Конструирование устройства для измерения углового перемещения
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
?торой группы приведена на рисунке 4, в. В зазор магнитной цепи 1 вводится пластинка 2 с высокой электропроводностью, в которой наводятся вихревые токи, приводящие к увеличению потерь активной мощности катушки 3. Это эквивалентно увеличению ее активного сопротивления.
a) б) в)
Условные обозначения:
преобразователь с изменяющейся индуктивностью;
плунжерный преобразователь с изменяющейся индуктивностью;
преобразователь с изменяющимся активным сопротивлением.
Рисунок 4 - Схемы различных типов индуктивных преобразователей
Функция преобразования преобразователя (рисунок 4, (а)) с некоторыми допущениями может быть получена следующим образом.
Индуктивность катушки:
L = vФ / I, (23)
где v - число витков;
Ф - пронизывающий ее магнитный поток;
I - проходящий по катушке ток.
Ток связан с МДС Hl соотношением:
I = Hl / v. (24)
Подставляя формулу (18) в (19), получаем:
L = v2Ф / Hl = v2 / RМ , (25)
где RМ - магнитное сопротивление преобразователя:
RМ = Hl / Ф. (26)
Если пренебречь рассеянием магнитного потока и нелинейностью кривой намагничивания стали, то магнитное сопротивление:
RМ = RСТ + RЗ = lСТ / mrm0 QСТ + 2d / m0Q , (27)
где RСТ - магнитное сопротивление стальных участков магнитопровода, Ом;
l СТ - длина средней силовой линии по стальным участкам, м;
QСТ - их поперечное сечение, м2;
mr - магнитная проницаемость стали, Гн/м;
m0 = 4p10-7 Гн/м магнитная постоянная, Гн/м;
RЗ - магнитное сопротивление магнитных зазоров, имеющих длину d и сечение Q.
Будем считать QСТ = Q. При этом индуктивность преобразователя:
L = m0Qv2 / (2d + lСТ / mr). (28)
Если пренебречь активным сопротивлением дросселя, то функция преобразователя, т.е. зависимость электрического сопротивления Z от размера воздушного зазора d, выражается зависимостью:
Z(d) = jwL = jwv2m0Q / (2d + lСТ / mr) jwv2m0Q / 2d. (29)
В последнем равенстве имеется в виду, что 2d lСТ / mr вследствие большого значения магнитной проницаемости магнитопровода.
Под чувствительностью индуктивного преобразователя понимают:
K ? ?Z/?d. (30)
Индуктивный преобразователь является электромагнитом, его сила притяжения, возрастающая с увеличением чувствительности, нелинейно зависит от перемещения якоря и может явиться причиной погрешности преобразователя, предшествующего индуктивному.
Сила притяжения описывается следующим выражением:
, (31)
где Wм - энергия магнитного поля;
L - индуктивность преобразователя, Гн;
I - ток, проходящий через обмотку преобразователя, А.
Описанные одинарные индуктивные преобразователи имеют ряд недостатков:
1)их функции преобразования нелинейны;
2)аддитивные погрешности, в частности погрешность реального преобразователя, вызванная температурным изменением активного сопротивления обмотки, велики;
3)сила притяжения якоря значительна.
Реализовать преобразователи первой группы, т.е. те, у которых меняется индуктивность можно различными способами. Например, можно менять длину ?, сечение воздушного участка магнитопровода s, потери в магнитопроводе и др. [2].
На рисунке 5 схематически показаны некоторые типы индуктивных преобразователей.
Индуктивный преобразователь (рисунок 5 (а)) с переменной длиной воздушного зазора ? характеризуется нелинейной зависимостью L = f(?). Такой преобразователь обычно применяется при перемещениях якоря на расстояние 0,01 - 5 мм. Значительно меньшей чувствительностью, но линейной зависимостью L = f(s) отличаются преобразователи с переменным сечением воздушного зазора (рисунок 5 б). Эти преобразователи используются при перемещениях якоря до 10 - 15 мм.
Если ферромагнитный сердечник преобразователя подвергать механическому воздействию F, то вследствие изменения магнитной проницаемости материала сердечника ? изменится магнитное сопротивление цепи, что повлечет за собой изменение индуктивности L и взаимной индуктивности M обмоток. На этом принципе основаны магнитоупругие преобразователи (рисунок 5 в).
Условные обозначения:
а - с изменяющейся длинной зазора;
б - с изменяющимся сечение зазора;
в - магнитоупругий.
Рисунок 5 - Индуктивные преобразователи
Широко распространены индуктивные дифференциальные преобразователи (рисунок 6), в которых под воздействием измеряемой величины одновременно и притом с разными знаками изменяются два зазора двух электромагнитов. Благодаря этому уменьшается аддитивная погрешность, улучшается линейность функции преобразования, в 2 раза возрастает чувствительность и уменьшается сила притяжения якоря [3].
Дифференциальные преобразователи в сочетании с соответствующей схемой (обычно мостовой) имеют более высокую чувствительность, чем обычные преобразователи, дают возможность уменьшить нелинейность функции преобразования, испытывают меньшее влияние внешних факторов. В этих преобразователях результирующее усилие на якорь со стороны электромагнитов меньше, чем в недифференциальных.
Условные обозначения:
а - дифференциальный трансформаторный;
б - дифференциальный;
в - дифференциальный трансформаторный, с разомкнутой магнитной цепью.
Рисунок 6 - Дифференциальные индуктивные преобразователи
Применяются также индуктивные дифференциальные преобразователи трансформаторног