Microsoft Word - C05_Traductoare de deplasare de tip transformator

Transcriere

1 Traductoare de deplasare de tip transformator Traductoare parametrice. Principiul de funcţionare: Modificarea inductivităţii mutuale a unor bobine cu întrefier variabil sau constant. Ecuaţia care exprimă tensiunea electromotoare secundară a unui transformator: (15) este fluxul magnetic produs de înfăşurarea primară ce străbate înfăşurarea secundară:

2 (16) este curentul din primar; - numărul de spire al primarului; - reluctanţa magnetică pe calea de închidere a fluxului; - numărul de spire al secundarului; - frecvenţa tensiunii alternative de alimentare. Din relaţiile (15) şi (16) rezultă că tensiunea de ieşire a unui traductor de tip transformator poate fi modificată dacă deplasarea măsurată cauzează: - modificarea reluctanţei magnetice a circuitului magnetic; - modificarea fluxului care străbate bobina secundară (prin deplasarea acestei bobine fără modificarea reluctanţei magnetice totale a circuitului).

3 Traductoarele de tip transformator pot fi utilizate pentru măsurarea deplasărilor liniare sau unghiulare. 1 w1 w2 E1 U~ x1 x2 Ue E2 2 Fig. 17 Traductor de deplasare de tip transformator în montaj diferenţial

4 Bobinele primare identice cu spire ale traductorului se conectează în serie adițional astfel ca fluxurile magnetice produse de ele să aibă sensurile indicate în fig. 17. În consecinţă: - tensiunile magnetomotoare primare vor fi egale; - valorile fluxurilor magnetice vor depinde de reluctanţa magnetică a circuitului respectiv, deci de poziţia armăturii mobile, relaţia (16). În înfăşurările secundare apar tensiunile electromotoare: (17) (18)

5 Dacă armătura mobilă ocupă poziţia de simetrie:,,., Înfăşurările secundare se conectează în opoziţie, deci se obţine: Dacă poziţia armăturii mobile se schimbă: (19),,.,

6 Înfăşurările secundare fiind conectate în opoziţie, la bornele de ieşire se va obţine o tensiune electromotoare dependentă de valoarea şi sensul deplasării față de poziţia de simetrie. 4 2 X 3 1 Fig. 18. Traductor de deplasare liniară de tip transformator solenoidal

7 Un asemenea traductor conţine o armătură mobilă feromagnetică (1), o carcasă (2) pe care sunt bobinate câte două înfăşurări primare identice (3) şi două înfăşurări secundare identice (4). Înfăşurările primare alimentate de la o sursă de tensiune alternativă stabilizată sunt legate în serie adiţional iar înfăşurările secundare sunt legate în serie diferenţial, conform schemei prezentată în figura 19. U~ * * * * E1 E2 Ue x = 0 x > 0 x < 0 Fig. 19. Schema de utilizare a traductorului transformator solenoidal de tip diferenţial

8 Ue E1 E2 Ue t x = 0; E1=E2; Ue = 0 a) Ue E1 Ue E2 t x > 0; E1>E2; Ue 0 b)

9 Ue E2 E1 Ue t x < 0; E1<E2; Ue 0 c) Fig. 20 Graficul tensiunilor, şi Dacă armătura mobilă ocupă poziţia de mijloc, pentru 0, inductivităţile mutuale dintre primare şi secundare vor fi aceleaşi şi în înfăşurările secundare se induc tensiunile electromotoare alternative care, conectate în opoziţie, dau naştere la un semnal de ieşire 0, figura 20 a.

10 Dacă poziţia armăturii mobile se schimbă 0, se modifică coeficienţii de inductivitate mutuală, iar valorile tensiunilor electromotoare alternative secundare vor fi diferite,. Ţinând cont de sensurile deplasării x ale armăturii mobile menţionate în figura 3.19: - pentru 0, şi 0 (fig. 20, b); - pentru 0, şi 0 (fig. 20, c). La ieşirea traductorului transformator de tip solenoidal diferenţial se obţine un semnal cu faza tensiunii de ieşire celei mai mari. Faza tensiunii alternative de ieşire se schimbă cu 180, atunci când armătura mobilă trece prin poziţie mediană.

11 În figura 21 este prezentată caracteristica statică a traductorului de deplasare de tip transformator în montaj diferenţial. Ue x Fig. 21. Caracteristica statică traductorului transformator diferenţial

12 În figura 22 se prezintă o altă variantă constructivă pentru un traductor de deplasare de tip transformator solenoidal. Traductoarele realizate cu un astfel de element sensibil se numesc transformatoare diferenţiale liniare variabile (TDLV). Fig. 22. Transformator diferenţial liniar variabil - TDLV

13 Elementul sensibil este compus dintr-o bobină primară şi două bobine secundare plasate simetric într-o carcasă cilindrică. În interiorul bobinelor se află un miez magnetic deplasabil pe distanţa x, care asigură închiderea fluxului magnetic (Nyce, 2004). Bobina primară este alimentată de la o sursă externă de curent alternativ, iar în bobinele secundare se induc tensiunile şi. Întrucât bobinele secundare sunt legate în serie diferențial, tensiunile induse şi sunt în opoziţie de fază. Astfel, la ieşire se obţine tensiunea. Diferenţa este nulă,, când miezul se află în centrul bobinei, poziţie considerată de zero, 0.

14 Performanţele specifice traductoarelor cu miez mobil de tip TDLV: - lipsa frecărilor la deplasarea miezului, de unde durata de viaţă foarte mare, moment de inerţie redus, fiabilitate ridicată, robusteţe; - rezoluţie şi reproductibilitate foarte bune; - insensibilitate la deplasări radiale ale miezului; - posibilitatea de protecţie a bobinei de medii corosive, cu presiune ridicată şi temperaturi înalte, etc.: - asigurarea separării galvanice; - posibilitatea de a optimiza factorul de calitate. Traductoarele de deplasare de tip transformator pot fi realizate şi în alte variante constructive. În figura 23 este prezentată schiţa constructivă a unui traductor transformator cu parametrii magnetici distribuiţi.

15 A 1 O 2 U~ A 3 Ue~ x O Fig. 23. Traductor transformator cu parametrii magnetici distribuiţi (1) - circuit feromagnetic; (2) înfăşurarea de excitaţie; (3) înfăşurarea de măsură.

16 După cum se constată, fluxul magnetic creat de înfăşurarea de excitaţie se repartizează aproximativ uniform de-a lungul barelor circuitului feromagnetic, deci şi pe lungimea întrefierului, motiv pentru care aceste traductoare de tip transformator sunt denumite cu parametrii magnetici distribuiţi. Spre deosebire de traductoarele de tip transformator precedente, la acest traductor circuitul feromagnetic este desfăşurat în lungime, întrefierul fiind constant =cst. În consecinţă, fluxul în barele feromagnetice (1) va varia proporţional cu deplasarea x. Fluxul magnetic va fi minim în secţiunea maxim în secţiunea, pentru., poziţia 0, şi

17 În înfăşurarea secundară (3) (înfăşurarea de măsură), deplasabilă de-a lungul unui conductor magnetic, în limitele 0 şi, se induc tensiuni electromotoare proporţionale cu poziţia bobinei conform relaţiei (15). Caracteristica statică a unui asemenea traductor are forma dreptei din figura 24 şi poate fi exprimată prin relaţia: (20) Traductorul transformator cu parametrii magnetici distribuiţi posedă o caracteristică liniară, într-un domeniu larg al deplasărilor, de ordinul zecilor de cm şi chiar mai mare, deci este util pentru măsurarea deplasărilor mari.

18 Ue U0 x Fig. 24 Caracteristica statică a traductorului transformator cu parametrii magnetici distribuiţi Un traductor de tip transformator cu parametrii magnetici distribuiţi sensibil la sensul deplasării este prezentat în figura 25.

19 2 1 3 Ue x 2 U~ Fig. 25. Traductor transformator de tip diferenţial cu parametrii magnetici distribuiţi Sunt reunite două traductoare de tip transformator cu parametrii magnetici distribuiţi elementare cu circuitul feromagnetic (1) comun.

20 Înfăşurările primare (2) identice sunt alimentate la tensiunea alternativă astfel încât să genereze în circuitul feromagnetic (1) fluxuri magnetice de sensuri contrare. În poziţia mediană a înfăşurării secundare de măsură (3), pentru 0, tensiunea de ieşire 0. Pentru altă poziţie a înfăşurării secundare de măsură (3), 0, se va obţine o tensiune de ieşire 0 dependentă, ca valoare şi fază, de această poziţie conform caracteristicii statice din figura 21. În figura 26 se prezintă soluţia constructivă a unui traductor de tip transformator cu parametrii magnetici şi electrici distribuiţi.

21 Ue U~ 4 1 Fig. 26. Traductor transformator diferenţial cu parametrii magnetici şi electrici distribuiţi Se observă că la acest tip de traductor transformator atât întrefierul cât şi înfăşurarea de măsură sunt uniform repartizate.

22 Armătura mobilă este constituită din piesa feromagnetică (4) care se deplasează de-a lungul întrefierului circuitului feromagnetic (1) şi a bobinei de măsură (3). Dacă fluxurile magnetice generate de cele două bobine de excitaţie (2) sunt în opoziţie şi dacă înfăşurarea (3) este uniform repartizată, atunci, în poziţia mediană a armăturii mobile (4), pentru 0, tensiunile induse în cele două semibobine formate vor fi egale şi la ieşirea traductorului se obţine tensiunea 0. Prin deplasarea armăturii mobile, în stânga sau în dreapta acestei poziţii, una din tensiuni va creşte, cealaltă va scădea, deci la ieşire se obţine o tensiune cu faza şi amplitudinea dependentă de poziţia armăturii mobile (4) conform caracteristicii statice din figura 21.

23 Pentru traductoarele de deplasare de tip transformator diferenţial prezentate expresia caracteristicii statice este dată de relaţia unde K este sensibilitatea traductorului. (3.21) Traductoarele de tip transformator pot fi utilizate şi pentru măsurarea deplasărilor unghiulare. În figura 27 se prezintă schema de principiu a unui traductor transformator diferenţial pentru măsurarea deplasărilor unghiulare mici, cel mult de ordinul gradelor.

24 r l w2 w1 w2 E2 U~ E1 Ue ~ Fig. 27. Traductor transformator de tip diferenţial pentru deplasări unghiulare

25 Înfăşurarea primar cu spire, alimentată la tensiunea alternativă, induce în cele două înfăşurări secundare, cu acelaşi număr de spire, tensiunile electromotoare şi, a căror valoare depinde de inductivitatea mutuală existentă între aceste înfăşurări şi înfăşurarea primar: În relaţiile (22) şi (23): 22) (23) ω este pulsaţia tensiunii alternative, I - curentul efectiv din înfăşurarea primară, şi - coeficienţi de inductivitate mutuală între înfăşurarea primar şi cele două înfăşurări secundare.

26 Coeficienţii de inductivitate mutuală şi pot fi exprimaţi prin relaţiile: În relaţiile (24) şi (25): (24) (25) este o constantă de proporţionalitate, dependentă de datele constructive electrice şi geometrice; şi - suprafeţele de acoperire a pieselor polare, de către armătura mobilă, de rază r. Se notează cu suprafaţa corespunzătoare unghiului de rotire, când, pentru un unghi mic de deplasare, cu notaţiile din figura 27, se poate scrie:

27 = (26) = (27) În relaţiile (26) şi (27), h este grosimea pachetului de tole. Montând cele două tensiuni electromotoare şi în opoziţie, pentru tensiunea de ieşire se obţine, cu considerarea relaţiilor (22) (27): = (28) În relaţia (3.28), este sensibilitatea traductorului.

28 Ue Domeniu liniar Fig. 28. Caracteristica statică a traductorului transformator pentru deplasări unghiulare Caracteristica statică a traductorului de tip transformator pentru deplasări unghiulare prezintă un domeniu de liniaritate de, acest traductor putând fi utilizat numai pentru măsurarea unor deplasări ce nu depăşesc această gamă.