Главная Обратная связь

Дисциплины:






Перетворювач для вимірювання слабких магнітних полів на основі ядерного магнітного резонансу має ампулу з робочою речовиною, яка розташована всередині котушки індуктивності.



Рисунок 5.5

При пропусканні струму через котушку індуктивності створюється попередня поляризація (тобто створюється початкова намагніченість) в напрямі вектора , який перпендикулярний до вектора індукції вимірюваного поля. Потім струм відмикають і вимірюють частоту е.р.с., що наводиться в котушці за рахунок прецесії.

Точність вимірювань магнітної індукції за допомогою приладів, які використовують ядерний магнітний резонанс, може бути досягнута досить велика (0,001%), оскільки гіромагнітне відношення g та частота прецесії w можуть бути визначені дуже точно, тому такі прилади використовують дуже часто для повірки інших приладів з більш низькими класами точності.

Недоліком приладів на основі ядерного магнітного резонансу є неможливість їх застосування для вимірювань в неоднорідних магнітних полях.

 

5.2. Вимірювання характеристик постійних магнітних полів

 

Балістичний магнітоелектричний гальванометр відрізняється від звичайних збільшеним моментом інерції рухомої частини. Для магнітних вимірювань балістичний гальванометр використовується разом з вимірюваною котушкою (рис.5.6, а). При різкій зміні потоку Фx у вимірювальній котушці наводиться імпульс струму тривалістю ti (рис.5.6, б). Рухома частина гальванометра приходить в коливальний рух з періодом коливань T0, який значно перевищує ti: T0 = (20¸30)ti .

 

 

Рисунок 5.6

 

В момент часу t = ti відхилення рухомої частини a від положення рівноваги, в якому вона знаходилась до появи імпульсу, практично дорівнює нулю.

Приблизно те саме можна сказати про пройдений артилерійським снарядом шлях в момент його вильоту із ствола у порівнянні з дальністю його польоту. Рух артилерійського снаряда описується балістикою, тому гальванометр, рух рухомої частини якого подібний рухові снаряда, називається балістичним.

Рівняння руху рухомої частини гальванометра було одержано нами раніше (2.19). Воно має вигляд:

+ WПТ×a = Y0×i. (5.3)

Розв’язуючи, тобто інтегруючи це рівняння при допущенні (у першому наближенні) P = 0 та умовах i(0) = 0; i/t = ti = 0; a(0) = 0; a/t = ti = 0, одержимо, що рух рухомої частини буде описуватись рівнянням:

a = ×(sinwt)×Q, (5.4)

де w= – частота коливань рухомої частини, Q – кількість електрики в імпульсі струму.

Таким чином, амплітуда коливань рухомої частини виявляється пропорційною кількості електрики Q в імпульсі струму. У відповідності з рівнянням (5.4) коливання рухомої частини незгасальні, оскільки було прий- нято P = 0. При P ¹ 0 та (P/2J)2 < (WПТ/J) рух носить коливальний згасальний характер. Але амплітуда першого коливання (першого “відкиду”) am1 залишається пропорційною кількості електрики в імпульсі:



am1 = SQ×Q, (5.5)

де SQ – чутливість гальванометра до кількості електрики.

Як уже відмічалось вище, наведена у вимірювальній котушці е.р.с. пов’язана з вимірюваним потоком співвідношенням: e = –Wk . Вона врівноважується напругами на активних опорах та індуктивності кола:

e = –Wk = i×R + L , (5.6)

де R = Rк + Rг + Rд – активний опір кола; Rк – опір вимірювальної котушки; Rг – опір рамки гальванометра; Rд – додатковий опір, який служить для встановлення коливального режиму руху рухомої частини та певної чутливості гальванометра; L – індуктивність вимірювального кола.

Інтегруючи (5.6) у межах від 0 до t = ti при початкових умовах Ф(0) = Фх; Ф/t = ti = 0; i(0) = 0; i/t = ti = 0 та вважаючи L постійною величиною, одержуємо Фх = (R/Wк)×Q, звідки

Q = (Wк/R)×Фх. (5.7)

Підставивши (5.7) в (5.5), одержуємо:

am1 = SQ(Wк/R)×Фх,

звідки

Фх = (R/Wк)×Q

або

Фх = (CФ/Wк)×am1, (5.8)

де CФ = R/SQ – постійна (ціна поділки) гальванометра за магнітним потоком. CФ залежить від опору R, тому її визначають експериментально за допомогою зразкової котушки індуктивності.

Якщо магнітне поле, в якому знаходиться вимірювальна котушка, однорідне, а площина її витків перпендикулярна силовим лініям, то індукцію та напруженість можна знайти із співвідношення: Bx = Фx/Sк, Hx = Bx/ma, де Sк – площина, охоплена середнім витком вимірювальної котушки, ma – абсолютна магнітна проникність середовища.

 

5.3. Вимірювання різниці магнітних потенціалів

 

Різницю магнітних потенціалів (магнітну напругу) між точками a та b магнітного поля (рис.5.7) можна виміряти за допомогою потенціалометричної котушки (гнучкого магнітного пояса).

 

Рисунок 5.7

 

Потенціалометрична котушка являє собою обмотку, яка складається з парного числа шарів і намотана на гнучкому каркасі з ізоляційного матеріалу. Виводи від обмотки являють собою гнучкі скручені провідники. Розташовані виводи на середині магнітного пояса. За допомогою цих виводів потенціалометр приєднується до балістичного гальванометра.

Потокозчеплення Y з потенціалометричною котушкою, кінці якої знаходяться в точках a та b, визначається виразом:

Y = , (5.9)

де S – площина, охоплена середнім витком котушки; l – довжина котушки; Bl – проекція вектора на направлення dl; K = Wк×S/l – постійна котушки (магнітного пояса). Значення інтеграла від Hl по dl не залежить від шляху інтегрування. Воно визначається тільки розташуванням точок a та b.

Різниця магнітних потенціалів між точками a та b, тобто магнітна напруга

Umab = . (5.10)

Із зіставлення (5.9) та (5.10) видно, що

Umab = . (5.11)

Для вимірювання Umab пояс розташовують так, щоб його кінці знаходились в точках a та b. Потім за допомогою балістичного гальванометра вимірюють Y, вилучаючи котушку з поля, або відключають струм, який створює поле, і помічають максимальний “відкид” гальванометра.

Постійну потенціалометричної котушки визначають експериментально, для чого використовують поле з відомою напруженістю.

За допомогою потенціалометричної котушки можна виміряти різницю потенціалів як в однорідних, так і в неоднорідних магнітних полях.

 

5.4. Вимірювання характеристик постійних магнітних полів веберметром

 

В практиці магнітних вимірювань застосовуються магнітоелектричні, фотокомпенсаційні та електронні веберметри. В усіх цих приладах використовується як перетворювач вимірювальна котушка.

Розглянемо магнітоелектричний веберметр.

Магнітоелектричний веберметр (рис.5.8) являє собою чутливий магнітоелектричний механізм без протидійного моменту (WПТ = 0), до якого через безмоментні струмопідводи приєднується вимірювальна котушка з числом витків Wк. У зв’язку з тим, що опір кола механізму разом з вимірювальною котушкою малий, механізм працює в аперіодичному режимі з великим ступенем заспокоєння. При цьому коефіцієнт індукційного заспокоєння багато більший за коефіцієнт повітряного заспокоєння. Оскільки Pі>>Pп, вважаємо, що результувальний коефіцієнт заспокоєння P » Pі. При WПТ = 0 рівняння руху рухомої частини буде мати вигляд:

= Y0×i. (5.12)

 

 

Рисунок 5.8

В подальшому будемо вважати, що вимірюваний магнітний потік Фх змінюється від Фх до нуля або від нуля до Фх. В будь-якому випадку зміна потоку DФх = Фх. При зміні потоку у вимірювальній котушці виникає е.р.с. e = –Wk . Вона врівноважується напругами на елементах кола: e = iR + L , звідки маємо

i = , (5.13)

де R = Rк + Rр – активний опір кола, Rк – опір вимірювальної котушки, Rр – опір рамки механізму веберметра, L – індуктивність вимірювального кола.

Підставимо (5.13) в (5.12):

. (5.14)

Позначимо t = 0 – момент часу, який безпосередньо передує зміні потоку Фх; t = t1 – момент часу, що настає відразу за закінченням зміни потоку Фх. Будемо мати на увазі, що струм i в колі існує тільки тоді, коли e ¹ 0, тобто має місце зміна потоку Фх, а рухома частина механізму переміщається (при великому моменті індукційного заспокоєння) тільки тоді, коли i ¹ 0. Проінтегруємо (5.14) від t = 0 до t1:

.

Одержимо:

. (5.15)

У (5.15) = 0, оскільки рухома частина ще не рухається; = 0, бо рухома частина вже не рухається. Тому перша складова J× = 0.

Позначимо положення рамки (і, таким чином, стрілки на шкалі приладу) в момент t = t1 кутом a2. Тоді друга складова у лівій частині рівності дає нам P×(a2 – a1) = P×Da, де Da – зміна показів веберметра.

Остання складова в (5.15) дорівнює нулю, оскільки i(0) = 0 і i(t1) = 0. В результаті одержуємо:

P×Da = . (5.16)

Підставимо в (5.16) e = –Wk :

P×Da = – , (5.16,а)

звідки (без урахування знака мінус)

x = Фx = ×Da = CФ×Da, (5.17)

де CФ = (R×P)/(Wk×Y0) – постійна (ціна поділки) веберметра. З рівняння (2.22) виходить, що коефіцієнт індукційного заспокоєння Pi = /R. Тоді

CФ = . (5.18)

Останнє співвідношення показує, що постійна веберметра не залежить від опору кола. Але цей вираз для CФ одержаний при допущенні Pi>>Pп, тобто коли опір кола малий. При великих опорах Pп стає порівнянним з Pi, і постійна веберметра збільшується. Тому після експериментального визначення CФ за допомогою зразкової котушки взаємної індуктивності цю котушку з кола веберметра не виключають, залишаючи її ввімкненою послідовно (вторинною обмоткою) з вимірювальною котушкою. Тоді опір кола під час вимірювань веберметром залишається таким самим, яким він був під час визначення CФ.

У зв’язку з відсутністю механічного протидійного моменту вказівник веберметра займає довільне положення. Для встановлення вказівника в потрібне положення у веберметрі передбачений електромеханічний коректор, який являє собою допоміжний магнітоелектричний механізм.

До недоліків магнітоелектричного веберметра слід віднести невисоку чутливість та велику похибку (1¸3% і більше в залежності від опору зовнішнього кола).

 

5.5. Випробування феромагнітних матеріалів

 

Феромагнітні матеріали використовуються у багатьох електротехнічних пристроях таких, як осердя котушок в реле, трансформаторах, електромеханічних вимірювальних приладах та ін., а також у вигляді постійних магнітів. Для правильного використання феромагнітних матеріалів необхідні знання про їх магнітні властивості. Для визначення властивостей проводять випробування феромагнітних матеріалів, тобто зняття (одержання) їх характеристик.

Характеристики феромагнітних матеріалів поділяють на статичні та динамічні. Статичні характеристики одержують в постійних полях або в полях, які змінюються повільно. До них відносяться початкова крива намагнічування, основна крива намагнічування та гранична петля гістерезису.

Динамічними називають характеристики магнітних матеріалів, одержані у змінних полях. Ці характеристики залежать не тільки від властивостей матеріалу, але й від цілого ряду факторів таких, як форма та розміри зразка, товщина листа, форма кривої залежності напруженості поля від часу та ін. Зважаючи на це вони лише умовно можуть бути названі характеристиками. Динамічними характеристиками матеріалу є гранична динамічна петля перемагнічування, основна динамічна крива намагнічування, втрати енергії в матеріалі і інші, які можуть бути визначені за петлею та основною кривою (наприклад, такі, як різні види проникності).

Для випробувань виготовляють зразки матеріалу. Найбільш прийнятними є кільцеві зразки, в яких можна одержати майже однорідне поле. Вони забезпечують мінімальні потоки розсіювання та дозволяють з високою точністю розрахувати напруженість магнітного поля в них.

 

5.5.1. Визначення статичних магнітних характеристик

 

Схема установки приведена на рис.5.9. На кільцевий зразок намотані дві обмотки: W1 – намагнічувальна; W2 – вимірювальна, в коло якої увімкнуті балістичний гальванометр БГ та котушка взаємної індуктивності М.

 

Рисунок 5.9

 

Перед випробуванням матеріалу визначають за допомогою котушки взаємної індуктивності М постійну за потокозчепленням балістичного гальванометра.

Для цього при розімкненому SA4 та ключі SA3 в положенні 2 через первинну обмотку котушки М встановлюють припустимий для котушки струм. Потім замикають SA4 і вмикають струм у первинній котушці, фіксуючи перший максимальний “відкид” гальванометра. У вторинному колі котушки М відбувається зміна потокозчеплення на величину Yм = I×M; пропорційним йому виходить перший максимальний “відкид”: Yм = CY×am1. Звідси визначають постійну гальванометра за потокозчепленням.

Потім необхідно розмагнітити зразок. Перемикач SA3 повинен при цьому знаходитись в положенні 1, вимикач SA4 при виконанні всіх підготовчих операцій повинен знаходитись у вимкненому стані, SA2 – в замкнутому положенні. Реостатом R1 встановлюють струм, який відповідає глибокому насиченню матеріалу. Потім, постійно перемикаючи SA1 з одного положення в інше (змінюючи тим самим напрям струму в обмотці W1), зменшують реостатом R1, а якщо потрібно – і R2 (при розімкненому SA2), струм в обмотці W1 до нуля. Після цього можна приступати до випробувань матеріалу.

Рисунок 5.10

Для знімання якої-небудь точки основної кривої намагнічування перш за все необхідно здійснити магнітну підготовку, яка полягає в циклічному (10–20 разів) перемагнічуванні зразка при встановленому струмі, наприклад, струмі I1, якому відповідає напруженість Hm1 (рис.5.10). При зніманні основної кривої намагнічування (у тому числі й при магнітній підготовці) перемикач SA2 повинен бути замкнений.

Струм в намагнічувальній обмотці встановлюється реостатом R1 за амперметром A. Після закінчення магнітної підготовки ключ SA1 замикають в будь-якому положенні – 1 чи 2, замикають SA4 та вимикають (або перемикають) струм в обмотці W1. За “відкидом” гальванометра визначають потокозчеплення Y1 у зразку, а за ним – індукцію Bm1 = Y1/W2×S0, де S0 – переріз зразка. Напруженість розраховують за формулою: Hm1 = I1×W1/lср, де lср – довжина середньої магнітної лінії в зразку.

Аналогічно знімається точка з координатами Bm2–Hm2 при струмі I2 в обмотці W1. Потім, проводячи лінію через одержані точки, одержують основну криву намагнічування як геометричне місце вершин частинних петель перемагнічування.

Для знімання точок, які лежать на граничній петлі перемагні­чування при замкненому SA2 (SA3 – в положенні 1) реостатом за амперметром A встановлюють струм Im, який відповідає вершині граничної петлі гістерезису з координатами Hm, Bm (рис.5.11). Потім розмикають ключ SA2 та реостатом R2 за амперметром A встановлюють струм, дещо менший за Im. Знову замикають ключ SA2 – у колі буде струм Im. При цьому струмі проводять магнітну підготовку, одержуючи в кінці її стабільну граничну петлю гістерезису; стан матеріалу зразка визначається при цьому точкою m. Потім, підключивши БГ ключем SA4, розмикають ключ SA2.

Рисунок 5.11Напруженість у зразкові зменшується від значення Hm до H1, індукція – від Bm до B1, потік змінюється на величину DФ1=(Bm–B1)×S0. За “відкидом” БГ визначають DФ1, а потім, знаючи Bm, обчислюють B1.

Для одержання значення залишкової індукції Br після магнітної підготовки вимикають намагнічувальний струм Im. При цьому індукція зменшується від Bm до Br.

Для одержання точок на спадній ділянці петлі перемагнічування, які знаходяться в другому та третьому квадрантах (наприклад, точок 2 та 3), виконують все так саме, що і в попередньому випадку, за винятком того, що після розмикання ключа SA2 відразу перемикають ключ SA1. При розмиканні ключа SA2 напруженість зменшується (при зніманні точки 2) від значення Hm до H1, а при перемиканні ключа SA1 – від H1 до мінус H1. У цілому напруженість змінюється від Hm до мінус H1, а індукція – від Bm до B2. Висхідну частину петлі гістерезису будують симетрично відносно початку координат спадної вітки.

Для визначення статичних характеристик магнітних матеріалів промисловістю випускається ряд спеціальних вимірювальних установок, таких як У5045, У506, У032.

5.5.2. Визначення динамічних магнітних характеристик

 

Схема для проведення таких випробувань приведена на рис.5.12. В схемі два вольтметри: V1 – амплітудних та V2 – середніх значень. Якщо активний опір R в колі намагнічувального струму великий, то при синусоїдній напрузі живлення форми кривої струму і напруженості в зразку близькі до синусоїдних.

У цьому випадку напруженість Hm обчислюють за формулою:

Hm = ×I×W1/lср,

де I – діюче значення намагнічувального струму, що його

Рисунок 5.12показує амперметр, W1 – число витків намагнічувальної котушки, lср – довжина середньоїлінії кола зразка.

Якщо ж активний опір R = 0, то близькою до синусоїдної виявляється форма кривої індукції, і для визначення напруженості в зразку вимірюють вольтметром амплітудних значень V1 спад напруги Um на зразковому резисторі R0, який має малий опір.

За цими даними знаходять

Hm = Um×W1/(R0×lср).

Цей же ж спосіб можна використати й для визначення Hm кривої синусоїдної форми.

Магнітну індукцію Bm можна визначити через середнє значення е.р.с., яке вимірюється вольтметром V2. Для встановлення співвідношення між eср та Bm розглянемо графіки залежностей по-

Рисунок 5.13

 

току в зразку та е.р.с. в обмотці W2 від часу (рис.5.13).

Відомо, що e = –W2 . Середнє випрямлене значення е.р.с. дорівнює:

Eср = . (5.19)

Підставляючи в (5.19) вираз e = –W2 , одержуємо:

Eср= –W2 = –W2×2×f× =4×W2×f×Фm=4×W2×f×Bm×S0, (5.20)

де f = 1/T – циклічна частота змінного струму. З рівняння (5.20):

Bm = Eср/(4×f×W2×S0) » U2ср/(4×f×W2×S0), (5.21)

де U2ср – покази вольтметра V2.

Змінюючи значення намагнічувального струму та вимірюючи Hm і Bm, можна побудувати залежність Bm = f1(Hm), а з неї одержати залежність mа = f1(Hm). Динамічну петлю перемагнічування за допомогою цих приладів одержати не можна.

 

5.5.3. Визначення динамічних характеристик за допомогою вольтметра з керованим випрямлячем

Схема установки або приладу, який містить керований випрямляч, показана на рис.5.14.

 

Рисунок 5.14

За допомогою автотрансформатора АТ та амперметра А задають певне значення намагнічувального струму Iн, який протікає через намагнічувальну обмотку W1 зразка та первинну обмотку котушки взаємної індуктивності M. Вольтметр V з керованим випрямлячем КВ дозволяє виміряти середні значення е.р.с. e1 та e2. До керованого випрямляча відноситься й фазообертач, за допомогою якого можна змінювати фазу напруги, яка прикладається до обмотки W керованого випрямляча КВ, тим самим керуючи моментом замикання контакту. Е.р.с. e1 та e2 зв’язані певними залежностями з напруженістю та індукцією в зразку. Розглянемо це детальніше. Нехай струм iн в залежності від t змінюється так, як показано у верхній частині рис.5.15, а е.р.с. e1 = –M – так, як у нижній.

При цьому криві струму iн та е.р.с. e1 симетричні відносно осі t. Форма кривої напруженості h(t) у зразку повторює форму кривої iн(t). Нехай контакт S керованого випрямляча замикається в момент t1. Розімкнеться він в момент t2=t1+T/2, де T – період змінного струму (або напруги). Протягом проміжку часу від t1 до t2 вольтметр V при положенні 1 перемикача SA буде підключений до е.р.с. e1. В другій половині періоду (від моменту t2 до моменту t2+T/2) контакт S розімкнений. Далі процес повторюється. Тоді вольтметр V покаже середнє значення е.р.с. e1, яке визначається заштрихованою площею кривої e1(t), що знаходиться під віссю часу (рис.5.15).

E1ср = – . (5.22)

Оскільки крива струму iн(t) симетрична відносно осі часу, то iн(t1) = –iн(t2), тому (з урахуванням того, що 1/T = f)

E1ср = 2×M×f×iн(t1). (5.23)

Таким чином, E1ср пропорційне миттєвому значенню намагні­чувального струму iн в момент t1 замикання контакту S керованого випрямляча.

Вимірявши E1ср, неважко виразити через нього напруженість в зразку в даний момент часу

h(t1) = iн(t1)×W1/lср = E1ср×W1/(2×M×f×lср). (5.24)

Змінюючи фазообертачем фазу керованої напруги випрямляча, можна визначити миттєві значення напруженості в будь-який момент часу у межах півперіоду, у тому числі і максимальне значення:

 

Hm = E1ср m×W1/(2×M×f×lср). (5.25)

Е.р.с. у вимірювальній котушці W2

e2 = –W2 = –W2×S0× . (5.26)

 

Рисунок 5.15

 

Порівнюючи вирази для e2 та e1, бачимо, що вони за своєю структурою однакові. Тому, вимірюючи середні значення E2ср, можна визначити миттєві значення індукції в зразку в ті ж самі моменти часу, в які визначались значення напруженості. В момент t1

 

B(t1) = E2ср/(2×W2×S0×f). (5.27)

Максимальне значення індукції

Bm = E2ср m/(2×W2×S0×f). (5.28)

Одержавши за результатами вимірювань значення B(t) та H(t) для різних моментів часу, можна побудувати динамічну петлю перемагнічування. За максимальними значеннями Bm та Hm будують основну криву намагнічування.

В розглянутій схемі керований випрямляч підключає вольтметр до е.р.с. e1 або e2 на час, який дорівнює півперіоду змінного струму. Існують керовані випрямлячі, які дозволяють одержувати середні значення за два півперіоди, які в два рази більші, ніж за один півперіод.

Установки та прилади для визначення динамічних характеристик магнітних матеріалів, в яких використовується керований випрямляч, називають ферометрами. Промисловістю випускається цифровий ферометр Ф5063, у якого похибка вимірювання середніх значень напруги складає 0,5–1%.

 

5.6 Сенсори струму і напруги на основі ефекта Холла

 

Сенсори прямого підсилення використовують ефект Холла. Магнітна індукція і напруга Холла Ux, формуються вимірюваним струмом , який перетворюється у вихідний струм сенсора. Струм управління подається на сенсор від стабілізованого джерела струму (рис.5.16).

Рисунок 5.16

 

В межах лінійної області циклу гістерезису магнітна індукція пропорційна :

,

де а – постійна для даного сенсора.

Відповідно, напруга Холла визначається так:

,

де k – постійна Холла, d – товщина пластини.

В останньому рівнянні всі складові постійні за винятком вимірюваного струму . Тому рівняння перетворення для таких сенсорів є лінійним:

,

де - постійний коефіцієнт.

Вихідний сигнал сенсора підсилюється, і на виході сенсора формується вихідна напруга

,

яку за допомогою аналого-цифрового перетворювача перетворюють у двійковий код.

Сенсори прямого підсилення здатні вимірювати як постійний, так і змінний струм з гальванічною ізоляцією. Вони характеризуються низькою потужністю споживання, малими геометричними розмірами і відносно малою вагою. Вони забезпечують відсутність внутрішніх втрат у вимірювальному колі і нечутливі до механічних перевантажень, відносно дешеві і застосовується переважно в електроенергетиці.

Діапазон перетворюваного струму визначається лінійною ділянкою кривої намагнічення магнітного кола. В залежності від типу сенсора діапазон вимірювання може 3 рази перевищувати значення номінального струму.

Вихідна напруга прямо пропорційна вимірюваному струмові. Максимальне значення вихідної напруги залежить від напруги живлення. В основному значення вихідної напруги цих сенсорів не перевищує 4 В при номінальному значенні вимірюваного струму.

Похибка перетворення залежить від таких факторів:

1.Зміни температури навколишнього середовища впливають на зміщення вихідного сигналу при , викликають нелінійність статичної характеристики і змінюють значення коефіцієнта підсилення вихідного підсилювача.

2.Зміни робочої температури викликають дрейф нуля вихідного струму (напруги) і зміну коефіцієнта передачі підсилювача.

Обмеження частотної характеристики в основному залежать від двох факторів:

1.Частотного діапазону електронної схеми, який залежить від типу використовуваного підсилювача;

2.Нагрівання осердя, яке залежить від вихрових струмів і втрат намагнічування при підвищених частотах.

Втрати від вихрових струмів залежать від (товщина металу осердя), (пікове значення магнітної індукції), (частота).

Втрати намагнічування пропорційні частоті і квадрату пікового значення індукції. Ці втрати залежать від ширини петлі гістерезису матеріалу осердя.

 

5.6.1 Сенсори струму компенсаційного типу

Дані перетворювачі називають сенсорами зі 100%-вим зворотним зв’язком, компенсаційними або сенсорами з нульовим потоком. Вони мають внутрішнє компенсаційне коло, за допомогою якого значно покращуються метрологічні характеристики порівняно з сенсорами прямого підсилення.

В той час, коли сенсори прямого підсилення формують вихідну напругу, пропорційну збільшеній холлівській напрузі, компенсаційні сенсори (рис. 5.17) формують вихідний струм, пропорційний напрузі Холла, який діє як сигнал зворотного зв’язку, щоб компенсувати магнітне поле, створене магнітним полем вимірюваного струму, або магнітним полем, яке створює вихідний струм.

 

 

Рисунок 5.17

 

Струм на виході сенсора компенсаційного типу визначається

,

де - кількість витків первинної обмотки (провідника зі струмом); - кількість витків вторинної (вихідної) обмотки.

Виходячи з рівняння перетворення сенсора, індукція вторинної обмотки еквівалентна індукції первинної обмотки і їхні відповідні ампер-витки компенсують один одного. Отже, система діє при нульовому магнітному потоці в осерді.

Наведемо для прикладу перетворення постійного струму 100 А. Кількість витків первинної обмотки , тому що провідник веде прямо до магнітного кола і тим самим складає один виток. Вторинна обмотка має 1000 витків ( ). Співвідношення витків складає 1:1000.

Як тільки струм стає додатним, в наскрізному отворі магнітного осердя виникає індукція , яка створюється напругою Холла. Ця напруга перетворюється в струм за допомогою генератора струму, каскад підсилювача якого забезпечує протікання струму через вторинну обмотку сенсора. Таким чином, створюється поле зі значенням індукції , яке компенсує поле зі значенням індукції .

Отже, остаточний вторинний вихідний струм матиме таке значення:

.

Струм на виході сенсора є точним за формою відображенням струму на вході сенсора, але меншим в 1000 разів.

Діапазон вимірювання компенсаційних сенсорів широкий: від одиниць до десятків тисяч ампер з похибкою, що не перевищує 1%.

Компенсаційні сенсори здатні вимірювати постійний і змінний струми. Їхні переваги: висока точність, лінійність статичної характеристики, малий температурний дрейф, широкий частотний діапазон, відсутність додаткових втрат у вимірювальному колі.

На виході сенсора формується вторинний струм, який є струмом зворотного зв’язку. Цей струм можна перетворити в напругу за допомогою навантажувального опору.

Значення навантажувального опору має знаходитись в межах діапазону, що вказаний в технічному паспорті на сенсор, ,

де - опір, що визначається за допустимою потужністю розсіювання електронних схем сенсора; - опір, який визначається для запобігання електричного насичення кола з урахуванням мінімального допустимого рівня напруги живлення, при якій перекривається весь діапазон перетворення.

 

5.6.2 Методика розрахунку параметрів сенсора струму

 

Наступний приклад наведено для того, щоб зрозуміти обмеження робочих характеристик сенсорів струму компенсаційного типу і алгоритм вибору навантажувального резистора.

Приклад 1. Компенсаційний сенсор струму LA 55-P:

1. Яке максимальне значення вихідної напруги можна отримати при таких параметрах:

- номінальний вхідний струм Ip=70A;

- температура навколишнього середовища не перевищує 70оС;

- напруга живлення Uж= ±15 В?





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...