Реферат Курсовая Конспект
Трансформаторные преобразователи - раздел Приборостроение, АНАЛОГОВЫЕ И ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕКРОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В Работе Трансформаторных (Взаимоиндуктивных) Измерительных Преобразователей ...
|
В работе трансформаторных (взаимоиндуктивных) измерительных преобразователей используется изменение под действием перемещения индуктивной связи между двумя системами обмоток, одна из которых (первичная) питается переменным током, а на выходе другой (вторичной) формируется выходной сигнал.
Рис. 7.6. Схемы трансформаторных преобразователей:
1 – первичная обмотка; 2, 2' – вторичные обмотки; 3 – ферромагнитный магнитопровод; 4 – ферромагнитная подвижная пластина; 5– измерительный прибор; 6– ферромагнитный подвижный сердечник (пластина)
Схема простейшего трансформаторного преобразователя перемещений показана на рис. 7.6, а. При изменении под действием линейного перемещения длины зазора d между ферромагнитным магнитопроводом и ферромагнитной пластиной изменяется значение магнитного сопротивления и взаимной индуктивности между первичной и вторичной обмотками трансформатора. При этом на выходе вторичной обмотки возникает напряжение, которое при постоянном значении тока I1 протекающего через первичную обмотку, описывается выражением
,
где М – взаимная индукция между первичной и вторичной обмотками трансформатора, зависящая от изменений х длины d воздушного зазора, т.е. М = φ(х).
Названное напряжение является выходным сигналом трансформаторного преобразователя и измеряется, например, вольтметром переменного тока (см. гл. 3). Из большого числа трансформаторных преобразователей линейных и угловых перемещений чаще используют так называемые дифференциально-трансформаторные преобразователи линейных перемещений (рис. 7.6, б).
Преобразователь имеет разомкнутую магнитную цепь и выполнен в виде соленоида. Первичная и две одинаковые по характеристикам вторичные обмотки включены встречно. При перемещении подвижного ферромагнитного сердечника относительно нейтрального положения, например, вверх взаимная индукция между первичной и верхней вторичной обмотками увеличивается, а между первичной и нижней вторичной обмотками – уменьшается. Это приводит к увеличению интенсивности передачи электромагнитной энергии к верхней обмотке и уменьшению передачи энергии к нижней обмотке. Поэтому сигнал U2 на выходе верхней вторичной обмотки становится больше сигнала U'2 на выходе нижней вторичной обмотки (при нейтральном положении ферромагнитного сердечника эти сигналы равны).
Разность сигналов U2–U'2, являющаяся выходным сигналом дифференциально-трансформаторного преобразователя перемещений, описывается выражением
Рис. 9.16. Схемы пикфлуометров: 1— мундштук; 2— выступ; 3 — подвижнйй указатель; 4— шкала; 5— щель; 6— корпус; 7— подвижная пластина; # —диафрагма; 9, 16— гибкие трубки; 10— мембранный дифференциальный манометр; 11 — стрелка; 12 — передаточный механизм; 13 — мембранная коробка; 14— вентиль; 15— обратный клапан |
Флоуспирометры (пневмотахометры). Этими приборами можно измерять объемный расход (объемную скорость) газа. Флоуспирометры работают в так называемой открытой системе, т. е. пациент дышит через трубку по открытому контуру, не испытывая дополнительно сопротивления дыханию, как при обычной спирометрии.
Простейшими флоуспирометрамиявляются пикфлоуметр ы (рис. 9.16), которыми измеряют максимальную объемную скорость газа при форсированном выдохе.
Пикфлоуметр (рис. 9.16, а) содержит цилиндрический корпус, в которой размещена тонкая подвижная пластмассовая пластина, перекрывающая все внутреннее сечение цилиндрического корпуса. Эта пластина снабжена выступом, входящим в щель, выполненную в корпусе вдоль его образующей, а вдоль этой щели расположена шкала. В самой же щели установлен подвижный указатель. Перед измерением указатель и пластину устанавливают в крайнее левое положение. В процессе форсированного выдоха на пластину действует сила R, создаваемая аэродинамическим напором, которая описывается:
где F — площадь поверхности пластины, практически равная площади поперечного сечения корпуса.
Под действием силы R пластина перемещается вправо и сжимает воздух, находящийся во внутренней полости корпуса. Если пренебречь утечками выдыхаемого воздуха и утечками сжимаемого воздуха через щель в процессе движения пластины, и принять, что воздух выполняет функцию пружины с жесткостью с, то при максимальном перемещении бтах пластины при однократном форсированном выдохе можно получить приближенную зависимость:
где Qтах — максимальная объемная скорость при выдохе.
Из-за наличия утечек эта зависимость существенно искажается. Однако из нее можно видеть, что перемещение пластины, а вместе с ней и указателя, который перемещается за счет воздействия на него выступа пластины, несет информацию об объемной скорости при выдохе. При достижении максимальной объемной скорости при выдохе сила К достигает максимума. В последующей стадии выдоха, так как сила К уменьшается, пластина остается неподвижной, и с помощью указателя по шкале определяется максимальное значение объемной скорости в процессе выдоха. Диапазон измерений таких пикфлоуметров составляет 0—350 и 0—700 л/м. С позиции метрологии они являются индикаторами объемной скорости.
Большей точностью обладает пикфлоуметр, схема которого показана на рис. 9.16, б. Он представляет собой дроссельный расходомер, в котором в качестве дросселя используется диафрагма с диаметром отверстия 10 или 20 мм. Корпус спирометра подключен двумя гибкими трубками к дифференциальному мембранному манометру, чувствительным элементом которого является мембранная коробка, причем «плюсовое» давление подводится к внутренней полости этой коробки, а «минусовое» — к камере, где располагается мембранная коробка. При форсированном выдохе в момент, когда объемная скорость через сужающее устройство достигает максимального значения, перепад давлений на диафрагме также достигает максимального значения, т. е. наблюдается максимальный перепад давлений, значение которого измеряется мембранным дифференциальным манометром. После достижения в процессе форсированного выдоха максимальной объемной скорости разность давлений Р1 — Р2 уменьшается (давление Р2 близко к атмосферному). При этом закрывается обратный клапан, и положение стрелки дифференциального манометра уже не изменяется, т. е. запоминается максимальный перепад давлений. Так как шкала дифференциального манометра отградуирована в единицах расхода газа, то по углу отклонения стрелки определяют максимальное значение объемной скорости. Впоследствии показания дифференциального манометра постепенно уменьшаются за счет утечки газа через обратный клапан. Для быстрого возвращения спирометра в исходное положение служит вентиль, с помощью которого внутренняя полость мембранной коробки сообщается с атмосферой. Погрешность измерений таких спирометров ± (5—10) %.
Наиболее совершенными являются спирометры, цифровые микропроцессорные или компьютерные флоуспирометры, в составе которых имеются цифровое вычислительное устройство и соответствующие устройства ввода-вывода.
Выпускаются карманные, переносные и стационарные цифровые флоуспирометры с разными информационными возможностями. Все флоуспирометры содержат блок измерения объемного расхода и блок обработки и отображения информации.
В простейших моделях флоуспирометров, например в карманных, оба блока размещаются в общем корпусе.
На рис. 9.17, а показана упрощенная схема цифрового флоуспирометра. Как видно из рисунка, такой спирометр содержит два названных выше блока. При этом в блоке измерения расхода располагается тот или иной датчик расхода (пневмотахометрический датчик). Здесь применяют различные дроссельные, ультразвуковые, тепловые, турбинные датчики, а также датчики скоростного напора. В некоторых моделях флоуспирометров датчики расхода нагреваются с помощью электронагревателя для предотвращения конденсации в них паров воды, содержащихся в выдыхаемом газе (система нагревания для упрощения рисунка не показана).
При спокойном дыхании сигнал, вырабатываемый блоком измерения расхода, имеет форму, показанную на рис. 9.17, б.
Рис. 9.17. Схема цифрового флоуспирометра: 1 — блок измерения расхода; 2— прищепка; 3 — блок обработки и отображения информации; 4 устройство измерения сигнала датчика расхода; 5—датчикдавления; 6, 7—электронные усилите ли; 8 — мультиплексор и аналого-цифровой преобразователь; 9 — цифровое вычислительное устройство; 10 — устройство отображения информации; II — клавиатура; 12 — принтер |
Процедура исследований с помощью флоуспирометров напоминает таковую при записи обычных спирограмм. После некоторого периода спокойного дыхания пациент делает максимальный вдох, а затем — форсированный выдох. В блоке обработки и отображения информации воспринимается сигнал датчика расхода. Затем этот сигнал усиливается, преобразуется в цифровую форму и вводится в цифровое вычислительное устройство. В это же устройство после соответствующего преобразования вводится сигнал датчика давления. В вычислительном устройстве осуществляется обработка сигнала датчика расхода с учетом статической характеристики последнего.
Например, если в качестве датчика расхода используется дроссельный с сужающим устройством, то из сигнала датчика извлекается квадратный корень. Для приведения значения расхода к нормальным условиям осуществляется его коррекция с учетом сигнала датчика давления. Для этого используется выражение
,
где Qн — объемный расход газа в нормальных условиях; Q — измеренное значение объемного расхода газа; Р — абсолютное давление, вычисленное по сигналу Рс датчика давления (Р = Ра + Рб), где Ра — давление, вычисленное по сигналу датчика давления; Рб — барометрическое давление; Рн — давление, принятое за нормальное.
Полученный после этого сигнал интегрируется во времени, что в соответствии с выражением (1) позволяет определить текущее значение объема газа. По результатам непрерывного измерения объемного расхода и вычисления объема при вдохе и выдохе строится так называемая зависимость (петля) «поток — объем» (рис. 9.17, в), которая отображается на экране дисплея устройства отображения информации. Кроме этого, на экране графического дисплея часто отображается кривая К(г), показанная на рис. 9.17, г. На графиках 9.17, в и 9.17, г одновременно отображаются кривые, соответствующие норме Н (кривые показаны сплошной линией) и полученные при обследовании конкретного пациента (кривая П показана пунктирной линией). Форма кривой «объемная скорость — объем» и ее отличие от нормальной для конкретного пациента широко используется для диагностики заболеваний дыхательной системы.
Цифровые флоуспирометры позволяют на основе измерений объемной скорости и вычисления объема газа определить наряду с основными показателями классической спирометрии пиковые, мгновенные и средние значения объемной скорости, соответствующие 25, 50 и 75 % ФЖЕЛ, и некоторые другие показатели. Значения этих показателей выводятся по окончании обследования на экран дисплея.
Вся перечисленная графическая информация и результаты расчетов показателей печатаются на бумаге с помощью специализированного принтера, входящего в состав цифрового флоуспирометра.
Рассмотренные процедуры измерений, обработки, отображения и документирования могут быть выполнены с помощью компьютера при подключении к последнему датчиков расхода и давления выдыхаемого и вдыхаемого газа.
В упрощенной модификации спирометров предусматривается отображение только кривой, показанной на рис. 19.7, в, или только верхней части этой кривой. В карманных спирометрах вместо графического дисплея используется только цифровое отсчетное устройство, на котором по вызову отображается информация, например, о следующих показателях (см. рис. 19.7, в): ФЖЕЛ, ПОСвыд, ОФВь ОФВ2, ОФВ3, ОФВ,/ФЖЕЛ и др.
Относительная погрешность измерений различных показателей флоуспирометрами составляет ±(3—6) %.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Тема... АНАЛОГОВЫЕ И ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕКРОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ Принципы и средства электрических измерений...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Трансформаторные преобразователи
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов