В большинстве своём современные пользователи средств измерения скорее всего даже не подозревают о существовании целого направления в области контроля таких технических процессов как измерение давления различных сред (пар, газ, жидкость), а также их разности с помощью датчиков, выходной сигнал которых формируется дифференциальными трансформаторами.
Сегодня рынок датчиков для измерения давления и разности давлений насыщен огромным количеством устройств, которые позволяют решить многие производственные задачи. Эти устройства относительно компактны, имеют различные физические принципы преобразования физической величины, например, давления в нормированный электрический сигнал, с которым удобно работать. С точки зрения современного развития электронных средств контроля за техническими процессами, датчики давления (разности давлений), принцип действия которых основан на применении дифференциальных трансформаторов, являются, в некоторой степени, – анахронизмом, как, кстати, и классические вторичные приборы к ним.
Тем не менее, актуальность работы с этими средствами измерения существует до сих пор, и не исчезнет в обозримом будущем, так как тысячи преобразователей этого типа до сих пор успешно несут свою вахту на производствах. Все эти преобразователи работоспособны и будут оставаться такими ещё долгое время, так как характеризуются высокой надёжностью.
Иногда возникает необходимость заменить старый вторичный прибор, оставив на месте вполне ещё хорошо работающий первичный датчик на основе ДТП. Здесь как раз тот случай, когда подобрать вторичный прибор невозможно, не понимая принцип работы такого датчика.
На самом деле, и мы в своих статьях будем обращать на это внимание и в других случаях, то, как подаётся принцип действия датчиков такого типа в литературе и даже в руководстве по эксплуатации, не совсем соответствует действительности. Отсюда и некоторая сложность в понимании принципа их работы. Дело в том, что, например, в руководстве по эксплуатации датчика разности давлений ДМ-3583М сказано, что диапазон изменения взаимной индуктивности (между чем и чем?) от 0 до 10 мГн и его выход представляет собой унифицированный сигнал взаимной индуктивности.
С другой стороны, в руководстве по эксплуатации вторичного прибора ВМД 4882 говорится о том, что он предназначен для «…измерения…величин, преобразованных во взаимную индуктивность 0-10 или 10-0-10мГ». Далее, в таблице, нормируется входной сигнал в мГ. То есть, вторичный прибор нормирует полученные миллигенри в то, что мы видим на его шкале. Вроде бы всё понятно. Непонятно только то, каким образом миллигенри передаются по проводам.
Для того, чтобы понять, как работает ДТП, следует рассмотреть его конструкцию и принципиальную электрическую схему. Они представлены на рисунке 1.
Рисунок 1. 1а – конструкция ДТП; 1б – электрическая схема ДТП.
Как видно из рисунка, преобразователь состоит из намотанных на цилиндрическом каркасе двух идентичных секций, состоящих из первичной и вторичной обмоток w1 (первичная обмотка), и w2 (вторичная обмотка). Секции первичных w1 обмоток включены последовательно согласно, а вторичных обмоток w2-1 и w2-2 – встречно. Внутри каркаса трансформатора размещён сердечник (плунжер), который может в небольших, определяемых конструкцией ДТП, пределах (±1,6мм; ±2,5мм; ±4мм) перемещаться вдоль его оси. Первичная обмотка, как и в обычных трансформаторах, подключается к источнику переменного тока. Как и в обычном трансформаторе, во вторичных обмотках наводится, вследствие индуктивной связи между первичной и вторичными обмотками ЭДС. Перемещение плунжера влияет на величину этой связи. В среднем положении плунжера индуктивная связь между первичной и вторичными обмотками одинакова, одинаковы и их ЭДС. Однако, так как вторичные обмотки включены встречно, то на выходе ДТП, в этом случае, величина сигнала будет равна нулю. При его перемещении вверх (рис.1б) индуктивная связь между w1 и w2-1 увеличивается, а связь между w1 и w2-2 уменьшается. Соответственно, увеличивается ЭДС на обмотке w2-1, а на обмотке w2-2 ЭДС уменьшается и разностный сигнал на выходе увеличивается. То же происходит при движении плунжера в другую сторону. В этом случае сигнал на выходи по амплитуде будет иметь такую же зависимость от величины перемещения плунжера, что и в первом, однако фаза переменного напряжения будет сдвинута на 180°. Поэтому обычным вольтметром эффективного значения напряжения в данном случае пользоваться нельзя.
Перемещение плунжера обеспечивается деформацией мембраны или трубки Бурдо (с которыми он жёстко закреплён) под действием измеряемой физической величины.
Входящие в состав датчиков подобного типа ДТП являются унифицированными изделиями, с нормированными метрологическими характеристиками, и предметом нормирования является как раз та самая взаимная индукция 0-10 или 10-0-10 мГ, между первичной и вторичными обмотками. Эта величина едина для всех унифицированных преобразователей трансформаторного типа, а ассортимент датчиков в целом определяется свойствами используемых мембран или трубок Бурдо. Точно такие же трансформаторы стоят и во входной цепи ВМД 4882 (рисунок 2)
Рисунок 2. Принципиальная (без усилителя) схема ВМД 4882.
Розовым цветом на схеме выделен первичный ДТП, голубым – аналогичный ДТП в ВМД 4882. Как видно, первичные обмотки ДТП соединены последовательно, а вторичные обмотки – встречно, то есть, при одинаковом перемещении плунжеров, разностный сигнал будет равен нулю. Усилитель, управляющий двигателем, вращающим кулачок для перемещения плунжера, настроен таким образом, чтобы плунжер всегда занимал положение, при котором разностный сигнал меду сигналом от ДТП датчика и ЭДС ДТП прибора был равен нулю. Жёстко связанная с валом двигателя стрелка при этом остановится напротив значения измеряемой физической величины на отградуированной шкале.
Итак, по проводам вторичного прибора к датчику поступает питающее переменное напряжение, а от датчика ко вторичному прибору разностный сигнал ДТП, метрологические качества которого, кроме прочего, определяются нормированной взаимной индукцией между первичными и вторичными обмотками.
Проблема применения датчиков с ДТП заключается, как правило, не в них, а во вторичных приборах, главным представителем которых является ВМД 4882, предназначенный для измерения и сигнализации избыточного, вакуумметрического давления, расхода, уровня и других неэлектрических величин, преобразованных во взаимную индуктивность. Кстати, эти, как написано в документации, «миниатюрные» приборы имеют массу до 7 кг и довольно большие (по сегодняшним меркам) размеры.
Тем не менее, основными недостатками этих приборов являются отнюдь не масса и габариты, а их внутренняя начинка, практически полностью механическая, состоящая из двигателей, микропереключателей, кулачков и пр. Очевидно, что это не увеличивает надёжность приборов. Большинство запчастей к ним уже не производится, да и сами они не производятся тоже. Ремонт такого прибора может быть дороже его самого.
Казалось бы, есть очевидное решение задачи: надо просто приобрести новые датчики и вторичные приборы, тем более, что есть из чего выбрать. Однако, это простое решение, на самом деле, может влететь в копеечку. Рачительный пользователь трижды подумает, прежде, чем сделает это. И вот почему.
Простая замена датчиков и вторичных приборов потребует серьёзной доработки установочных мест и соответствующих временных и материальных затрат. Как правило, в итоге, результат этой работы выглядит так (рисунок 3).
Установочные размеры современных датчиков не соответствуют установочным размерам датчиков старого типа (рисунок 4). Более того, придётся заменить и систему подключения к контролируемому техническому процессу, а также провести новые кабели для подключения датчиков ко вторичным приборам.
Идеальным решением данной проблемы может применение вторичного прибора Ф1760.3, специально разработанного для работы с датчиками на основе ДТП и конструктивно выполненного для простой замены устаревшего ВМД4882. На рисунке 5 представлены приборы Ф1760.3-АД, установленные вместо штатных ВМД 4882.
Рисунок 3. Результат замены штатного оборудования на новое.
Рисунок 4. Пример монтажа штатных и современные датчиков.
Рисунок 5. Пример замены ВМД 4882 на Ф1760.3-АД.
Литература:
Техническое описание и инструкция по эксплуатации ВМД 4882;
«Преобразователи измерительные разности давлений ДМ-3583М» Руководство по эксплуатации;
«Приборы вторичные для работы с датчиками дифференциально-трансформаторного типа Ф1760.3-АД» Руководство по эксплуатации.
Ресурсы интернета:
Кандидат технических наук Халатов А.Н.
