ПОСТРОЕНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ДИСТАНЦИОННОГО МАНОМЕТРИЧЕСКОГО УКАЗАТЕЛЯ

В настоящее время используется огромное количество датчиков-преобразователей, которые воспринимают изменение какой-либо пассивной величины и преобразовывают ее в электрический сигнал. Следовательно, с помощью таких воспринимающих элементов можно преобразовывать один вид энергии в другой (давление, температуру, вибрацию и т.д. в электрический сигнал).

Приборы и датчики давления применяются в летательных аппаратах для измерения давления воздуха, газов и жидкостей в бортовых системах (система выпуска шасси, тормозная система) и элементах авиадвигателей [2].

Существует разновидность приборов для измерения давления: положительного избыточного (манометры), отрицательного (вакуумметры) и абсолютного (барометры).

Широкое применение получили в авиационной отрасли манометры, входящие в состав манометрических пилотажно-навигационных приборов.

Преподавателями кафедры ИТИ и У филиала «Восход» Московского авиационного института была разработана лабораторная установка «Электромеханический дистанционный манометрический указатель» (ЭДМУ), предназначенная для измерения давления жидкостей и газов в авиадвигателях различных типов и имеющих диапазон измерений: от 0 до 100 кг/см².

Лабораторное оборудование «ЭДМУ» представляет собой металлическую конструкцию, на панели которой смонтированы такие приборы как [1]:

• миллиамперметры (для замера токов в рамках логометра);
• вольтметры (для контроля напряжения питания);
• манометр, в комплект которого входит датчик, соединительные провода и указатель;
• 3 магазина сопротивлений.

Схема ЭДМУ собрана по принципу логометрического моста, давление имитируется перемещением датчика по шкале вручную.

Основные технические данные установки следующие:

• диапазон измерения давления: 0-6 кг/см²;
• рабочий участок шкалы измерителя: 1-5 кг/см²;
• манометр работает в диапазоне температур внешней среды: +50˚С до -60˚С.

Структурная схема ЭДМУ представлена на рисунке 1, где

1 – чувствительный элемент;

2 – передаточно- множительный элемент;

3 – потенциометр;

4 – электроизмерительная схема логометра;

5 – логометр (электроизмерительный прибор);

& – угол поворота стрелки указателя;

– давление (кг/см²);

, –перемещение чувствительного элемента;

, – сопротивление потенциометра;

, –токи в рамках логометра.

При включении прибора к источнику питания в рамках электроизмерительного прибора (логометра) протекают электрические токи, соотношение которых зависит от давления. В случае отсутствия давления  ток  имеет максимальное значение, а ток  в рамке логометра отсутствует. В таком случае магнитное поле создается только током , а стрелка указывает, что давление отсутствует.

С увеличением давления ток  в рамке уменьшается, а ток  в рамке увеличивается. Следовательно, магнитный поток рамки 1 уменьшается и увеличивается поток в рамке 2 при этом ось результирующего магнитного поля поворачивается. Когда давление достигает значения , схема становится симметричной и токи становятся между собой равны (  = ).

При достижении максимального давления  ток в рамке 1 уменьшается до нуля и стрелка показывает максимальное давление.

При отключении питания стрелка при помощи дополнительного неподвижного магнита возвращается в исходное положение, т.е. к нулю.

В лабораторной установке применяется электрический дистанционный манометр, предназначенный для получения визуальной информации об измеряемом давлении на небольшом расстоянии от места проведения испытания. В комплект манометра обычно входят указатель и датчик, соединенные между собой электропроводкой.

Схемы электрических дистанционных манометров могут быть гальванометрическими, компенсационными и логометрическими.

Гальванометрическая схема- это схема, где сопротивление, индуктивность и емкость преобразуется в ток с помощью такого устройства как гальванометр.

Компенсационная схема- это схема, где замеры емкости, индуктивности и сопротивления производятся с помощью компенсаторов (мостов).

Лабораторная установка имеет логометрическую схему.

Это схема, где выходные параметры датчика такие как индуктивность, сопротивление и емкость преобразуются в два тока  и . Отношение полученных токов измеряется при помощи такого устройства как логометр.

Электрические величины как емкость, сопротивление, индуктивность, частота и т.п. (пассивные величины) сами по себе не являются носителями электрической энергии. Следовательно, для получения электроэнергии они должны быть предварительно преобразованы в какую-либо электрическую энергию(обычно в ток). Осуществляется такое преобразование с помощью специальных схем (измерительные цепи, питающиеся от внешнего источника).

Для того, чтобы показания устройства, измеряющего пассивную величину, зависели только от этой величины и не зависели от напряжения источника питания, в таких схемах применяются логометры – устройства, измеряющие только отношение двух величин (обычно токов).

Так как логометр измеряет отношение двух величин, следовательно, механизм состоит из элементов, на каждый из которых действует одна из электрических величин. Только отношение двух величин позволяет нам сделать показания независимыми от напряжения источника питания.

Конечно, без погрешностей не обойтись. На установке выявляются  погрешности, возникающие от влияния вредных сил (взаимное притяжение электромагнитных механических частей, силы трения в преобразователе и т.д.). Уменьшить эти погрешности можно следующими способами:

- улучшить качество опор;

- применить такие преобразователи, у которых силы притяжения скомпенсированы в начальном положении;

- увеличить эффективную площадь чувствительного элемента.

Погрешности измерения давления на данной лабораторной установке составляет 3-4 % от истинного значения.

Подводя итоги, можно отметить, что данная установка очень проста и удобна в использовании студентами при проведении лабораторных работ по дисциплине «Технические средства АСОИУ», имеет небольшое количество составных механических частей, что снижает вероятность выхода из строя установки в целом, и самым главным преимуществом является дешевизна оборудования. С помощью данной установки можно получать необходимые результаты, которые в дальнейшем можно обрабатывать методом математической статистики. Прибор можно внедрить эксплуатировать в средних образовательных учреждениях старших классов по дисциплине физика.

Список литературы:

1. Глыбовская М.М. «Исследование потенциометрических датчиков»: Методические указания к лабораторной работе № 6 по дисциплинам «Измерительные преобразователиЛА», «Теория информации и информационные подсистемы АСОИУ». Филиал «Восход» (МАИ), 2005.-20 c.
2. Пятифан. [Электронный ресурс]. - Режим доступа - Измерение давлений. - URL: http: //5fan.ru/wievjob.php?id=22146 (дата обращения: 03.02.16)