Нормирующий преобразователь сигнала дифференциально-трансформаторного датчика
Полезная модель относится к электротехнике и приборостроению и предназначена для преобразования сигнала дифференциально-трансформаторного датчика (например, датчика давления или перепада давлений или разрежения) в унифицированный сигнал постоянного тока 0-5 мА или 4-20 мА. Область применения - системы автоматического регулирования и управления технологическими процессами в энергетике, металлургии, химической и других отраслях промышленности.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи упрощения конструкции нормирующего преобразователя и повышение его точности путем замены трансформатора тока в известном устройстве на резистор и дифференциатор, подключенные определенным образом.
Нормирующий преобразователь сигнала дифференциально-трансформаторного датчика (далее - датчик ДТ) содержит источник питания датчика ДТ и усилитель-демодулятор с дополнительным входом. Для достижения технического результата в него введены резистор, включенный между выходом источника питания датчика ДТ и первичной обмоткой датчика ДТ, и дифференциатор, вход которого подключен к резистору, а выход - к дополнительному входу усилителя-демодулятора.
Полезная модель относится к электротехнике и приборостроению и предназначена для преобразования сигнала дифференциально-трансформаторного датчика (например, датчика давления или перепада давлений или разрежения) в унифицированный сигнал постоянного тока 0-5 мА или 4-20 мА. Область применения - системы автоматического регулирования и управления технологическими процессами в энергетике, металлургии, химической и других отраслях промышленности.
Известен нормирующий преобразователь (далее - преобразователь) НП-П3 (http://www.mehanizmy.ru/info/docums/kipia/pn/l458/10565/), содержащий усилитель-демодулятор, преобразующий сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока, а также феррорезонансный стабилизатор для питания дифференциально-трансформаторного датчика (далее - датчик ДТ).
Недостатками этого преобразователя являются большая масса и низкая точность работы феррорезонансного стабилизатора.
Известен преобразователь сигнала датчика ДТ, выполненный в виде микросхемы AD698 фирмы Analog Devices (http://www.analog.com/ru/mems-sensors/lvdt-sensor-amplifiers/ad698/products/product.html), содержащий источник питания датчика ДТ, усилитель-демодулятор с дополнительным входом. Дополнительный вход служит для компенсации влияния нестабильности питающего напряжения, однако, ввиду того, что в рекомендуемой изготовителем схеме подключения не учитывается погрешность, возникающая от изменения температуры датчика ДТ, т.к. при нагреве ток в первичной обмотке будет меняться, что не устраняется схемой компенсации. Если на дополнительный вход подать сигнал, пропорциональный току через первичную обмотку датчика ДТ, останутся погрешности, связанные с наличием высших гармоник питающего тока, т.к. сигнал на дополнительном входе пропорционален току, а на основном входе - пропорционален первой производной от тока, что подтверждается формулой (1), приведенной ниже.
Недостатком этого преобразователя является недостаточная точность.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является НП-П10 - преобразователь сигнала датчика ДТ, выпускаемый ОАО «ЗЭИМ» г. Чебоксары (http://www.zeim.ru/production/docs/d/np-p10.pdf). Он содержит источник питания датчика ДТ, усилитель-демодулятор с дополнительным входом и трансформатор тока, первичная обмотка которого включена между выходом источника питания датчика ДТ и первичной обмоткой датчика ДТ. Выход трансформатора тока, подключен к дополнительному входу усилителя-демодулятора. Источник питания датчика ДТ в НП-П10 нестабилизированный. Стабилизация выходного сигнала при изменении напряжения питающей сети осуществляется изменением коэффициента передачи усилителя-демодулятора за счет управляющего воздействия сигнала с выхода трансформатора тока, поступающего на дополнительный вход усилителя-демодулятора.
Сложная конструкция трансформатора тока и нестабильность его характеристик, проявляющаяся при воздействии механических нагрузок, внешних магнитных полей, температурных колебаний, определяют недостатки преобразователя НП-П10: сложность конструкции и недостаточная точность.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи упрощения конструкции преобразователя и повышение его точности путем исключения трансформатора тока и введения дифференциатора и резистора.
Для достижения указанного технического результата в преобразователь сигнала датчика ДТ, содержащий источник питания датчика ДТ, усилитель-демодулятор с дополнительным входом, введены резистор, включенный между выходом источника питания датчика ДТ и первичной обмоткой датчика ДТ, и дифференциатор, вход которого подключен к резистору, а выход - к дополнительному входу усилителя-демодулятора.
На чертеже приведена структурная схема заявленного преобразователя сигнала датчика ДТ.
Преобразователь НП содержит источник 1 питания датчика ДТ, усилитель-демодулятор 2 с дополнительным входом 3, резистор 4 и дифференциатор 5.
Все узлы, входящие в состав преобразователя, могут быть выполнены любым известным в технике способом, например, усилитель-демодулятор 2 и дифференциатор 5 могут быть выполнены на операционных усилителях или программным способом с применением микро-ЭВМ.
Преобразователь работает следующим образом. От источника 1 питания ток подается на последовательную цепь из резистора 4 и первичной обмотки датчика ДТ. Напряжение на выходе датчика ДТ описывается формулой
где: 
- круговая частота;
М - взаимная индуктивность между первичной и вторичными обмотками, которая определяется положением штока датчика ДТ;
I - ток первичной обмотки;
j - оператор, показывает, что сдвиг фаз между током в первичной обмотке и напряжением на вторичной равен 90°.
При измерении, например, давления шток датчика ДТ будет перемещаться, при этом изменяется выходной сигнал датчика ДТ, который поступает на вход усилителя-демодулятора 2, в котором он усиливается, выпрямляется, сглаживается и подается на выход НП. Дополнительный вход 3 управляет коэффициентом передачи Кп усилителя-демодулятора 2:
где: А - постоянная величина;
U3 - напряжение на дополнительном входе 3, которое определяется по формуле
где: - круговая частота;
R4 - сопротивление резистора 4;
I - ток первичной обмотки датчика ДТ;
Тд - постоянная времени дифференциатора. Выходной сигнал усилителя-демодулятора 2 равен:
Как видно из (4) выходной сигнал преобразователя не зависит от тока питания датчика ДТ.
Таким образом, введение в преобразователь резистора и дифференциатора, включенных описанным выше образом, позволило исключить из схемы сложный в конструктивном исполнении и подверженный влиянию внешних воздействий (механические, температурные, внешние магнитные поля) трансформатор тока, в результате упрощена конструкция заявляемого преобразователя и повышена его точность.
Нормирующий преобразователь сигнала дифференциально-трансформаторного датчика, содержащий источник питания этого датчика, усилитель-демодулятор с дополнительным входом, отличающийся тем, что в него введены резистор, включенный между выходом источника питания датчика и первичной обмоткой датчика, и дифференциатор, вход которого подключен к резистору, а выход - к дополнительному входу усилителя-демодулятора.
