Индуктивті түрлендіргіштер. Магнитті серпімді түрлендіргіштер

Кіріспе

 

Қазіргі кезде электрлік немесе бейэлектрлік шамаларды өлшеу жұмыстарының көпшілігі электр тогын қолдануға негізделген. Ал электр тогын пайдалану үшін әртүрлі электрлік құрал-жабдықтар керек. Электрлік өлшеу құрал-жабдықтарына физикалық шамалардың өлшемдіктері, өлшеуіш аспаптар мен өлшеуіштік түрлендіргіштер кіреді. 
Өлшемдік деп физикалық шаманың қабылданған мәнін сақтайтын, оны қайталайтын немесе оның орнына қолданылатын өлшеу құралын айтады. Мысалы, электрлік кедергінің өлшемдігі, электр сыйымдылығының өлшемдігі т.с.с. Өлшеу дәлдігіне және қолдану аймақтарына қарай өлшемдіктер эталондық, үлгілік және жұмыстық өлшемдіктерге бөлінеді. Эталондық өлшемдік деп физикалық шаманың өлшем бірлігін сақтайтын және одан басқа өлшемдіктер үшін көшірме алуға арналған құралды айтады. Үлгілік өлшемдіктер жұмыстық өлшемдіктер мен өлшеуіш аспаптарын өлшемдеуге және оларды тексеруге, ал жұмыстық өлшемдіктер өндіріс орындарында, ғылыми т.б. мекемелерде өлшеу жұмыстарын жүргізуге арналған. 
Электрлік өлшеуіш аспаптары деп физикалық шамалардың мәндерін адамның қабылдауына қолайлы түсінікті информация түрінде бере алатын өлшеуіш құралдарын айтады. Мысалы, вольтметр, амперметр, ваттметр, санауыш т.б. 
Өлшеуіштік түрлендіргіштер негізінде электрлік немесе бейэлектрлік шамаларды электр сигналдарына түрлендіріп, кейін оны электрлік өлшеуіш аспаптарымен цифрлық мәнге айналдыру үшін керек. Әдетте электрлік шамаларды электр сигналына түрлендіргіштер ретінде шунттар, кернеу бөлгіштер, өлшеуіштік трансформаторлар т.б. қолданылса, ал бейэлектрлік шамаларды электр сигналдарына түрлендіру үшін терморезисторлар, терможұптар, тензорезисторлар, сыйымдылықты және индуктивті түрлендіргіштер т.б. қолданылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Индуктивті түрлендіргіштер. Магнитті серпімді түрлендіргіштер. Түрлендіру функциясы, өлшеу қателіктері

 Индуктивті түрлендіргіш (ИТ) дегеніміз өлшенетін (механикалық) шаманың мәнін индуктивті мәнге түрлендіретін түрлендіргіш. Ол магнитсымдардың элементтерінің қатысты салыстырмалы орын ауыстыруларында толық кедергісін өзгертетін индуктивті катушкадан тұрады. 1-суретте аз ауа саңылауға ие, ұзындығы өлшенетін шаманың Р әсерімен (бағытталған күш, қысым, сызықтық орын ауытыру) өзгеретін кең таралған түрлендіргіш көрсетілген, мұның нәтижесі жүрекшеге кигізілген айнымалы ток тізбегіне қосылған магнитті тізбектің магнитті кедергісі және катушканың индуктивтілігі.

 

 

1 — сурет. Индуктивті түрлендіргіштің құрылысы:

1 – жүрекше; 2 – орама

Катушканың L индуктивтілігі:

 немесе 

мұндағы  ω — катушка орамдарының саны; Rм — магнитті тізбектің толық кедергісі; RM.CT — болаттан жасалған бөліктің магнитті кедергісі; — ауа саңылауларының магниттік кедергісі; δ — ауа саңылау; μ0= 1,26·10-6 Гн/м — ауа саңылауының магнит өткізгіштігі; Q — ауа саңылауының ауданы. Осылайша бұл түрлендіргіштің табиғи кіріс шамасы 1 жүрекшенің орын ауыстыруы шығыс 2 орамның индуктивтілігінің өзгерісі болып табылады. Катушканың индуктивті кедергісінің өзгерісі оның  Z толық кедергісінің өзгеруіне алып келеді. Осыған байланысты өлшенетін Р механикалық шама мен түрлендіргіштің  Z электрлік кедергісі арасында функциялық тәуелділік пайда болады.

 

Z=f(P) и ΔZ=f(ΔP).

Трансформаторлық түрлендіргіштер. Екі жақты индуктивті немесе трансформаторлық түрлендіргіш дегеніміз өлшенетін шама мәнін екі жақты индуктивті мәнге айналдыратын түрлендіргіш.

Магнитті түрлендіргіштің  екі орамасы болған жағдайда Rм магнитті кедергі өзгергенде катушка орамдары арасындағы  М екі жақты индуктивтілік өзгереді.

M = ω1 ω2/lм.

Трансформаторлық түрлендіргіштердің екі түрі болады: өзгермелі магниттік кедергісі бар (23, а сурет) және қозғалмалы орамалы (23, б, в сурет).

23, а суретте, қозғалмалы жүрекшесі бар трансформаторлық түрлендіргіш берілген. wx орамасы айнымалы токпен (жиілігі ω) қоректенеді.

Егер МЭҚК (МДС) яғни I1 тоғын тұрақты ұстасақ, онда Ф ағымы және екінші орамда индукцияланған ЭҚК ауа алмасуы ұзындығының функциясы болып табылады. Р күшімен мына қатынас арқылы байланысады:

23, б суретте көрсетілген түрлендіргіште өлшенетін шама әсерімен ағымның белгілі бөлігі жалғасқан қысқаша тұйықталған орам орын ауыстырады. Ораммен жалғанған ағым орамның ауа саңылауының жағдайына тәуелді токтар индукциялайды, белсенді шығындар жасайды яғни қосымша магнитті реактивті кедергі қосады. Сонымен бірге 1 және 2 орамалардың жалғану ағымы өзгереді және екінші орамадағы ЭҚК - ті өзгертеді.

Түрлендіргіш (2 в сурет) үлкен Δl  сызықты орын ауыстыруларды өлшеуге арналған екі параллель жолақ түріндегі жұмыс бөлігінен тұратын 2 магнитсымнан, 1 қозу орамасы және 3 қозғалмалы орамадан тұрады. 3 орама а жағдайынан b жағдайына орын ауыстырғанда 3 орамада ЭҚК артады.

 

 

2 —   Трансформаторлық түрлендіргіштердің әртүрлілігі:

а – жылжымалы жүрекшелі; б – жылжымалы катушкасы бар (1 және 2 –трансформатор орамдары); в – сызықты үлкен орын ауыстыруларды өлшеуге арналған (1 – қозу орамы; 2 – магнитсымдар; 3 – жылжымалы орам); г – үлкен бұрыштық орын ауыстыруларды өлшеуге арналған (1,3,4 – орамдар; 2 – магнитті тізбек)

 

  23, г суреттегі түрдегі түрлендіргіштерді үлкен бұрыштық орын ауыстыруларды  өлшеуге, қолдануға бролады. w1 орама айнымалы ток тізбегіне қосылып магнит ағымын тудырады. Бұл оның бөлігі 4 орама арқылы өтіп онда Е2 тудырады. Мұндай түрлендіргіште 4 орама 2 магнитті тізбектің сақина тәрізді саңылауында бұрыла алатын қаңқа түрінде жасалынған. Қаңқаның шеткі жақтарында (а1 және а2) онда индукцияланған Е2 ЭҚК – і ең үлкен мәнге ие. Қаңқа көлденең жағдайға бұрылған сайын Е2 ЭҚК – і сызықты көлге дейін азаяды. Қаңқа көлденең жағдайдан өту кезінде Е2 фазасы 180° – ке өзгереді. 3 орама 4 орамамен тізбекті жалғану себебі қаңқаның а1 – ден а2 – ге бұрылғанда түрлендіргіштің ЭҚК – ң 0 – ден максимумға дейін өзгеруін алу үшін.

Индуктивті манометр (24 – сурет). Оны жиілігі  800 Гц –  ке дейін өзгеретін ауа қысымының аз мәндерін өлшем үшін қолданады. (15 Н/м2, яғни 1,5 мм). Өлшенетін қысым 3 түтік арқылы түрлендіргіштің корпусына жалғанған 2 жұқа гафриленген мембранаға әсер етеді. 1 катушка жасайтын магнит ағымы 5 жүрекше, 6 стакандар, 2 мембрана арқылы тұйықталады.  Өлшенетін қысымның мембранаға әсерінен ол бір жағына қисаяды, бір катушканың ағымы үшін магнит кедергі азаяды, басқа катушка үшін артады. Түрлендіргіштің катушкалары көпірдің көршілес иықтарына жалғанады, соның әсерінен қоршаған орта температурасының өзгерісіне байланысты қателіктен жойылады.

Индуктивті деңгейөлшегіштер, виброметрлер, акселерометрлер және т.б. болады.

 

 

3 — сурет. Манометр индуктивті датчигінің құрылысы:

 1 – катушка; 2 – мембрана; 3 – түтікше; 4 –түрлендіргіш корпусы;

5 – жүрекше; 6 – стакан

 

Магниттісерпімді түрлендіргіш (МТ).

Магниттісерпімді түрлендіргіш электромагнитті түрлендіргіштердің бір түрі болып табылады. Олар бойында болып s механикалық кернеуге тәуелді ферромагниттік денелердің µ магниттік өткізгіштігінің өзгеруіне негізделген, ол өз кезегінде ферромагнитті денелерде әсер ететін Р механикалық күшіне (созылу, жиырылу, майысу, айналу) байланысты. Ферромагнитті жүрекшенің магнит өткізгіштігінің өзгеруі Rм жүрекшесінің магнит кедергісінің өзгерісіне әкеледі. Ал Rм — нің өзгеруі жүрекшеде орналасқан L катушкасының индуктивтілігінің өзгерісіне әкеледі. Осылайша магниттісерпімді түрлендіргіште келесі түрлену тізбегіне ие екенін білеміз:

P→σ→μ→Rм→L.

Магниттісерпімді түрлендіргіштер екі орамалы болады (трансформатор сияқты). Күш әсерінен магнит өткізгіштік өзгергенде орамалар арасындағы М екі жақты индуктивтілігі мен Е екінші ораманың келтірілген ЭҚК өзгереді. Бұл жағдайда түрлену тізбегі келесідей:

P→σ→μ→Rм→ M→E.

Ферромагнит материалдардың магнит қасиеттерінің механикалық деформация әсерінен өзгеруі көрінісін магнитті серпімді эффект деп атаймыз.

Магниттісерпімді түрлендіргіштің қолданылуы. Магниттісерпімді түрлендіргіштің қолданылады:

         •  үлкен қысымды өлшеуде (10 Н/мм2, немесе 100 кГ/см2 алатын), себебі олар қысымды тікелей қабылдайды, басқа түрлендіргіштің қажеті жоқ;

         • күштерді өлшеу. Бұл жағдайда  аспап өзгерісі шегі магниттісерпімді түрлендіргіш ауданымен анықталады. Берілген түрлендіргіштер күш әсерінен аз ғана деформацияланады. l = 50 мм тең болғанда, Δl ≤ 10 мкм жоғарғы қатаңдықпен 20... 50 кГц дейінгі өзіндік жиілікке ие. Магниттісерпімді түрлендіргіш материалындағы жіберілетін кернеу 40 Н/мм2 аспауы қажет.

Айнымалы токта, энергия көзінен электр кондырғыларга келіп тусетін орташа куатp = Popm=UIcos Бул шаманы айнымалы токтыц куаты немесе активтік қуат деп атайды.Реактивтік қуаттың орташа шамасы 0-ге тен. Реактивтік қуаттын шамасын бағалау үшін оның максимал мәнін пайдаланамыз, ол мынаған тең: Q= UI sin фиАктивтік қуат ваттпен (Вт) немесе киловаттпен (кВт) өлшенеді, реактивтік қуат – вольт-ампер-реактивтік (вар) немесе киловольт-ампер реактивтікпен (квар) өлшенеді.

105.Синусоидалы тоқ тізбегіндегі  индуктивті катушка.

Егер, қандай да бір тізбек элементіндегі токты өзгерткенде екіншісінде ЭҚК нің пайда болуына әкелсе, онда аталмыш екі элемент бір-бірімен индуктивті байланысқан деп аталады.Индуктивті катушка нақты тізбектегі синусоидалды тоқ алмастыру сұлбасының элементі түрінде, магниті жазықтықта индукция құбылысы мен жиналу құбылысын есепке алуға жағдай жасайды. Айнымалы тоқ тізбегіне аз кедергісі бар R=0 индуктивті катушка қосылған тоқтың үздіксіз өзгеріп тұруы ЭҚК катушка иірімі де индукциясының пайда болуына әсер етеді. Ленц ережесі бойынша ЭҚК тоқтың өзгеруіне қарсыласады. Мысалы, катушкадағы тоқ синус заңы бойынша өзгереді: . Бұл жағдайда өз индукциясының ЭҚК: .Сондықтан катушкадағы кернеу =. Кернеу тоқтан бұрышқа озады немесе тоқ фазасы кернеуден бұрышқа қалады деуге болады. Дәл осы жағдайда фазаның қозғалу бұрышы оң..  
106.Индуктивті катушканың реактивті кедергісі.

Егер, қандай да бір тізбек элементіндегі токты өзгерткенде екіншісінде ЭҚК нің пайда болуына әкелсе, онда аталмыш екі элемент бір-бірімен индуктивті байланысқан деп аталады.Реактивтік кедергілерде  ток көздерінен өндірілген электр энергиясы жұмсалмайды.Тек бұл резистивтік кедергіні айнымалы ток тізбегіне қосқанда , олардың арасында энергияның  алмасуы жүреді ,ол туралы төменде көрсетіледі .Реактивтік кедергінің сыйымдылық және индуктивтілік қасиеттері бар . 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

 

Қазіргі кезде электрлік немесе бейэлектрлік шамаларды өлшеу жұмыстарының көпшілігі электр тогын қолдануға негізделген. Ал электр тогын пайдалану үшін әртүрлі электрлік құрал-жабдықтар керек. Электрлік өлшеу құрал-жабдықтарына физикалық шамалардың өлшемдіктері, өлшеуіш аспаптар мен өлшеуіштік түрлендіргіштер кіреді.

Өлшемдік деп физикалық шаманың қабылданған мәнін сақтайтын, оны қайталайтын немесе оның орнына қолданылатын өлшеу құралын айтады. Мысалы, электрлік кедергінің өлшемдігі, электр сыйымдылығының өлшемдігі т.с.с. Өлшеу дәлдігіне және қолдану аймақтарына қарай өлшемдіктер эталондық, үлгілік және жұмыстық өлшемдіктерге бөлінеді. Эталондық өлшемдік деп физикалық шаманың өлшем бірлігін сақтайтын және одан басқа өлшемдіктер үшін көшірме алуға арналған құралды айтады. Үлгілік өлшемдіктер жұмыстық өлшемдіктер мен өлшеуіш аспаптарын өлшемдеуге және оларды тексеруге, ал жұмыстық өлшемдіктер өндіріс орындарында, ғылыми т.б. мекемелерде өлшеу жұмыстарын жүргізуге арналған.

Электрлік өлшеуіш аспаптары деп физикалық шамалардың мәндерін адамның қабылдауына қолайлы түсінікті информация түрінде бере алатын өлшеуіш құралдарын айтады. Мысалы, вольтметр, амперметр, ваттметр, санауыш т.б.

Өлшеуіштік түрлендіргіштер негізінде электрлік немесе бейэлектрлік шамаларды электр сигналдарына түрлендіріп, кейін оны электрлік өлшеуіш аспаптарымен цифрлық мәнге айналдыру үшін керек. Әдетте электрлік шамаларды электр сигналына түрлендіргіштер ретінде шунттар, кернеу бөлгіштер, өлшеуіштік трансформаторлар т.б. қолданылса, ал бейэлектрлік шамаларды электр сигналдарына түрлендіру үшін терморезисторлар, терможұптар, тензорезисторлар, сыйымдылықты және индуктивті түрлендіргіштер т.б. қолданылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі:

 

1. http://wapref.ru/referat_merqasujgmermerrna.html
2. http://www.studfiles.ru/preview/2038476/page:4/
3. http://www.smsreferat.kz/%D0%A0%D0%B5%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82/15555-%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BB%D1%96%D0%BA-%D3%A9%D0%BB%D1%88%D0%B5%D1%83-%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8B-%D0%BD%D0%B5%D0%B3%D1%96%D0%B7%D0%B3%D1%96-%D1%82%D2%AF%D1%81%D1%96%D0%BD%D1%96%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80-11-%D0%B1%D0%B5%D1%82.html
4. http://stud.kz/referat/show/961