Датчик для микродавления.

Индуктивные датчики относятся к классу параметрических. Измеряемое перемещение на входе датчика вызывает изменение параметров магнитной и электрической цепей, что, в свою очередь, вызывает изменение выходной величины - электрического тока I или напряжения U.

Рисунок 3.1 ─ Принцип действия датчики переменного магнитного сопротивления

Рисунок 3.1 ─ Схема трансофрматорного измерительного преобразователя

Обмотки цепи питания w₁ и w₂ одинаковы и включены таким образом, что, когда по ним протекает рабочий ток, создаваемые ими магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ направлены встречно в центральном стержне, на котором расположена выходная обмотка w₀. В этом случае выходное напряжение

,

где f - частота питающего напряжения. Если считать ток I в цепи питания постоянным, что достигается включением в цепь питания дополнительного дросселя для однотактных датчиков или соответствующим включением обмоток питания двухтактных датчиков, то магнитные потоки пропорциональны индуктивностям обмоток w₁ и w₂:

Так как в рассматриваемой конструкции преобразователя зазор остается постоянным, а якорь перемещается вдоль зазора, то значение индуктивности зависит от сечения магнитного сердечника, определяемого площадью перекрытия S стержней, которая изменяется при перемещении якоря.

В нейтральном положении при X = 0 площади перекрытия стержней равны: S₁ = S₂ = S₀, что приводит к равенству потоков: Ф₁ = Ф₂ и, следовательно, U_вых = 0.

При перемещении якоря влево на расстояние X площадь перекрытия правого крайнего стержня изменится на Δ S, и для потоков в крайних стержнях можно записать:

Выходное напряжение датчика можно описать линейной зависимостью U_вых = K Δ S = K₁X, так как площади перекрытия стержней пропорциональны перемещению якоря X, Коэффициент преобразования на основании приведенных выше выражений можно записать в виде

К достоинствам рассмотренных индуктивных трансформаторных датчиков следует отнести достаточно высокую выходную мощность, позволяющую во многих случаях обойтись без усилительных устройств; высокие чувствительность и разрешающую способность; сравнительную простоту конструкции; высокую надежность; малые массу и размеры при расчете на напряжение повышенной частоты; невысокую стоимость.

Недостатками рассмотренных измерительных преобразователей являются трудность регулировки и компенсации начального напряжения на их выходе; необходимость экранирования для уменьшения уровня помех, что обусловливает увеличение размеров и массы; возможность работы только на переменном токе; ограниченность диапазона линейной статической характеристики.

Параллельно-симметричный мост с двумя рабочими плечами и первичные измерительные преобразователи 1 и 2 включают в дифференциальную суммирующие преобразующие цепи; выделяют сигналы, пропорциональные разности и сумме и делят первую на вторую.

Напряжение, пропорциональное разности токов в преобразователях 1и 2, традиционно сменяется с измерительной диагонали моста, образованного преобразователями 1-4, а напряжение пропорциональное сумме названных токов, с зажимов преобразователя 5, включенного с источником питания 6.

При равенстве параметров преобразователей 3, 4, 5: и = = = Z – на зажимах преобразователя 5 получаем Z*i=z(i1+i2), где i – ток в диагонали питания; i1 и i2 – токи в плечах.

Рисунок 3.2 – Параметрический измерительный преобразователь в составе параллельно-симметричных мостов

Тем самым обеспечивается второй измерительный канал, «симметричный» с первым относительно нелинейной составляющей в исходной функции преобразования.

Напряжение на входах диф. усилителей 7 и 8 при высоком входном сопротивлении последних будут:

;

;

где Е - ЭДС источника питания 6; и – начальные значения параметров первичных преобразователей 1 и 2; – информативное изменение параметров и .

В итоге на выходе устройства деления 9 получаем функцию преобразования

;

При = ; = = ; = = = Z получаем = / ; т.е. результирующая функция преобразования ИМ инвариантна относительно нестабильности параметров источника питания и линейна во всем диапазоне изменения информационных параметров.

Защита от влияния электрических полей

Электрическое поле, создаваемое посторонними источниками энергии (рис. 3.3а) наводит токи в проводах измерительного контура. Эти токи через сопротивления связи , , и замыкаются на землю. Поскольку паразитные сопротивления, как правило, значительно больше сопротивлений измерительного контура, то источник помехи для рассматриваемого контура можно считать источником заданного тока i_э.

Рисунок 3.3 – (а) – Токи в проводах измерительного контура

(б) – Защита электростатическими экранами

(в) – Эквивалентная схема цепи (б)

Тогда наведённая в контуре ЭДС:

Ток i_э будет тем больше, чем больше длина линии (антенны), соединяющей преобразователь и измерительную цепь, и чем выше частота источника помехи, так как сопротивления связи, задающие ток, как правило, определяются паразитными емкостями и, следовательно, умень­шаются с ростом частоты. ЭДС е_э при прочих равных условиях будет тем больше, чем больше сопротивление параллельного соединения Z_i и R_h; поэтому наведенная ЭДС — наводка — проявляется обычно в цепях с относительно высокоомными преобразователями. Для уменьшения наводок все соединительные провода, сам преобразователь и измерительная цепь защищаются электростатическими экранами, как показано на рисунке 3.3б.

При использовании экранированных проводов следует иметь в виду,

что они. имеют относительно большую емкость между жилой и экраном (70—150 пФ/м), вследствие чего уменьшаются сопротивления Z_1э и Z_2э между жилами 1 и 2 и точкой, к которой присоединяется экран. Кроме того, экран вследствие протяженности линии имеет весьма существенную связь с землей, при присоединении экрана к кор­пусу преобразователя или измерительной цепи емкость экран — земля С_э.з шун­тирует соответствующее сопротивление связи. Поэтому вопрос о присоединении экрана к корпусу преобразователя или измерительной цепи решается исходя из кон­кретных условий так, чтобы влияние шунтирующих емкостей было минимальным. Однако чаще экран присоединяется к корпусу измерительной цепи. Корпус преобра­зователя и корпус измерительной цепи имеют обычно относительно небольшие сопротивления связи Z_пр.з и Z_изм.з относительно земли. В ряде случаев по усло­виям эксперимента или по соображениям техники безопасности один из корпусов или оба должны быть заземлены, тогда сопротивления связи определяются сопро­тивлениями заземляющих проводников и очень малы. Однако даже при отсутствии искусственного заземления корпус преобразователя почти всегда связан с землей через проводящие детали объекта, на котором он монтируется, а корпус измеритель­ной цепи, включающей усилитель, — через емкостные связи и источники питания. Эквивалентная схема цепи (рисунок 3.1.1, б) показана на рисунке 3.3 (в). В этой схеме учтены сопротивления связи Z'_пр и Z" _пр преобразователя с корпусом, сопротивления связи Z^’_изм и Z^’’_изм измерительной цепи с корпусом, сопротивления связи Z_1э и Z_2э проводов с окружающим их экраном, сопротивления связи Z_пр.з, Z_э.з и Z_изм.з с землёй, сопротивления проводов r₁ и r₂ и шины r_ш , соединяющей экраны, и сопротивление r₀ земли между точками а и б.