Электрические датчики неэлектрических величин

Индуктивные и трансформаторные датчики нашли  широкое применение для измерения перемещений, деформаций, контроля размеров и т. п.

Магнитоупругие датчики.

Если на ферромагнитный материал воздействует механическое усилие, то меняется его магнитная проницаемость  μ_а. Это явление, называемое магнитоупругим эффектом, используется в датчиках для измерения статических, знакопеременных и быстро изменяющихся механических нагрузок.

Рисунок 9. Магнитоупругие датчики больших  усилий.

В магнитоупругих датчиках (рис. 9, а и б) при изменении силы Р изменяется магнитная проницаемость μ_а материала магнитопровода и, следовательно, индуктивное сопротивление обмотки. В датчиках (рис. 9, а и б) за счет изменения магнитной проницаемости изменяется взаимная индуктивность обмоток и, следовательно, выходное напряжение U₂.

Для увеличения чувствительности желательно, чтобы  материалы имели высокую проницаемость  μ_а и малую индукцию насыщения. Поэтому для таких датчиков широко применяется пермаллой. С целью увеличения чувствительности магнитопровод датчика выполняется без зазоров. В некоторых исполнениях датчика тонкая пластина пермаллоя с обмоткой приклеивается к детали так же, как тензо-датчик.

Погрешности датчика вызываются колебаниями  питающего напряжения (изменяются начальное значение μ_а и магнитоупругий эффект), температуры (изменяются сопротивления обмотки и магнитоупругий эффект) и магнитоупругий гистерезисом.

Для снижения погрешности от колебаний напряжения устройства с магнитоулругим датчиком должны питаться от стабилизированных  источников питания. Для компенсации температурной погрешности в одно плечо моста включается датчик, подвергающийся воздействию контролируемой силы, в другое — компенсационный, имеющий точно такие же параметры, но не подвергающийся воздействию. При изменении внешней температуры одинаково изменяются активные сопротивления датчиков. Поскольку эти датчики включены в схему моста, изменение их активного сопротивления не сказывается на работе всего измерительного канала.

Погрешности за счет магнитоупругого гистерезиса могут достигать 4 % и вызваны тем, что одному и тому же значению воздействующей силы соответствует различное значение магнитной проницаемости. Для уменьшения этой погрешности выбирается материал с узкой петлей гистерезиса. Напряженность магнитного поля должна приближаться к напряженности насыщения. Максимальная механическая нагрузка не должна превышать 1/6—1/7 предела упругости.

Индукционные датчики.

Если изменяется потокосцепление, связанное с проводником или катушкой, то в них возникает ЭДС. Это происходит при движении проводника в магнитном поле или магнитного поля, пересекающего неподвижный проводник. ЭДС индукции возникает и тогда, когда потокосцепление изменяется в результате изменения магнитной проводимости. Эти явления лежат в основе работы индукционных датчиков.

Индукционные  датчики часто используются как  датчики скорости. Если использовать дифференцирующие и интегрирующие цепочки, то можно получить выходные величины, пропорциональные ускорению и перемещению.

Рисунок 10. Простейший индукционный датчик скорости линейного перемещения.

Выходной сигнал снимается с обмотки, в которой наводится ЭДС E=B_lwv, где В – индукция, создаваемая в рабочем зазоре кольцевым постоянным магнитом; l – длина витка перемещающейся измерительной обмотки; w – число витков; v – скорость перемещения измерительной обмотки. Чувствительность датчика S=B_lw может быть увеличена за счет увеличения индукции и числа витков. Для получения сигнала, пропорционального перемещению, сигнал с обмотки интегрируется с помощью цепочки RC. При интегрировании с малой погрешностью постоянная времени T=RC берется достаточно большой и сигнал уменьшается в сотни раз.

Для контроля частоты вращения используются датчики в виде тахогенераторов  и импульсных индукционных датчиков. Тахогенератор постоянного тока может представлять собой генератор малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов. ЭДС на выходе такого генератора пропорциональна частоте его вращения n:

E=κn.

Для повышения линейности выходной характеристики сопротивление  нагрузки должно быть возможно больше (уменьшается реакция якоря). Переходное сопротивление щеток также вносит существенную погрешность.

 

 

Более надежны асинхронные  тахогенераторы.

Рисунок 11. Асинхронный  тахогенератор переменного тока.

Обмотка статора 1 питается от источника переменного тока частотой 400-500 Гц. Обмотка 2 неподвижна и сдвинута относительно обмотки 1 на 90°. Полый алюминиевый ротор 3 связан с валом, скорость которого контролируется.

При неподвижном роторе пульсирующий поток от обмотки 1 не вызывает ЭДС в выходной обмотке, так как оси обмоток сдвинуты на 90°. При вращении ротора 3 в нем возникают ЭДС и токи резания, пропорциональные частоте вращения. Эти токи создают поперечное магнитное поле, изменяющееся с частотой питания. Возникающая в обмотке 2 под действием магнитного поля ротора ЭДС имеет амплитуду, пропорциональную угловой скорости ротора: E≡ω

Достоинством  такого датчика является отсутствие щеток и неизменность частоты выходного сигнала.

Если обмотку 1 питать от сети постоянного тока, то обмотка 2 выдает ЭДС, пропорциональную угловому ускорению вала.

На рис. 12 показан импульсный индукционный дат чик.

На вращающемся валу укреплен выступ из магнитомягкой стали. При прохождении выступа мимо рабочего зазора магнитное сопротивление R_м для потока постоянного магнита резко уменьшается.

 

Рисунок 12. Импульсный индукционный датчик.

При нарастании потока появляется первый импульс ЭДС  в выходной обмотке. При спадании потока – второй. За один оборот появляется два импульса ЭДС. Число импульсов в единицу времени считывается измерительным устройством. Достоинство датчика – в точности, не зависящей от качества выполнения магнитной системы, старения постоянного магнита, расстояния между валом и магнитом и других факторов. Источником погрешности для первых двух типов датчиков является изменение сопротивления обмоток под действием температуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В заключении хотелось бы отметить, что  контакторы имеют очень широкую  область применения. Наиболее широко применяются одно- и двухполюсные контакторы постоянного тока и трёхполюсные контакторы переменного тока. К контакторам из-за частых коммутаций (число циклов включения-выключения для контакторов разной категории изменяется от 30 до 3600 в час) предъявляются повышенные требования по механической и электрической износостойкости. В отличие от автоматических выключателей контакторы могут коммутировать только номинальные токи, они не предназначены для отключения токов короткого замыкания. Как правило, контакторы применяются для коммутации электрических цепей при напряжении до 660В и токах до 630А.

Основные области применения контакторов: управление мощными электродвигателями (например на тяговом подвижном составе: Электровозах, тепловозах, электропоездах, лифтах), коммутация цепей компенсации реактивной мощности, коммутация больших постоянных токов.

Контакторы применяются для  управления и автоматизации различных  жилых, офисных, промышленных и других помещениях. Они управляют осветительными, обогревательными и вентиляционными  устройствами, лифтами, отопительными  насосами и иными устройствами в  силовых цепях постоянного и  переменного тока с напряжением  до 380 В и частотой 50 Гц. Контакторы широко применяются при электромонтажных работах.

Контактор не может защитить электрические  цепи от перегрузочных режимов, так  как у них нет защитных элементов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемых источников

 

1. А.А. Чунихин «Электрические аппараты».
2. С.И. Лезнов, А.А. Тайц «Обслуживание электрооборудования электрических станций и подстанций» – М. «Высшая школа».
3. Л.С. Цейтлин «Электропривод, электрооборудование и основы управления».
4. Wikipedia.org