Основные характеристики датчиков Холла

Линейные датчики.
Полная шкала выхода соответствует диапазону выходных напряжений, в котором нелинейность не выходит из заданных пределов. Определяется как часть напряжения питания.

Диапазон измеряемой индукции, устанавливаемый изготовителем в гауссах или миллитеслах.

Чувствительность, определяемая как крутизна характеристики преобразования в мВ/Гс или мВ/мТл.

Погрешность линейности характеристики преобразования – отклонение статической характеристики преобразования датчика от идеальной прямой линии в заданном диапазоне давлений. Один из способов определения погрешности линейности состоит в использовании метода наименьших квадратов, который математически обеспечивает получение прямой линии наилучшего приближения к точкам данных. Указывается в процентах от полной шкалы.

Напряжение нуля магнитного поля – значение выходного напряжения, соответствующее отсутствию магнитного поля.

Температурный дрейф нуля – изменение напряжения нуля, вызванное изменением температуры. Указывается в %/°С от напряжения нуля, соответствующего 25°С.

Температурный дрейф чувствительности – изменение чувствительности, вызванное изменением температуры. Указывается в %/°С от напряжения полной шкалы, соответствующего 25°С.

Время отклика, определяется как время изменения выходного сигнала от 10% до 90% установившегося значения его приращения при скачкообразном изменении магнитного поля.

Полоса пропускания f_S определяется по уровню снижения чувствительности на 3 дБ в режиме малого сигнала.

Логические датчики
Индукция включения – значение индукции, при которой происходит переход выходного напряжения датчика от низкого к высокому уровню.

Индукция выключения – значение индукции, при которой происходит переход выходного напряжения датчика от высокого к низкому уровню.

Гистерезис – разность между индукциями включения и выключения.

Время переключения – определяется как время изменения выходного сигнала от 10% до 90% его установившегося значения при скачкообразном изменении индукции. Сертифицируется отдельно для нарастания и спада магнитного поля. Для двухвыводных датчиков сертифицируется ток потребления при низкой индукции (Н) и при высокой (В).

11. Резистивные датчики.

Реоста́т (потенциометр, переменное сопротивление, переменный резистор; от др.-греч. ῥέος «поток» и στατός «стоя́щий») —электрический аппарат, изобретённый Иоганном Кристианом Поггендорфом, служащий для регулировки и получения требуемой величины сопротивления. Как правило, состоит из проводящего элемента с устройством регулирования электрического сопротивления. Изменение сопротивления может осуществляться как плавно, так и ступенчато.

Изменением сопротивления цепи, в которую включен реостат, возможно достичь изменения величины тока или напряжения. При необходимости изменения тока или напряжения в небольших пределах реостат включают в цепь параллельно или последовательно. Для получения значений тока и напряжения от нуля до максимального значения применяетсяпотенциометрическое включение реостата, являющего в данном случае регулируемым делителем напряжения.

Использование реостата возможно как в качестве электроизмерительного прибора, так и прибора в составе электрической или электронной схемы.

12. Тензодатчики.

Тензометрический датчик (от лат. tensus — напряжённый) (тензодатчик) — прибор для измерения деформации различных конструкций (см. Тензометрия).^[1] Существует множество способов измерения деформаций: тензорезистивный, оптико-поляризационный^[1],пьезорезистивный, волоконно-оптический^[2], или простым считыванием показаний с линейки механического тензодатчика. Среди электронных тензодатчиков, наибольшее распространение получили тензорезистивные датчики.

Тензорезистивный датчик обычно представляет собой специальную упругую конструкцию с закреплённым на нейтензорезистором и другими вспомогательными деталями. После калибровки, по изменению сопротивления тензорезистора можно вычислить степень деформации, которая будет пропорциональна силе, приложенной к конструкции.

Существуют разные типы датчиков:

§ датчики силы (измеряет усилия и нагрузки)

§ датчики давления (измерение давления в различных средах)

§ акселерометры (датчик ускорения)

§ датчики перемещения

§ датчики крутящего момента

Наиболее типичным применением тензодатчиков являются весы. В зависимости от конструкции грузоприемной платформы применяются тензодатчики различного типа:

§ консольные;

§ s-образные;

§ "шайба";

§ "бочка";

Конструкция тензодатчика^[3] представляет собой упругий элемент на котором зафиксирован тензорезистор, под действием силы (вес груза) происходит деформация упругого элемента вместе с тензорезистором. В результате изменения сопротивления тензорезистора, можно судить о силе воздействия на датчик, а следовательно о весе груза.

Принцип измерения веса при помощи тензодатчиков основан на уравновешивании массы взвешиваемого груза с упругой механической силой тензодатчиков и последующего преобразования этой силы в электрический сигнал для последующей обработки.

Для характеристики защиты тензодатчика от воды и пыли используется IP-рейтинг^[4].

13. Магнитный усилитель. Принцип действия.

Магнитным усилителем называют электромагнитный аппарат, служащий для плавного регулирования переменного тока, поступающего к нагрузке, путем изменения индуктивного сопротивления X_L катушки с ферромагнитным сердечником, включенной последовательно с нагрузкой. Принцип действия магнитного усилителя основан на изменении индуктивности катушки с ферромагнитным сердечником при подмагничивании ее постоянным током. С помощью такого аппарата можно регулировать большие токи посредством сравнительно слабых электрических сигналов. Магнитные усилители широко применяют на тепловозах для автоматического регулирования возбуждения главного генератора и на э. п. с. для регулирования напряжения источника служебного тока при зарядке аккумуляторных батарей, в стабилизаторах напряжения и для других целей. Существуют магнитные усилители с насыщающимися реакторами и с самонасыщением (с самопод-магничиванием).

абота магнитного усилителя основана на нелинейности характеристики намагничивания магнитопровода. На крайних стержнях магнитного усилителя находится рабочаяобмотка, которая состоит из двух катушек, соединённых последовательно. На среднем стержне размещается обмотка управления из большого количества витков W=. Если ток в неё не подаётся, а к рабочей обмотке, соединённой последовательно с нагрузкой, подведено переменное напряжение U~, то из-за малого количества витков W~ магнитопровод не насыщается, и почти всё напряжение падает на реактивном сопротивлении рабочих обмоток Z~. На нагрузке в этом случае выделяется малаямощность.

Если теперь пропустить по обмотке управления ток Iу, то даже при небольшом его значении (из-за большого W=), возникает насыщение магнитопровода. В результате реактивное сопротивление рабочей обмотки резко уменьшается, а величина тока в цепи — увеличивается. Таким образом, посредством малых сигналов в обмотке управления можно управлять значительной величиной мощности в рабочей цепи магнитного усилителя.

В простейшем случае магнитный усилитель — это управляемая постоянным током индуктивность, которая включается в цепь переменного тока последовательно с нагрузкой. При большой индуктивности ток в последовательной цепи и в нагрузке маленький, при малой индуктивности ток в последовательной цепи и в нагрузке большой. Существует целый ряд разработок, в которых магнитный усилитель используется для удвоения частоты, бесконтактного переключения токов (бесконтактные реле), для стабилизации напряжения питания, для модуляции сигналов ВЧ сигналами НЧ.

В последнее время магнитный усилитель был частично потеснён полупроводниковыми приборами, но в ряде применений по-прежнему не имеет конкурентов.

14. Дроссельный МУ.

Дроссельным называют магнитный усилитель, по рабочим обмоткам которого протекает переменный ток (иногда их называют ДН с подмагничиванием).

15. Трансформаторный МУ.

Трансформаторы постоянного тока и напряжения. С помощью магнитных усилителей можно создать трансформаторы постоянного тока и напряжения. Трансформатор постоянного тока представляет собой однофазный магнитный усилитель, состоящий из двух реакторов L1 и L2 (рис. 242,а), у которых рабочие обмотки 1 соединены последовательно. Обмотки подмагничивания также соединяют последо-

Рис. 240. Схема магнитного усилителя с самонасыщением

Рис. 241. Принципиальные схемы магнитных усилителей с самонасыщением с выходом на переменном (а) и постоянном (б) токе: 1 — обмотка управления; 2 — рабочая обмотка; 3 — сердечники; 4 — полупроводниковые вентили

вательно и встречно или их роль выполняет кабель 2, пропущенный через окна сердечников обоих реакторов. При изменении постоянного тока I₁, проходящего по цепи подмагничивающей обмотки или по кабелю 2, изменяется насыщение сердечников, а следовательно, и переменный ток I₂ в цепи рабочих обмоток. При работе усилителя на прямолинейной части характеристики управления ток I₂будет изменяться пропорционально току I₁. С помощью выпрямителя 3 переменный ток I₂ можно преобразовать в постоянный I’₂, который также будет пропорционален току I₁.

Трансформатор постоянного напряжения (рис. 242,б) выполняется так же, как и трансформатор постоянного тока, но его подмагничивающие обмотки 2 подключают через добавочный резистор к двум точкам, между которыми действует напряжение U₁ постоянного тока. Рабочие обмотки 1 для повышения точности включают параллельно (в этом случае существенно снижаются

Рис. 242. Схемы трансформаторов постоянного тока (а) и постоянного напряжения (б)

э. д. с. четных гармоник, индуцируемых в обмотках 2). При изменении напряжения U₁ изменяется ток подмагничивания I₁, а следовательно, и ток I₂ в цепи рабочих обмоток. При работе усилителя на линейной части характеристики токи I₂, I’₂ и выпрямленное напряжение U₂ будут пропорциональны напряжению U₁.

16. Обмотки смещения в МУ. Их назначение. Характеристика МУ.

Для фиксации рабочей точки на перегибе петли гистерезиса используется обмотка смещения, величина тока смещения зависит от тока нагрузки.

Схема с дополнительными обмотками смещения и обратной связью:

Основная характеристика –

это зависимость тока нагрузки от тока управления.

При I_у = 0 ток нагрузки имеет значение равное току холостого хода цепи намагничивания. Это следует из уравнения МДС:

IpWp + IyWy = IoWp; Iy = 0; Ip = Iн = Io.

При увеличении Iy закон изменения тока нагрузки определяется законом кривой намагниченности и зависимостью динамической магнитной проницаемости от тока управления.

Смещение графика зависимости I_Н = f (I_У) при включении обмотки смещения зависит от согласованности включения обмотки управления и обмотки смещения и полярности подключения источников питания обмоток смещения и управления.

Если рассматривать правую область до точки пересечения графиков зависимости, то за счет сумирования магнитодвижущих сил обмоток смещения и управления при том же токе управления получаем больший ток нагрузки.В отрицательной области происходит вычитание магнитодвижущих сил что приводит к уменьшению тока нагрузки по отношению к току управления по основной характеристике, поэтому график зависимости I_Н = f (I_У) смещен влево. Величина смещения зависимости от величины тока смещения.

17. Обратная связь в МУ.

Обратные связи в магнитных усилителях. Магнитные усилители обычно выполняют с обратными связями, которые обеспечивают увеличение стабильности работы усилителя и повышение его коэффициента усиления.

Обратной связью в усилителе называется воздействие выходного тока или напряжения на его вход. Она может быть внешней и внутренней. Для создания внешней обратной связи в усилителях предусматривают специальную обмотку (рис. 239), которая дополнительно подмагничивает или размагничивает сердечник. Она располагается на сердечнике так же, как и обмотки управления и смещения, и питается выпрямленным током, пропорциональным току нагрузки или напряжению на нагрузке. Обратная связь может быть положительной и отрицательной. Если при возрастании тока нагрузки или напряжения на нагрузке обмотка обратной связи усиливает действие входного сигнала, то обратная связь называется положительной. Ее используют для повышения коэффициента усиления. Если же при возрастании тока или напряжения на нагрузке обмотка обратной связи ослабляет действие входного сигнала, то связь называется отрицательной. Такую связь вводят в системы автоматического регулирования для повышения устойчивости их работы.

Обычно обмотку обратной связи включают через выпрямитель,

Рис. 238. Схемы магнитного усилителя с насыщающимися реакторами со сдвоенным (а) и с трехстержневым (б) сердечниками

Рис. 239. Принципиальная схема магнитного усилителя с обмотками смещения и обратной связи

который присоединяют параллельно или последовательно нагрузке. В первом случае ток I_ос в обмотке обратной связи будет пропорционален выходному напряжению U_н (обратная связь по напряжению), во втором—току I_н в цепи нагрузки (обратная связь по току). Если нагрузка питается выпрямленным током, то можно использовать один общий выпрямитель для питания нагрузки и создания обратной связи.

В магнитном усилителе с выходом на постоянном токе (см. рис. 239) имеются два реактора L1 и L2 с сердечниками 1, на каждом из которых намотаны рабочие обмотки 2, обмотки управления 3, смещения 4 и положительной обратной связи по току 5. Нагрузка R_н и обмотки положительной обратной связи по току включены через выпрямитель 6. Параллельно обмоткам 5 присоединен резистор 7, посредством которого можно регулировать ток I_ос в этих обмотках. Обмотки 3, 4 и 5, расположенные на сердечниках двух реакторов L1 и L2, включены встречно, чтобы индуцируемые в них переменные э. д. с. взаимно уничтожались. Начала всех обмоток обозначены точками (при этом принимается, что все обмотки намотаны в одном направлении). Обмотки смещения 4 создают м. д. с, направленную против м. д. с. обмоток 3 и 5. Вместо двух обмоток обратной связи и смещения можно применить по одной, охватывающей стержни обоих реакторов, как это показано на рис. 238 для обмоток управления.

При наличии положительной обратной связи (когда ток L_ос направлен так же, как и ток I_у) характеристика управления будет иметь большую крутизну (см. рис. 237,б). Следовательно, при этом увеличиваются коэффициенты усиления по току к_i и по мощности к_р.

При изменении направления тока I_ос обратная связь становится отрицательной (обмотка обратной связи будет создавать м. д. с. направленную противоположно м. д. с. обмотки управления). Крутизна рабочего участка характеристики управления, а также коэффициенты усиления по току и мощности в этом случае уменьшаются.

18. Стабилизаторы напряжения.

Все стабилизаторы напряжения можно подразделить на 2 большие группы: параметрические и компенсационные.
Параметрические стабилизаторы - это устройства, в которых стабилизация осуществляется за счет использования свойств нелинейных элементов: насыщенных дросселей, нелинейных конденсаторов, карборундовых резисторов и др. К данному типу относятся: стабилизаторы с подмагничиванием трансформатора, магнитные стабилизаторы, высокочастотные стабилизаторы, системы с двойным преобразованием энергии. В практической области наибольшее распространение получили
Департамент технического развития ОАО «МРСК Центра»
феррорезонансные стабилизаторы, использующие нелинейные свойства насыщенного дросселя.
Компенсационные стабилизаторы - это устройства, в которых стабилизация осуществляется за счет воздействия изменения выходного напряжения на регулирующий орган через цепь обратной связи. Представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования (из-за чего их иногда называют регуляторами напряжения), где ток через регулирующий орган проходит непрерывно или импульсно. Для широкого применения наибольшее распространение получили электромеханические (сервоприводные, электродинамические) стабилизаторы напряжения и ступенчатые корректоры напряжения (дискретные, ключевые стабилизаторы).
Кроме этого стабилизаторы можно разделить на 3 большие группы по номинальной мощности (без учета принципа действия):

1. 0,3-30 кВА - для бытовых потребителей;

2. 30-100 кВА - для отдельных групп промышленного оборудования;

3. 100-450 кВА - для групповых потребителей.

С учетом особенностей принципов используемых в устройствах стабилизации напряжения для средней (30-100 кВА) и большой (более 100 кВА) мощности, применяются 3 типа стабилизаторов:

1. ступенчатые корректоры напряжения (стабилизаторы со ступенчатым регулированием);

2. электромеханические стабилизаторы с электроприводом;

3. стабилизаторы с подмагничиванием трансформатора;

4. магнитные стабилизаторы.

Все стабилизаторы на рынке, представлены в 2-х конструктивных исполнениях: однофазные и трехфазные.
Однофазные стабилизаторы представлены значительно шире, чем трехфазные и по производителям и по принципам действия, их особенность в том, что в однофазном исполнении выпускаются стабилизаторы малой мощности, в основном до 30-50 кВА.
Трехфазный стабилизатор напряжения - фактически представляет собой комбинацию однофазных стабилизаторов, так как регулировка трехфазного напряжения осуществляется по каждой фазе отдельно. Выравнивая фазные напряжения, получаем в результате стабильное линейное напряжение.

19. Феррорезонансный стабилизатор.

В основе принципа действия заложен принцип работы феррорезонансного трансформатора. Феррорезонансный трансформатор представляет собой совокупность двух магнитных цепей со слабой связью между ними. Выходная цепь содержит параллельный колебательный контур, подпитываемый от первичной цепи для компенсации мощности, поступающей в нагрузку.
Электрическая схема феррорезонансного стабилизатора напряжения: U вх - напряжение сети 127/220 в; U вых - стабилизированное напряжение 220 в; Др 1 - насыщенный дроссель; Др 2 - ненасыщенный дроссель; ATP - автотрансформатор; С - конденсатор; Пр 1, Пр 2 - предохранители для сетевого напряжения 220 и 127 в; W x - компенсационная обмотка; Л - контрольная лампочка.
Ненасыщенный дроссель Др 2 и конденсатор С образуют феррорезонансный контур, с которого снимается выходное стабилизированное напряжение. Внутреннее сопротивление стабилизатора значительно меньше сопротивления номинальной нагрузки. Такой стабилизатор при напряжении сети 127 ±19 38 В или 220 ± 33 В (при колебаниях частоты в пределах 49,5-50,5 Гц) обеспечивает заданное выходное напряжение.
Сам процесс ферромагнитного резонанса вполне аналогичен резонансу в линейных цепях, состоящих из индуктивностей и емкостей. В нелинейной цепи, такой как феррорезонансный трансформатор, резонанс используется для уменьшения колебаний напряжения во вторичной цепи.
В феррорезонансном трансформаторе одна из магнитных цепей (выходная) находится в режиме насыщения, а другая (входная) не достигает насыщения.
Они имеют нейтрализующую обмотку, специально предназначенную для уменьшения гармонических искажений выходного напряжения.
Нейтрализующая обмотка устроена так, что в ней генерируются гармоники, находящиеся в противофазе к гармоникам в основной выходной обмотке. Правильный подбор числа витков и магнитных сопротивлений позволяет полностью компенсировать гармонические искажения. Более того, применение феррорезонансного трансформатора позволяет почти полностью уменьшить гармонические искажения выходного напряжения.
При полной нагрузке феррорезонансный трансформатор обеспечивает стабилизацию напряжения с погрешностью около 1 % при изменении напряжения на входе на 15 % относительно номинального. Наибольшие возможности феррорезонансный трансформатор предоставляет, если его нагрузка меньше номинальной. Так, при нагрузке около 50 %, диапазон входных напряжений невероятно расширяется: более чем до 50 % от номинального входного напряжения.
Особенностью входной характеристики трансформатора является то, что в режиме холостого хода резонансная цепь феррорезонансного трансформатора находится под напряжением и потребляет около 10 % номинальной мощности трансформатора. В тепловом отношении режим холостого хода является наиболее напряженным для феррорезонансного трансформатора.

Феррорезонансный трансформатор способен выдерживать любые перегрузки. При уменьшении сопротивления нагрузки выходное напряжение уменьшается, и трансформатор не перегревается. Даже при коротком замыкании выходной ток трансформатора ограничивается примерно 150-200 % от номинального тока. Суммарная мощность, потребляемая трансформатором от сети во время короткого замыкания, не превышает 10 % номинальной.

Дата добавления: 2015-07-15