Электромагнитные датчики

Электромагнитные датчики получили широкое применение в различных областях науки и техники благодаря достаточно высокой точности, широким функциональным возможностям, надежности, особенно при работе в тяжелых эксплутационных условиях.

Датчики, преобразующие входную величину - перемещение в измене­нии индуктивности, называются индуктивными, а в изменение взаимоиндук­тивности - трансформаторными или реже взаимоиндуктив­ными.

Индуктивный датчик (рис.2.3) основан на изменении индуктивности обмотки 1 электромагнитного дросселя в зависимости от воздушного зазора d_в между сердечником 2 и якорем 3. Здесь входным воздействием является перемещение якоря 3, а выходной величиной индуктивности L, или выходное сопротивление x = ω ∙ L (где ω - частота переменного тока),

Рис. 2.3. Схема индуктивного датчика

где W - число витков обмотки катушки; R_M - магнитное сопротивление магнитопровода; R_MB = 2δ_B ∕ ( μ₀ ∙ S_B ) - магнитное сопротивление воздушного зазора (μ₀ - магнитная проницаемость воздуха).

Достоинством индуктивных датчиков является простота и надежность. Недостатки: сравнительно малая чувствительность; зависимость индуктивного сопротивления от частоты тока; сравнительно небольшой диапазон линейного участка статической характеристики.

Дифференциально-трансформаторный преобразователь (ДТП) -получил особо широкое применение. Электрическая схема ДТП с подвижным сердечником, перемещающимся относительно обмоток, представлена на рис. 2.4.

Рис.2.4. Дифференциально-трансформаторный

преобразователь (ДТП)

Первичная обмотка 1 состоит из двух секций, намотанных согласно, а вторичная обмотка состоит из секций 3 и 4, включенных встречно. Подвиж­ный сердечник 2 соединен чувствительным элементом, на который воздейст­вует измеряемая физическая величина (перемещение, давление и т.п.).

Магнитный поток от первичной обмотки индуктирует в секциях вто­ричной обмотки ЭДС е₁ и е₂, значение которых зависит от величины тока в обмотке 1, его частоты и взаимных индуктивностей М₁ и М₂ между секциями 3 и 4 и первичной обмотки. При среднем (нейтральном) положении сердеч­ника взаимные индуктивности М₁ и М₂ равны. При отклонении сердечника вверх или вниз от нейтрального положения значение одной из взаимных ин­дуктивностей увеличивается, а другой – уменьшается.

ЭДС на выходе ДТП определяется по формуле:

Е = -j ∙ ω ∙ Ι ∙ M, (2.6) где ω = 2 π f ( f – частота питания); I – ток питания первичной обмотки пре­образователя; М₁ = М₁ – М₂ – взаимная индуктивность между выходной и первичной обмотками, зависящая от положения сердечника в катушке пре­образователя.

2.2.2. Измерительные схемы для датчиков

Малые напряжения постоянного тока, являющиеся выходной величи­ной генераторных ПИП (например, термоэлектрических термометров), можно измерять либо методом непосредственного измерения с помощью милливольтметра, либо путем использования компенсационной (потенцио­метрической) или дифференциальной схем.

Компенсационная схема, являющаяся одной из основных в средствах автоматического контроля различных параметров технологических процес­сов, основана на компенсации (уравновешивании) измеряемой величины известным падением напряжения на калиброванном сопротивлении.

Дифференциальная измерительная схема служит для измерения разно­сти между измеряемой величиной и некоторой другой величиной, заранее известной.

Мостовая измерительная схема – наиболее распространенная при автоматическом контроле технологических параметров. Параметрические ПИП включают в мостовые схемы, в которых текущее значение параметра ПИП сравнивается с заданным его значением (в уравновешенных мостах) или в измерительной диагонали моста образуется напряжение, функционально связанное с измерением контролируемого параметра технологического процесса (неуравновешенные мосты).

При уравновешенной мостовой схеме применяется нулевой метод измерения тока в диагонали: измерение параметра ПИП (сопротивление, индуктивность, емкость) компенсируется изменением сопротивления другого плеча до момента полного исчезновения тока в измерительной диагонали .

Приемниками информации от датчиков в электрических системах передачи с унифицированным токовым сигналом могут быть промежуточные преобразователи, регуляторы, измерительные (вторичные) приборы и программируемые микропроцессорные контроллеры (ПМК). Большинство датчиков оснащены преобразователями типа «сила-ток» или «перемещение-ток». Современное бесщитовое распределенное управление существенно ограничило применение вторичных аналоговых приборов, особенно для средних и больших АСУТП.

2.2.3. Вторичные приборы

1. Приборы комплекса К140.

Построены по принципу электромеханического следящего уравновеши­вания и являются одним из наиболее массовых средств автоматизации в большинстве отраслей народного хозяйства.

Приборы выполняют следующие функции: измерение технологических параметров (таких как температура, давление расход и др.) и представление результатов в аналоговой форме; регистрацию параметров на диаграммных лентах или дисках; стабилизацию или допусковый контроль (позиционное регулирование и сигнализация; интегрирование параметров во времени; преобразование и размножение сигналов от датчиков в стандартные электрические сигналы постоянного тока или пневматические.

Модификация приборов КС1, КП1, КС2 общепромышленного назначения, используемая как средство автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) в зависимости от вида входного сигнала делятся на следующие группы:

Потенциометры – приборы, работающие от входных сигналов напря­жения или силы постоянного тока термопреобразователей термоэлектриче­ских, источников ЭДС, сигналов тока и напряжения;

Мосты – приборы, работающие с термопреобразователями сопротивления; дифференциально-транспортные приборы, работающие от входных сигналов в виде изменения взаимной индуктивности. В основу работы приборов положен компенсационный метод измерения.

Принципиальная схема потенциометра одноканального и многоканального типов КПП1, КП140, КСП1, КСП2 приведена на рис.2.5.

Выходной сигнал термоэлектрического преобразователя (термопары), источника постоянного тока напряжения или телескопа или радиационного пирометра сравнивается с сигналом обратной связи, который снимается с уравновешивающего реохорда R_p.. Разность этих сигналов поступает на вход усилителя У, преобразуется в напряжение переменного тока и усиливается для приведения в действие реверсивного двигателя М1. Вращение выходного вала М1 с помощью механической передачи преобразуется в прямолинейное движение каретки, на которой закреплены контакты движка реохорда, указатель и устройство регистрации. Положение указателя в момент равновесия определяет значение измеряемого параметра, которое регистрируется на движущейся диаграммной ленте.

В потенциометрах, работающих с термопарами ТХА, ТХК,ТПП, ТВП, один из резисторов измерительной схемы служит для компенсации ЭДС свободных концов термопары. Этот резистор выполнен из медной проволоки и помещен в непосредственной близости от свободных концов термопары или удлинительных термоэлектродных проводов.

Принципиальная схема мостов типа КПМ1, КСМ1, КСМ2 представлена на рис.2.6. Термопреобразователи сопротивления R_t подключаются к прибору по трехпроводной схеме, что снижает температурную погрешность изменением сопротивления соединительных проводов при изменении температуры окружающего воздуха. К одной диагонали мостовой схемы проводится питание, напряжение с другой диагонали подается на вход усилителя У. При изменении температуры измеряемой среды изменяется сопротивление термопреобразователя и на входе усилителя возникает на

	Рис.2.6. Принципиальная электрическая схема мостов
Рис.2.5. Принципиальная электрическая схема потенциометров

пряжение резбаланса, которое усиливается и приводит в действие реверсивный двигатель М1. Далее работа моста аналогична работе потенциометра.

2.Приборы регистрирующие типа ДИСК-250

Предназначены для измерения силы и напряжения постоянного тока, а также неэлектрических величин, преобразованных в электрические сигналы и активное сопротивление.

Принцип действия приборов ДИСК-250 основан на методике непрерывной компенсации измеряемой величины в следящей системе прибора; уравновешивание схемы происходит автоматически с помощью усилителя и реверсивного двигателя, связанного с движком реохорда. В приборах предусмотрена автоматическая компенсация температуры свободных концов термоэлектрического термометра. Краткое описание модификаций приборов ДИСК-250 и КСД-250, выпускаемых заводом Теплоприбор(г. Челябинск), приведена в таблице 2.1.

Прибор аналоговый показывающий и регистрирующий с дисковой диаграммой и встроенными источниками питания и устройством корнеизвлечения типа ДИСК-250ДД предназначен для использования в системах коммерческого учета тепло- и энергоносителей в коммунальном хозяйстве, энергетике, пищевой, химической и других отраслях промышленности. Входным сигналом для прибора служит выходной токовый сигнал от датчика давления, уровня, перепада давления или датчиков расхода (дифференциального давления с квадратичной зависимостью выходного сигнала от измеряемого расхода), например, датчиков типа «Метран», «Сапфир».

Вторичные показывающие и регистрирующие приборы КСД-250 разработаны взамен комплекса КСД3 и применяются в системах регулирования и управления технологическими процессами в отраслях промышленности, где традиционно применялись приборы КСД 3: энергетике, пищевой, металлургической, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и т. д.