Часть 3
Датчики крутящего момента
Телеметрический тензорезисторный датчик
Второй способ. Измерение угла закручивания
Датчики уровня
Индуктивный поплавковый датчик уровня
Электромеханический поплавковый датчик уровня
Емкостной цилиндрический датчик уровня а) для диэлектрических жидкостей; б) для проводящих жидкостей; в) зависимость емкости от
Поплавковый сигнализатор уровня рычажного типа
Устройство сигнализатора «Mobrey»
Омический датчик уровня проводящей жидкости
Сельсины
Бесконтактный сельсин
Индикаторный режим работы сельсина
Определение токов
Разложение МДС на составляющие
Определение синхронизирующего момента
Трансформаторный режим работы
Следящая система с сельсинами в трансформаторном режиме
Вращающиеся трансформаторы
Синусно-косинусный ВТ
Работа СКВТ при нагрузке
Датчики давления
Примеры датчиков давления
Электроконтактный манометр
Датчики расхода
Расходомеры переменного перепада давления
Расходомеры постоянного перепада давления
Объемные счетчики (расходомеры)
Тахометрические расходомеры
Электромагнитные (индукционные) расходомеры
1.62M
Category: physicsphysics

Датчики. Датчики крутящего момента. Датчики уровня

1. Часть 3

Датчики

2. Датчики крутящего момента

Первый способ определения крутящего момента ― измерение
напряжений на поверхности вала
Приложение к валу крутящего момента
Для сплошного вала
Для полого вала
н
н
Нормальные напряжения
16М кр
d3
16 M кр
d 04
d 1 4
d
3

3.

Тензорезисторный датчик
крутящего момента

4. Телеметрический тензорезисторный датчик

5. Второй способ. Измерение угла закручивания

Для сплошного вала
32 l M кр
d G
4
,
где G – модуль сдвига
Для полого вала
32 l M кр
(d 4 d 04 )G

6.

Фотоэлектрический датчик крутящего момента
Индукционный датчик крутящего момента

7. Датчики уровня

Дифференциально-трансформаторный
поплавковый датчик уровня

8. Индуктивный поплавковый датчик уровня

9. Электромеханический поплавковый датчик уровня

Мембранный
датчик уровня

10. Емкостной цилиндрический датчик уровня а) для диэлектрических жидкостей; б) для проводящих жидкостей; в) зависимость емкости от

уровня
C C1 C2
2 0 ( H h) 2 0 r h
2 0
H h( r 1)
D
D
D
ln
ln ln
d
d
d

11. Поплавковый сигнализатор уровня рычажного типа

Принцип действия
Внешний вид сигнализатора
«Mobrey»

12. Устройство сигнализатора «Mobrey»

13. Омический датчик уровня проводящей жидкости

14. Сельсины

Сельсин − специальная электрическая машина переменного
тока, предназначенная для дистанционной синхронной передачи
угла поворота или вращения.
Обмотка возбуждения: однофазная или трехфазная.
Обмотка синхронизации: трехфазная.
Режимы работы сельсина:
индикаторный: датчик поворачивается принудительно, а
приемник устанавливается в согласованное с датчиком
положение под воздействием собственного
синхронизирующего момента;
трансформаторный: датчик поворачивается принудительно, а
приемник вырабатывает напряжение, являющееся функцией
угла рассогласования между датчиком и приемником.

15.

Электрическая схема
сельсина
uв = Um sin ωt
Фв = Фm sin (ωt – π/2)
В исходном положении (α = 0)
E1 = Eмакс = 4,44fwэФm
Е2 = Емакс cos 120° = – Емакс /2
Е3 = Емакс cos 240° = – Емакс /2
При повороте ротора на угол α
Е1 = Емакс cos α;
Е2 = Емакс cos (α + 120°);
Е3 = Емакс cos (α + 240°)

16. Бесконтактный сельсин

17. Индикаторный режим работы сельсина

Схема соединения
сельсинов
ЭДС датчика
Ед1 = Емакс cos αд;
Ед2 = Емакс cos (αд + 120°);
Ед3 = Емакс cos (αд + 240°)
ЭДС приемника
Еп1 = Емакс cos αп;
Еп2 = Емакс cos (αп + 120°);
Еп3 = Емакс cos (αп + 240°)
Результирующие ЭДС фаз
д п
E1 2 Емакс sin
2
sin ;
2
п
E2 2 Емакс sin д
120 sin ;
2
2
п
E3 2 Емакс sin д
240 sin .
2
2

18. Определение токов

Уравнения для контуров токов
U0п = Е1д – Е1п +I1 2Z;
U0п = Е2д – Е2п +I2 2Z;
U0п = Е3д – Е3п +I3 2Z,
Сумма уравнений
3U0п = Е1д + Е2д + Е3д – (Е1п + Е2п + Е3п) + (I1 + I2+ I3) 2Z.
Вывод: потенциал нейтрали приемника U0п = 0
Токи:
E
д п
I1
I макс sin
sin ;
2Z
2
2
E
п
I 2 2 I макс sin д
120 sin ;
2Z
2
2
1
E3
д п
I3
I макс sin
240 sin .
2Z
2
2

19. Разложение МДС на составляющие

МДС фазы

4 2
wэ I ф 1,8wэ I ф
Продольная составляющая
МДС приемника
Fd п Fп1 cos п Fп 2 cos( п 120 ) Fп 3 cos( п 120 )
1,8wэ I1 cos п I 2 cos( п 120 ) I 3 cos( п 120 ) 1,8wэ I d п

20.

I dп I макс sin
2
[sin
д п
2
д п
cos п sin
120 cos( п 120 )
2
п
sin д
120 cos( п 120 )]
2
1 I макс sin [sin 3 д п sin д п sin 3 д п 240 sin д п
2
2
2
2
2
2
д п
3
3
3 д п
2
sin
240 sin
] I макс sin I макс (1 cos ).
2
2
2
2
4
Fd п 1,8wэ I d п
3
Fмакс (1 cos )
4

21.

Поперечная составляющая МДС
Fq п Fп1 sin п Fп 2 sin( п 120 ) Fп 3 sin( п 120 )
1,8wэ I1 sin п I 2 sin( п 120 ) I 3 sin( п 120 ) 1,8wэ I q п .
I qп I макс sin
2
[sin
д п
2
д п
sin п sin
120 sin( п 120 )
2
д п
sin
120 sin( п 120 )]
2
д п
д 3 п
д п
1
д 3 п
I макс sin [cos
cos
cos
cos
240
2
2
2
2
2
2
cos
д п
2
3
3
д 3 п
cos
240 ] I макс sin cos I макс sin .
2
2
2
2
4
3
Fq п 1,8wэ I q п Fмакс sin .
4

22. Определение синхронизирующего момента

Мгновенное значение синхронизирующего момента
mс.п = с Фв fqп
где с − конструктивная постоянная;
Фв – мгновенное значение потока обмотки возбуждения;
3
f qп 2 Fмакс sin sin t .
2
3
Тогда mс.п сФ m sin t 2 Fмакс sin sin t
2 4
2
3
1
сФ m 2 Fмакс sin cos cos( 2 t ) .
4
2
4
Среднее значение синхронизирующего момента
М с сФ m
3
2 Fмакс cos sin M m sin .
8

23. Трансформаторный режим работы

Токи фаз:
E1
I1
I макс cos д ;
2Z
E
I 2 2 I макс cos д 120 ;
2Z
E
I 3 3 I макс cos д 120 .
2Z
Продольная составляющая МДС:
Поперечная составляющая МДС:
Выходная ЭДС:
3
Fd п Fмакс cos .
2
3
Fq п Fмакс sin .
2
Eвых Eвых.макс cos .
Выходная ЭДС с учетом сдвига:
Eвых Eвых.макс sin .

24. Следящая система с сельсинами в трансформаторном режиме

25. Вращающиеся трансформаторы

Вращающийся трансформатор (ВТ) −
электрическая микромашина переменного тока,
служащая для преобразования угла поворота
ротора в напряжение. В зависимости от закона
изменения выходного напряжения ВТ
подразделяются на следующие типы:
• синусно-косинусные ВТ (СКВТ): два выходных
напряжения, одно из которых
пропорционально синусу угла поворота
ротора, а другое – косинусу угла;
• линейные ВТ (ЛВТ): выходное напряжение
изменяется по закону, близкому к линейному,
в определенном диапазоне изменения угла;
• масштабные ВТ: выходное напряжение
изменяется пропорционально входному, а
коэффициент пропорциональности
определяется углом поворота ротора.
Схема ВТ:

26. Синусно-косинусный ВТ

Работа СКВТ при холостом ходе
Ев = 4,44 f wс.э Фdm
Еs0 = 4,44 f wp.э Фdm sin α
Еc0 = 4,44 f wp.э Фdm cos α
Es0 = kEв sin α; Ec0 = kEв cos α,
где k = wр.э /wс.э − коэффициент
трансформации СКВТ.
Работа СКВТ при нагрузке
I s
E s
Z s Z нs
F s 2 I s wр.э

27. Работа СКВТ при нагрузке

Разложение МДС
синусной обмотки
по осям
Поперечная составляющая потока
F s cos
sqm

ЭДС самоиндукции синусной обмотки
F
E sq 4,44 f wр.э sqm cos 4,44 f wр.э s cos 2

Выражая F через I, а I через Es, получаем:
cos 2
E
E sq jxs s
Z s Z нs
Полная ЭДС синусной обмотки
cos 2
E
E s kE в sin jxs s
Z s Z нs
Отсюда находим ЭДС синусной обмотки:
Fsd Fs sin ; Fsq Fs cos .
kE в sin
Es
cos 2
1 jxs
Z s Z нs

28.

Линейный ВТ
Использование зависимости sin α α
α, °
1
2
4,5
7
δ, %
0,005
0,02
0,1
0,25
Аппроксимация зависимостью
При -60° < α < 60°
f ( )
ЛВТ с первичным
симметрированием
sin
1 k cos
k = 0,536.
Напряжение сети
U в E в E c 4,44 f wc.э dm 4,44 f wр.э dm cos
Отсюда магнитный поток
dm
U в
4,44 f ( wc.э wр.э cos )
ЭДС синусной обмотки
wр.эU в sin
F s 2 I s wр.э
sin
k
U
в
E s 4,44 f wр.э dm sin
wc.э wр.э cos
1 k cos

29. Датчики давления

Упругие чувствительные элементы:
а) мембрана; б) мембранная коробка;
в) сильфон; г) трубка Бурдона

30. Примеры датчиков давления

а) с потенциометрическим преобразователем;
б) с индуктивным преобразователем;
в) дифференциальный датчик давления.

31. Электроконтактный манометр

32. Датчики расхода

Расход – объем или масса вещества, проходящие через
определенное сечение в единицу времени.
Датчики расхода делятся на расходомеры и счетчики.
Наибольшее применение нашли:
расходомеры переменного и постоянного перепада
давления;
• объемные счетчики и расходомеры;
• тахометрические расходомеры ;
• электромагнитные (индукционные) расходомеры.

33. Расходомеры переменного перепада давления

Уравнение Бернулли
p1 w12 p2 w22
2
2
Уравнение неразрывности струи
F1w1 = F2w2
F2 = μF0
Из (1 – 3) получаем
w2
1
2
1 m
2
2
(1)
(2)
(3)
( p1 p2 ) ,
где m = F0/F1.
При измерении давления у диафрагмы
w2
2
1 m
2
2
( p1 p2 )

34.

Объемный расход несжимаемой жидкости
Q w2 F2
F0
1 m
2
2
2
( p1 p 2 ) F0
2
( p1 p 2 )
Массовый расход
Qм Q F0 2 ( p1 p2 )
Достоинство расходомеров переменного перепада давления –
сравнительно высокая точность измерения.
Недостатки:
• потеря энергии потока;
• трудность измерения в пульсирующих потоках и при наличии
примеси

35. Расходомеры постоянного перепада давления

Сила тяжести поплавка
P = Vп g (ρп – ρ)
Подъемная сила
R = (p1 – р2)F0
В установившемся режиме P = R, поэтому
Vп g ( п )
p1 p2 p
F0
2
w
( p1 p2 ),
Скорость протекания жидкости
откуда
w2
p
2
Приравнивая два выражения для Δр, получаем:
Объемный расход
w
2Vп g ( п )
F0
Q = αwFк.
Так как практически w = const, то Q пропорционально высоте подъема поплавка

36. Объемные счетчики (расходомеры)

Счетчик с овальными шестернями
Лопастной счетчик

37. Тахометрические расходомеры

Угловая скорость крыльчатки
Q
сw c
F

38. Электромагнитные (индукционные) расходомеры

ЭДС между электродами при постоянном магнитном потоке
4
Q.
d
При переменном магнитном потоке
4
e Bm
Q sin t.
d
e Bdw B
English     Русский Rules