Конструктивная схема магнитоэлектрического логометра показана на рис.20, б. Логометр имеет две неподвижные прямоугольные проволочные рамки 3 и 10, расположенные под углом 120° и охватывающие медный корпус успокоителя 1, внутри которого помещена подвижная система, состоящая из постоянного магнита 2, связанного с указывающей стрелкой 5. Ось 9 подвиж­ной системы имеет с обоих концов керны 11, опирающиеся на подпятники 6. Рамки помещены внутрь цилиндрического пермаллоевого экрана 8, защищающего подвижную систему от внешних магнитных полей.

Рис.20. Конструкция указателя электрического дистанционного манометра с магнитоэлектрическим логометром:

а¾ указатель; б¾ логометр; 1¾ медный корпус магнитного успокоителя; 2¾ подвижный магнит; 3¾ внутренняя рамка; 4¾ неподвижный постоянный магнит; 5¾ стрелка; 6¾ корундовые подпятники; 7¾ мостик; 8¾ экран из пермаллоя; 9¾ ось подвижной системы; 10¾ внешняя рамка; 11¾ керн оси подвижной системы; 12¾ логометр; 13¾ хомут; 14¾ основание; 15¾ шкала; R₁, R₂, R’₃, R’’₃ и R_Д¾ катушки сопротивления

Рамки логометра при протекании по ним токов i₁ и i₂ создают два направленных под углом 120° магнитных поля, замыкающихся через экран. Для приведения стрелки на нуль при отключении питания в логометре имеется неподвижный постоянный магнит 4, создающий слабое магнитное поле напряженностью DH.

Длина подвижного магнита значительно меньше диаметра экрана. Поэтому в рабочей зоне, где поле взаимодействует с по­движным магнитом, магнитные поля каждой из рамок можно охарактеризовать векторами напряженности Н₁ и H₂, направлен­ными по осям АА' и ВВ' под углом 120° по отношению друг к другу (рис.21).

Величина векторов напряженности

H₁=i₁w ; H₂=i₂w ,

где w ¾ число витков каждой из рамок.

Напряженность результирующего магнитного поля в рабочей зоне определяется геометрической суммой векторов

.

Подвижный магнит вместе с указывающей стрелкой располагается по направлению вектора (если не учитывать влия­ние DH).

Если принять за начало отсчета (j = 0) напряжение, совпадающее с осью вектора Н₁, то текущий угол j отклонения стрелки определится из уравнения

,

где g ¾угол между рамками (g=120°).

Заменяя , находим

j=arctg ,

где

.

Рис.21. К выводу уравнения магнитоэлектрического логометра с подвижным магнитом:

а¾ сечение логометра, б¾ векторная диаграмма напряженности поля

Уравнение (18) и является характеристикой магнито-электрического логометра с подвижным магнитом, входной величиной которого является x, а выходной j.

Стрелка расположена посредине шкалы (j=60°) при равенстве токов в рамках ( i₁=i₂=i₃ ).

При этом составляющие напряженности магнитного поля H₁=H₂= (D ¾ внутренний диаметр экрана ), а результирующая напряженность

. (19)

Рассматривая систему «подвижный магнит— магнитное поле» как «магнитную пружину», можно представить логометр как динамическое колебательное звено с передаточной функцией

, (20)

где С_ж ¾угловая жесткость «магнитной пружины», равная С_Ж=Нm_м (Н¾напряженность результирующего магнитного поля внутри логометра; m_м¾ магнитный момент подвижного магнита);

К_Д¾ коэффициент демпфирования;

J ¾ момент инерции подвижной системы.

Рис.22. Конструкция указателя с ферродинамическим логометром:

1¾ стрелка; 2¾ подпятник; 3¾ циферблат; 4¾ подшкальник; 5¾ магнитодержатель; 6¾ стойка; 7¾ магнитопровод; 8¾ накладка; 9¾ основание; 10¾ вилка; 11¾ окно; 12¾ стекло; 13¾ корпус; 14¾ катушка; 15¾ ось; 16¾ катушка возбуждения; 17¾ магнит; 18¾ лепесток; 19¾ термосопротивление

Конструкция указателя с ферродинамическим логометром приведена на рис. 22, а схема магнитопровода этого логометра показана на рис.23.

Подвижная рамка 2 подвержена действию двух механических моментов М₁ и М₂. Момент М₁, который условно назовем вращающим, создается за счет взаимодействия электрического тока i₂, протекающего по рамке 2, с магнитным полем, создаваемым в рабочем зазоре током i₁ катушки возбуждения 1, Момент М₂, являющийся противодействующим, образуется в результате стремления рамки 2 втянуть в себя железный сердечник.

Направление витков рамки 2 выбирается таким образом, чтобы момент М₁ был направлен навстречу моменту М₂. Тогда положение равновесия подвижной системы логометра будет определяться равенством М₁=M₂.

Для определения характеристики ферродинамического логометра положим, что токи i₁ и i₂ синфазны (это условие является необходимым для правильной работы логометра):

i₁₌I₁sin2p¦t;

i₂₌I₂sin2p¦t,

где I₁ и I₂ ¾ амплитудные значения токов;

¦ ¾ частота переменного тока.

Рис.23. Схема магнитопровода ферродинамического логометра:

1¾ катушка возбуждения; 2¾ рамка

При ненасыщенном магнитопроводе магнитная индукция поля, создаваемого в. рабочем зазоре током i₁, пропорциональна величине этого тока и, кроме того, зависит от угла j поворота рамки 2. Вращающий момент определяется при этом выражением

М₁=Ф₁(j)i₁i₂=Ф₁(j)I₁I₂sin²2p¦t.

Противодействующий момент пропорционален квадрату силы тока i₂ и зависит также от угла j:

М₂=Ф₂(j)i₂²=Ф₂(j)I₂²sin²2p¦t.

Приравнивая М₁=М₂,,получим условие равновесия в виде

Ф₁(j)I₁I₂sin²2p¦t=Ф₂(j)I₂²sin²2p¦t,

Откуда

или

.

Полученное выражение показывает, что при ненасыщенном магнитопроводе и синфазных токах i₂ и i₁ угол j поворота подвижной системы ферродинамического логометра является функцией отношения амплитудных значений этих токов.