8-7. Передающие преобразователи с магнитной компенсацией

Передающие преобразователи с магнитной компенсацией предназначены для преобразования перемещения центра или сводного конца упругого чувствительного элемента (§ 10-2) прибора, воспринимающего измеряемую величину, в унифицированный выходной сигнал постоянного тока. Преобразователи с магнитной компенсацией, предложенные В. Д. Мироновым, И. Б. Каплуновым и др. [47] и конструктивно разработанные совместно с НИИТеплоприбором, выполняются с линейной и квадратичной характеристикой.

Преобразователи с линейной характеристикой предназначены для первичных приборов с упругими чувствительными элементами, применяемых для измерения, например, давления, разности давлений и уровня жидкости. Для этих приборов выходной сигнал постоянного тока преобразователя будет пропорционален измеряемой величине.

Рис. 8-7-1. Структурная схема преобразователя с магнитной компенсацией. 1 — упругий чувствительный элемент первичного прибора, преобразующий измеряемую величину в перемещение постоянный магнит (магнитный плунжер); 3 — магнитное преобразовательное устройство; 4 — усилитель полупроводниковый; 5 — устройство обратной связи.

Преобразователи с квадратичной характеристикой предназначены для дифманометров применяемых для измерения расхода жидкостей, газов и пара по перепаду давления в сужающем устройстве, связанному с расходом квадратичной зависимостью. Выходной сигнал постоянного тока преобразователя с квадратичной характеристикой пропорционален измеряемому расходу.

Структурная схема преобразователя с магнитной компенсацией показана на рис. 8-7-1. Магнитный плунжер служит для преобразования перемещения центра или свободного конца упругого чувствительного элемента в управляющий магнитный поток Магнитное преобразовательное устройство предназначено для преобразования разности магнитных потоков о создаваемых постоянным магнитом и током обратной связи в электрический сигнал Снимаемый сигнал с выхода магнитного преобразовательного устройства подается на вход полупроводникового усилителя, который усиливает его и преобразовывает в выходной сигнал постоянного тока Устройство отрицательной

обратной связи позволяет установить необходимый закон преобразования.

Выходной сигнал магнитного преобразовательного устройства определяется выражением

где перемещение магнитного плунжера; ток обратной связи; и постоянные коэффициенты.

Выходной ток полупроводникового усилителя преобразователя

где коэффициент передачи усилителя.

Для преобразователя с линейной характеристикой

где постоянный коэффициент; с —1 коэффициент передачи устройства обратной связи.

На основании соотношений (8-7-1) — (8-7-3) получим:

При достаточно большом коэффициенте передачи полупроводникового усилителя это выражение принимает вид:

При линейном преобразовании входного сигнала отрицательная обратная связь образуется резистором, через который протекает выходной ток.

Для получения пропорциональной зависимости выходного тока передающего преобразователя дифманометра от расхода среды измеряемого по перепаду давления в сужающем устройстве, когда

необходима нелинейная обратная связь с подобной (8-7-5) зависимостью

Подставив эти зависимости в соотношения (8-7-1) и (8-7-2), при получим:

Квадратичный закон преобразования измеряемой величины формируется путем включения в цепь отрицательной обратной связи нелинейных элементов или с помощью квадратора.

Принципиальная электрическая схема передающего преобразователя с магнитной компенсацией приведена на рис. 8-7-2. Магнитное преобразовательное устройство передающего преобразователя имеет две обмотки возбуждения и две обмотки обратной связи расположенные на двух специальной формы магнитопроводах Цепь возбуждения содержит диоды и балластные резисторы Обмотки возбуждения и балластные резисторы образуют измерительную схему моста. В выходную цепь моста включен фильтрующий конденсатор С. Питание моста осуществляется от силового трансформатора усилителя напряжением в виде прямоугольных импульсов с частотой 50 Гц, формируемых с помощью стабилитрона и ограничительного резистора. В выходную цепь усилителя включены устройство обратной связи У и нагрузка

Рис. 8-7-2. Принципиальная схема преобразователя с магнитной компенсацией.

Обмотки возбуждения, расположенные на магнитопроводах включены встречно и сфазированы таким образом, что в магнитопроводах магнитный поток, создаваемый одной из них направлен согласно с управляющим магнитным потоком постоянного магнита а другой встречно. Обмотки обратной связи, расположенные на тех же магнитопроводах также включены встречно, что позволяет скомпенсировать наводимые в них э. д. с. от обмоток возбуждения. Магнитные потоки в магнитопроводах создаваемые током с при протекании его по обмоткам обратной связи, направлены навстречу магнитным потокам постоянного магнита.

Рассмотрим конструктивную схему магнитного преобразовательного устройства, представленную на рис. 8-7-3. Этот узел преобразователя состоит из внешних (вспомогательных) магнитопроводов 1, в средней части которых расположены магнитные элементы 2 (магнитопроводы специальной формы, каждый из которых несет обмотку обратной связи и обмотку возбуждения), и магнитного плунжера 3, представляющего собой небольшой цилиндрический постоянный магнит. Магнитный плунжер, механически соединяемый со свободным концом или центром упругого чувствительного элемента первичного прибора, может применяться с разделительной немагнитной стальной трубкой 4 (показана пунктиром) и без нее.

Основной магнитный поток магнитного плунжера замыкается через вспомогательные магнитопроводы. В измерительные магнитные элементы вследствие наличия относительно больших воздушных зазоров ответвляется только некоторая часть магнитного потока

в виде потоков рассеивания. При нейтральном положении магнитного плунжера (рис. 8-7-3, а) ответвляемые в магнитные элементы магнитные потоки имеют противоположное направление и равны по своему значению. Поэтому результирующий магнитный поток практически равен нулю. Смещение магнитного плунжера в ту или другую сторону от нейтрального положения нарушает симметрию, в результате чего магнитные элементы возбуждаются результирующим магнитным потоком (рис. 8-7-3, б). Направление магнитного потока в магнитных элементах (магнитопроводах - рис. 8-7-2) зависит от направления перемещения магнитного плунжера и его полярности.

Рис. 8-7-3. Конструктивная схема магнитного преобразовательного устройства преобразователя с магнитной компенсацией.

При нейтральном положении магнитного плунжера (рис. 8-7-3, а) токи, протекающие в обмотках возбуждения равны и противоположны по направлению, и выходной сигнал V (разность напряжений на балластных резисторах и равен нулю. При смещении магнитного плунжера (рис. 8-7-3, б) на магнитопроводы (рис. 8-7-2) действует магнитный поток постоянного магнита, который в одном магнитопроводе, например оказывает подмагничивающее действие, складываясь с магнитным потоком от обмотки возбуждения а в другом, -размагничивающее действие. Вследствие этого в магнитопроводе наступает состояние насыщения раньше, чем в магнитопроводе следовательно, значение среднего тока, протекающего через обмотку возбуждения и балластный резистор будет больше, чем в цепи Снимаемый с балластных регисторов сигнал будет пропорционален управляющему воздействию магнитного потока постоянного магнита.

Магнитные потоки обратной связи в магнитопроводах направлены навстречу магнитным потокам постоянного магнита,

Магнитный поток обратной связи в магнитопроводе направлен навстречу магнитному потоку от обмотки возбуждения а в магнитопроводе совпадает по направлению с магнитным потоком от обмотки возбуждения Работа магнитного преобразовательного устройства при управлении постоянным током обратной связи происходит аналогично управлению магнитным потоком постоянного магнита. При смещенном постоянном магните (рис. 8-7-3, б) снимаемый с балластных резисторов сигнал будет пропорционален результирующему управляющему воздействию магнитных потоков постоянного магнита и обратной связи.

Суммарное сопротивление внешней нагрузки передающего преобразователя с магнитной компенсацией, обусловленное подключением вторичного прибора, регулирующего прибора, информационно-вычислительной машины и линиями связи дистанционной передачи, не должно превышать

В качестве вторичных приборов могут быть использованы показывающие, показывающие и самопишущие миллиамперметры КПУ1, КВУ1, КСУ1, КСУ2, КСУ3 и КСУ4.

Приборы с упругими чувствительными элементами, снабженные передающими преобразователями с магнитной компенсацией, изготовляются казанским заводом «Теплоконтроль»,