17. Дифференциально-трансформаторные преобразователи.

Дифференциально-трансформаторные преобразователи (ДТП) используют при необходимости измерения технологических параметров дистанционно.

Передающий “ДТП” соединяют со вторичным прибором четырех-проводной линией связи. ДТП работает следующим образом.

Рис.11.

Измерительный элемент 1 соединяют со стальным плунжером 2, который может перемещаться внутри катушки.

Катушка имеет одну первичную обмотку “3” и две вторичных “4”. Вторичные обмотки включены встречно, следовательно, наведенные в них э.д.с. наводятся в результате подачи ~ тока в первичную обмотку.

При симметричном расположении плунжера 2 относительно секций вторичной обмотки магнитный поток верхней и нижней секций будет одинаковым.

Поэтому наведенная э.д.с. l1=l2 , а напряжение на входных клеммах равно нулю. Перемещение плунжера 2 вверх вызывает увеличение потока - сцепления между первичной обмоткой и одной из вторичных.

Потокосцепление обмотки, из которой выходит плунжер, уменьшается.

Изменение потокосцепления приводит к тому, что э.д.с. обмотки, в которую входит плунжер, увеличивается, а э.д.с. обмотки, из которой выходит плунжер, уменьшается.

На клеммах появляется напряжение, пропорциональное перемещению плунжера.

При дистанционной передаче ДТП встраивают в первичный прибор и соединяют с вторичным прибором.

На схеме видно, что первичные обмотки преобразователей соединены встречно. Напряжения, снятые с них, находятся в противофазе, поэтому результирующее напряжение, поданное на вход усилителя ЭУ, будет равно

Если плунжеры преобразователей первичного прибора и преобразователя вторичного прибора находятся в одинаковых положениях относительно вторичных обмоток, то напряжения “” и “” равны, поэтому напряжение , поданное на вход усилителя, равно нулю.

Изменение контролируемого параметра вызывает перемещение плунжера преобразователя первичного прибора.

При рассогласованных положениях плунжеров в катушках первичного и вторичного приборов на вход усилителя ЭУ будут подаваться напряжения .

Значение и фаза напряжения зависят от значения и направления перемещения плунжера первичного прибора (~). Переменное напряжение , усиленное электронным усилителем ЭУ, приведет во вращение реверсивный двигатель РД, который переместит стрелку вторичного прибора, а с помощью профильного лекала - плунжер компенсирующего преобразователя.

Направление перемещения стрелки, плунжера и вращения двигателя зависят от фазы напряжения.

Плунжер будет перемещаться до момента согласования положения с плунжером ДТП.

Таким образом, напряжение является функцией линейного перемещения сердечника и его фаза - функцией направления перемещения от среднего положения.

ДТП (дифференциально-трансформаторные преобразователи) комплектуются манометры, дифманометры и другие измерительные приборы

19.Термоэлектрические термометры и вторичные приборы для работы с ними

В промышленности строительных материалов для измерения температуры часто применяют термоэлектрические термометры (термопары), проводники которых (термоэлектроды) изготавливают из специальных сплавов: хромель-копель - условно обозначают ТХК (до 600 );

хромель-алюмель ТХА (до 1000);

платина-платинородий - ТПП (до 1600).

П

ринцип работы термоэлектрического термометра состоит в следующем. Если составить замкнутую цепь из двух разнородных проводников и нагреть один ее спай, то в цепи возникнет электрический ток.

Рис.24. Схема термоэлектрической цепи

Замкнутая электроцепь, состоящая из двух разнородных проводников- (термоэлектродов А и В) - образует термоэлемент (термопару). Спай, погружаемый в измеряемую среду, называется рабочим или горячим спаем термоэлектрического термометра; второй спай носит название свободного, или холодного.

Ток в ТЭ термометре появляется за счет того, что в межмолекулярном пространстве любого проводника имеются свободные электроны, число которых в единице объема материала зависит от рода проводника и от его температуры. С увеличением t число свободных электронов увеличивается, однако у различных проводников увеличение числа электронов с повышением t будет различным.

Если соединить два разнородных металла, то начнется взаимное проникновение свободных электронов каждого металла. Из проводника с большим числом свободных электронов их будет переходить больше, чем из проводника с меньшим числом свободных электронов.

Между свободными концами проводников появится разность потенциалов, возникнет э.д.с.

С увеличением t число взаимнопроникающих электронов увеличится, а, следовательно, возрастет э.д.с.

Таким образом, если для ТЭ термометра экспериментально, т.е. путем градуировки, найдена зависимость между t и э.д.с., то измерение неизвестной t сводится к определению э.д.с. ТЭ термометра.

Значение э.д.с. невелико и составляет 0,01-0,06 мВ на 1, но достаточно, для измерения измерительным прибором.

При введении в цепь ТЭ термометра третьего проводника, концы его которого имеют одинаковую t, э.д.с. его не изменится.

Рис.25.Схема включения термо-электрического термометра

Поэтому включение в цепь ТЭ термометра соединительных проводов и измерительных приборов не отражается на точности измерения.

ТЭ термометр градируется при t свободного спая t = 0.

В действительности же t ТЭ термометра обычно отличается от 0, поэтому для нахождения действительной t вводят поправку по уравнению

где - э.д.с., развиваемая, ТЭ термометром при температурах рабочего t и свободного = 0 спаев;

- э.д.с., развиваемая ТЭ термометром при t рабочего и свободного t₀ спаев;

- э.д.с., развиваемая ТЭ термометром при t рабочего и свободного спаев.

К

онструктивно ТЭ термометр представляет собой две проволоки 1 из разнородных металлов, нагреваемые к

Рис.26.

онцы которых скручивают, а затем сваривают. Термоэлектроды изолируют фарфоровыми трубками 2 и помещают в защитный чехол 3. Для изготовления ТЭ термометров используют проволоку d=0,53,2 мм. Защитные чехлы для t до 1000СЧ изготовляют из стали, а для более высоких температур - из фарфора.

Для определения t в месте установки ТЭ термометра необходимым вторичным прибором измерить развиваемую этим термометром э.д.с. В качестве вторичных приборов для работы с ТЭ термометрами применяют милливольтметры или автоматические компенсаторы (потенциометры).

П

ринцип действия милливольтметра основан на взаимодействии тока, протекающего по рамке под действием э.д.с. ТЭ термометра, с магнитным полем постоянного магнита, в котором эта рамка помещена.

Рамка прибора 2 состоит из витков тонкой изолированной проволоки и находится между полюсами постоянного магнита 1. Когда по рамке протекает постоянный ток, в ней создается магнитное поле.

С

Рис.27.

хема милливольтметра

При взаимодействии этого поля с полем постоянного магнита возникает сила, поворачивающая рамку. Рамка соединена со стрелкой 3 и может поворачиваться вокруг сердечника 4, который соединен с противодействующей пружиной 5.

Милливольтметры градуируют вместе с тем ТЭ термометром, с которым он будет работать (например, с хромель-копелевым, тогда на шкале прибора стоит индекс Гр ХК). Сопротивление соединительных приборов обозначается на шкале Rвн и может быть равно 5, 15, 20 Ом. ТЭ термометр делают достаточно длинным , и свободный спай выносят за пределы измеряемого пространства.

Для удлинения электродов ТЭ термометра применяют компенсационный провод, который представляет собой изолированный провод с двумя жилами, изготовленными из тех же сплавов, что и электроды термометра, или из материалов, которые в паре с материалом термометра при t до 100 не развивают э.д.с., искажающую показания приборов.

Например: в компенсационном проводе для платина-платинородиевого термопреобразователя одна жила изготавливается из меди, а вторая из медно-никелиевого сплава.

Наиболее совершенным и точным для измерения малых э.д.с. является компенсационный метод измерения.

Принцип компенсационного метода измерения э.д.с. заключается в уравновешивании неизвестной измеряемой э.д.с. заранее известной разностью потенциалов, образованной вспомогательным источником тока.

Д

ля измерения малых э.д.с. компенсационным методом применяют приборы, называемые потенциометрами или компенсаторами.

С

Рис.28.

хема измерения э.д.с. компенсационным методом

Принцип измерения э.д.с. компенсационным методом следующий:

Источник тока подключен к реохорду. Встречно через миллиамперметр или гальванометр, называемый нуль-прибором НП, к реохорду подключен термоэлектрический термометр.

При некотором положении ползунка, когда напряжение между () А и В реохорда точно равно э.д.с. термометра, ток в цепи нуль-прибора будет равно нулю.

По положению ползунка можно определить измеряемую э.д.с.

Таким образом, если с осью ползунка П связать стрелку С, она на градуированной шкале в момент, когда ток через нуль-прибор не протекает, будет показывать э.д.с. в милливольтах или температуру в градусах.

При таком методе измерения сопротивление соединительных проводов, переходных контактов и самого нуль-прибора не оказывает влияния на результат измерения, так как отсчет производится при полной компенсации, когда ток в измерительной цепи равен нулю.