ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЙ. Контрольная работа. Измерение давлений

• Название: Измерение давлений
• Анкор: ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЙ
• Дата: 16.02.2023
• Размер: 0.49 Mb.
• Имя файла: Контрольная работа.docx
• Тип: Реферат; #940586
• страница: 3 из 3

4.Электрические дистанционные манометры.

Электрические дистанционные манометры предназначены для выдачи визуальной информации об измеряемом давлении на не­котором расстоянии от места, в котором производится замер. В комплект электрического дистанционного манометра обычно входят датчик и указатель, соединяемые между собой электро­проводкой, подключенной к источнику питания.

Схемы электрических дистанционных манометров могут быть трех типов:

а) схемы, в которых выходной параметр датчика R, L или С преобразуется в силу тока i, измеряемую с помощью гальвано­метра (рис.17, а);

б) схемы, в которых выходной параметр датчика R, L или С преобразуется в два тока i₁ и i₂; отношение этих токов i₁/i₂ измеряется с помощью логометра (см. рис.17,6 и 18);

в) компенсационные схемы, в которых измерение параметра R, L или С осуществляется с помощью самобалансирующего моста (см. рис. 19).



Рис.17. Схемы электрических дистанционных манометров с потенциометрическим датчиком давления:

а с магнитоэлектрическим гальванометром; б с двухрамочным магнитоэлектрическим логометром
Недостатком схемы типа, приведенного на рис.17,а, является зависимость измеряемой гальванометром силы тока i от напряжения u_o источника питания, а для схем, питаемых переменным током,— и от частоты f переменного тока.

Например, в схеме, представленной на рис.17,а, сила тока определяется уравнением

,

где R_XиR_Y сопротивление плеч потенциометра;

Rдобавочное сопротивление;

rсопротивлениерамки гальванометра.

Поскольку изменение напряжения бортовых источников пи­тания достигает ±10% от номинала, схема, представленная на рис.17, а, с измерением силы тока i не нашла практического применения. Подобные схемы могут применяться при наличии источника питания с высокой точностью стабилизации.



Рис.18. Схемы электрических дистанционных манометров с индуктивным датчиком давления:

а с магнитоэлектрическим логометром; б с ферродинамическим логометром; 1 мембрана; 2 шток; 3 якорь

Влияние изменений напряжения и частоты источника питания на результаты измерения практически исключается в логометрических и компенсационных схемах.

Наибольшее распространение получили логометрические схемы (схемы с измерением отношения токов i₁/i₂).

На рис.17,6 представлена схема электрического дистанционного манометра с потенциометрическим датчиком давления и двухрамочным магнитоэлектрическим логометром. Схема питается от источника постоянного тока напряжением 27 в. Характеристика схемы определяется уравнением

,

где R_XиR_Yпеременные сопротивления в ом;

R_1,R₂иR₃ постоянные сопротивления плеч моста в ом;

R₃=R₃’+R₃’’;

r=r₁+r_д и r₁ сопротивления рамок логометра в ом;

r_д добавочное сопротивление в ом.

Конструкция датчика давления, применяемого в схеме (см. рис.17,б), отвечает кинематической схеме, изображенной на рис. 11.

Вариант схемы электрического дистанционного манометра с индуктивным датчиком и магнитоэлектрическим логометром изображен на рис.18, а. Схема питается от источника переменного тока напряжением 36 в частотой 400 гц. Схема на рис.18, а аналогична рассмотренной на рис.17,6 различие состоит лишь в том, что вместо переменных сопротивлений R_x и R_y (см. рис.17,6) на входе схемы включены переменные индуктивности L₁ и L₂ (см. рис.18, а), а протекающие по ним переменные токи выпрямляются с помощью диодов. В остальной части схемы идентичны, обе они работают с магнитоэлектрическим логометром.

Другой вариант электрической схемы дистанционного манометра с индуктивным датчиком и ферродинамическим логометром показан на рис.18,б. Схема также питается от источника36 в 400 гц, но отличается от рассмотренной выше тем, что в качестве указателя в ней используется ферродинамический логометр переменного тока. Конструкция датчика давления, используемого в схемах на рис.18,а и б, изображена на рис.12.



Рис.19. Компенсационная схема электрического дистанционного манометра

В рассмотренных на рис.17,6 и 18 схемах с логометрами величина измеряемого отношения токов i₁/i₂ не зависит от режимов питания, поскольку при изменении напряжения и ча­стоты оба тока i₁ и i₂ изменяются в одинаковой степени.

Компенсационные схемы в большинстве своем являются самобалансирующимися мостовыми схемами, в одно или два .пле­ча которых включены переменные сопротивления, индуктивности или емкости, а напряжение, снимаемое с диагонали моста, по­дается через усилитель на малоинерционный электродвигатель, непрерывно поддерживающий мост в состоянии равновесия путем вращения через редуктор компенсирующего электрического пре­образователя (потенциометрического, индуктивного, емкостного), также включенного в одно или два плеча моста. На рис.19 по­казан вариант компенсационной схемы с потенциометрическими преобразователями. Выходной величиной служит угловое пере­мещение  вала двигателя или выходной оси редуктора, связан­ной с электрическим преобразователем. Характеристика компенсационной схемы вытекает из условия равновесия моста. Для самобалансирующейся мостовой схемы (см. рис.19) с потенциометром на входе и потенциометром на выходе условие равновесия

,

где R_Xсопротивление одного из плеч выходного потенциометра;

R_П полное сопротивление входного потенциометра;

_М максимальное значение угла .

Отсюда характеристика схемы

.

Компенсационные схемы могут работать как на постоянном токе, так и на переменном. Применение переменного тока пред­почтительнее по двум причинам: во-первых, усилители переменного тока не имеют дрейфа нуля, свойственного усилителям постоянного тока и, во-вторых, двигатели переменного тока проще и надежнее двигателей постоянного тока.

В результате сопоставления характеристик рассмотренных схем можно сделать некоторые выводы о рациональных областях их применения. В схемах с гальванометром (см. рис.17, а) сила тока зависит от напряжения источника питания. В логометрических и компенсационных схемах (см. рис.17, 6, 18 и 19) выходные величины i₁/i₂ и  не зависят от напряжения. Следовательно, при использовании датчиков с параметрическим выходом (R, L или С) целесообразно применять логометрические или компенсационные схемы, учитывая при этом, что компенса­ционные схемы дают более высокую точность, но более сложны, чем логометрические. Принципиально возможно и применение схемы с измерением силы тока, но при этом для исключения погрешностей, вызванных изменением напряжения источника пи­тания, необходима точная стабилизация напряжения.

1.Указатели электрических дистанционных манометров

В зависимости от типа выбранной электроизмерительной схемы указатель дистанционного манометра может представлять собой гальванометр, логометр или следящий электропривод. Поскольку на летательных аппаратах преимущественное примене­ние нашли логометрические дистанционные манометры, ограничимся рассмотрением схем и конструкций указателей логометрического типа. На рис.20, и показан указатель электрического дистанционного манометра, содержащий магнитоэлектрический логометр и электрические сопротивления R₁, R₂,Rз’, R₃’ и R_д, входящие в схему рис. 17, б.

Конструктивная схема магнитоэлектрического логометра показана на рис.20, б. Логометр имеет две неподвижные прямоугольные проволочные рамки 3 и 10, расположенные под углом 120° и охватывающие медный корпус успокоителя 1, внутри которого помещена подвижная система, состоящая из постоянного магнита 2, связанного с указывающей стрелкой 5. Ось 9 подвиж­ной системы имеет с обоих концов керны 11, опирающиеся на подпятники 6. Рамки помещены внутрь цилиндрического пермаллоевого экрана 8, защищающего подвижную систему от внешних магнитных полей.



Рис.20. Конструкция указателя электрического дистанционного манометра с магнитоэлектрическим логометром:

а указатель; б логометр; 1 медный корпус магнитного успокоителя; 2 подвижный магнит; 3 внутренняя рамка; 4 неподвижный постоянный магнит; 5 стрелка; 6 корундовые подпятники; 7 мостик; 8 экран из пермаллоя; 9 ось подвижной системы; 10 внешняя рамка; 11 керн оси подвижной системы; 12 логометр; 13 хомут; 14 основание; 15 шкала; R₁, R₂, R’₃, R’’₃ и R_Дкатушки сопротивления

Рамки логометра при протекании по ним токов i₁ и i₂ создают два направленных под углом 120° магнитных поля, замыкающихся через экран. Для приведения стрелки на нуль при отключении питания в логометре имеется неподвижный постоянный магнит 4, создающий слабое магнитное поле напряженностью H.

Длина подвижного магнита значительно меньше диаметра экрана. Поэтому в рабочей зоне, где поле взаимодействует с по­движным магнитом, магнитные поля каждой из рамок можно охарактеризовать векторами напряженности Н₁ и H₂, направлен­ными по осям АА' и ВВ' под углом 120° по отношению друг к другу (рис.21).

Величина векторов напряженности

H₁=i₁ ; H₂=i₂ ,

где   число витков каждой из рамок.

Напряженность результирующего магнитного поля в рабочей зоне определяется геометрической суммой векторов

.

Подвижный магнит вместе с указывающей стрелкой располагается по направлению вектора (если не учитывать влия­ние H).

Если принять за начало отсчета ( = 0) напряжение, совпадающее с осью вектора Н₁, то текущий угол  отклонения стрелки определится из уравнения

,

где угол между рамками (=120).

Заменяя , находим

=arctg ,

где

.



Рис.21. К выводу уравнения магнитоэлектрического логометра с подвижным магнитом:

а сечение логометра, б векторная диаграмма напряженности поля

Уравнение (18) и является характеристикой магнито-электрического логометра с подвижным магнитом, входной величиной которого является , а выходной .

Стрелка расположена посредине шкалы (=60) при равенстве токов в рамках ( i₁=i₂=i₃ ).

При этом составляющие напряженности магнитного поля H₁=H₂= (D внутренний диаметр экрана ), а результирующая напряженность

. (19)

Рассматривая систему «подвижный магнит— магнитное поле» как «магнитную пружину», можно представить логометр как динамическое колебательное звено с передаточной функцией

, (20)

где С_ж угловая жесткость «магнитной пружины», равная С_Ж=Нm_м (Ннапряженность результирующего магнитного поля внутри логометра; m_ммагнитный момент подвижного магнита);

К_Д коэффициент демпфирования;

J момент инерции подвижной системы.



Рис.22. Конструкция указателя с ферродинамическим логометром:

1 стрелка; 2 подпятник; 3 циферблат; 4 подшкальник; 5 магнитодержатель; 6 стойка; 7 магнитопровод; 8 накладка; 9 основание; 10 вилка; 11 окно; 12 стекло; 13 корпус; 14 катушка; 15 ось; 16 катушка возбуждения; 17 магнит; 18 лепесток; 19 термосопротивление

Конструкция указателя с ферродинамическим логометром приведена на рис. 22, а схема магнитопровода этого логометра показана на рис.23.

Подвижная рамка 2 подвержена действию двух механических моментов М₁ и М₂. Момент М₁, который условно назовем вращающим, создается за счет взаимодействия электрического тока i₂, протекающего по рамке 2, с магнитным полем, создаваемым в рабочем зазоре током i₁ катушки возбуждения 1, Момент М₂, являющийся противодействующим, образуется в результате стремления рамки 2 втянуть в себя железный сердечник.

Направление витков рамки 2 выбирается таким образом, чтобы момент М₁ был направлен навстречу моменту М₂. Тогда положение равновесия подвижной системы логометра будет определяться равенством М₁=M₂.

Для определения характеристики ферродинамического логометра положим, что токи i₁ и i₂ синфазны (это условие является необходимым для правильной работы логометра):

i₁₌I₁sin2t;

i₂₌I₂sin2t,

где I₁ и I₂  амплитудные значения токов;

  частота переменного тока.



Рис.23. Схема магнитопровода ферродинамического логометра:

1 катушка возбуждения; 2 рамка

При ненасыщенном магнитопроводе магнитная индукция поля, создаваемого в. рабочем зазоре током i₁, пропорциональна величине этого тока и, кроме того, зависит от угла  поворота рамки 2. Вращающий момент определяется при этом выражением

М₁=Ф₁()i₁i₂=Ф₁()I₁I₂sin²2t.

Противодействующий момент пропорционален квадрату силы тока i₂ и зависит также от угла :

М₂=Ф₂()i₂²=Ф₂()I₂²sin²2t.

Приравнивая М₁=М₂,,получим условие равновесия в виде

Ф₁()I₁I₂sin²2t=Ф₂()I₂²sin²2t,

Откуда



или

.

Полученное выражение показывает, что при ненасыщенном магнитопроводе и синфазных токах i₂ и i₁ угол  поворота подвижной системы ферродинамического логометра является функцией отношения амплитудных значений этих токов.

2. Погрешности электрических дистанционных манометров

Погрешности электрических дистанционных манометров складываются из погрешностей, вносимых датчиком давления, электрической схемой и указателем.

Погрешности, вносимые электрической схемой, возникают при изменении температуры окружающей среды. Оценка величины этих погрешностей ведется путем анализа уравнения электрической схемы. Температурные погрешности могут быть уменьшены введением в схему термокомпенсаторов. Погрешности, вносимые указателем, в основном следующие:

а) погрешности, обусловленные действием на подвижную систему моментов вредных сил — сил трения и небаланса. В логометрах с подвижным магнитом вредные моменты могут создаваться, также вследствие взаимодействия между подвижным магнитом и экраном при эксцентриситете, эллиптичности, неоднородности материала и других дефектах экрана;

б) погрешность от люфтов в опорах указателя;

в) погрешность от магнитного гистерезиса в материале экрана логометра с подвижным магнитом. Эта погрешность умень­шается при использовании для экранов пермаллоя с большим содержанием никеля.

5. 
   Заключение
   

Наряду с манометрами и манометрическими пилотажно-навигационными приборами, информация которых воспринимается и обрабатывается человеком, на летательных аппаратах широко применяются датчики, преобразующие давление в электрический сигнал, используемый в системах автоматического управления и в вычислительных устройствах; датчики давления входят также составной частью в комплект электрических дистанционных манометров.


6.Литература

Браславский Д. А. Приборы и датчики летательных аппаратов: Учебник для втузов. М.: Машиностроение, 1970. 392 с.; 22 см.