Модернизация магнитоэлектрического милливольтметра

Информация - Физика

Другие материалы по предмету Физика

- Собственная жесткость.

- Коэффициент датчика угла.

- Коэффициент усилителя.

- Нагрузка (сопротивление).

- Коэффициент обратно связи.

 

1.3 Схематичный набросок исследуемого милливольтметра с размерами

 

Рис. 3 а) - фронтальный вид; б) - вид сверху

- Ось подвеса, вращения.

- Спиральная пружина.

- Магнитопровод.

- Медная обмотка.

- Алюминиевый каркас.

2. Расчетная часть

 

.1 Исходные данные

 

Измеренные значения (см. Рис.3(а, б)):

- Ширина слоя меди.

- Высота слоя меди.

- Ширина алюминиевого каркаса.

- Высота алюминиевого каркаса.

- Ширина рабочего зазора, также высота обмотки, каркаса.

- Плечо силы Ампера, длинна горизонтальной части обмотки, каркаса.

Выбранные значения:

- Диаметр медной проволоки.

- Максимальный угол отклонения обмотки, каркаса.

- Коэффициент заполнения медной проволоки.

- Магнитная индукция.

- Максимальная плотность тока медной проволоки.

Табличные значения:

- Плотность меди.

- Удельное электрическое сопротивление меди.

- Плотность алюминия.

- Удельное электрическое сопротивление алюминия.

2.2 Расчет характеристик милливольтметра

 

Общее уравнение состояние милливольтметра:

 

; (1)

 

- Суммарный момент инерции каркаса и обмотки.

- Коэффициент демпфирования.

- Коэффициент жесткости.

- Угол отклонения.

- Электрический момент.

Вынося суммарный момент инерции за скобку получим:

 

; (2)

 

- Собственная круговая частота недемпфированных колебаний.

- Относительный коэффициент демпфирования.

Следовательно для однозначной записи общего уравнения состояния необходимо найти 4 коэффициента: ,,,.

 

2.2.1 Расчет электрического момента

При пропускании электрического тока через рамку проводника в магнитном поле, со стороны последнего на рамку действует сила Ампера:

 

 

- здесь - количество витков, - синус угла между проводником и вектором магнитной индукции.

Соответственно электрический момент будет равен:

 

; (3)

 

Заметим что из рисунка 3.а видно, что угол между проводником находящимся в магнитном поле и вектором магнитной индукции равен . Неизвестными величинами в (3) являются и . Найдем .

 

; (4)

 

Здесь - площадь сечения слоя меди, - площадь сечения медной проволоки.

 

; (5)

; (6)

 

Подставляя формулы (5) и (6), а также значение коэффициента заполнения в уравнение (4) получим:

 

 

- количество витков медной проволоки, заметим, что это значения является округлением значения 33.868.

Найдем .

 

 

Подставив найденные значения в формулу (3) найдем :

 

 

2.2.2 Расчет коэффициента жесткости пружины

Найдем коэффициент жесткости пружины из условия завершения всех колебательных процессов в системе (т.к. колебания затухающие).

Соответственно, подставляя некоторое постоянное, максимальное, значения угла отклонения в уравнение (1) получим:

 

=>

 

.2.3 Расчет суммарного момента инерции

 

; (7)

 

- Суммарный момент инерции медной обмотки.

- Суммарный момент инерции алюминиевого каркаса.

Найдем суммарный момент инерции медной обмотки.

Заметим, что геометрически и обмотка и каркас представляют собой прямоугольные формулы, следовательно, их моменты инерции можно найти, посчитав по отдельности сначала моменты инерции горизонтальных, а затем и вертикальных участков.

; (8)

 

Момент инерции горизонтального участка обмотки:

 

; (9)

 

- масса отдельно горизонтального участка обмотки.

; где - объем горизонтального участка обмотки.

 

 

Подставляя найденное значение массы горизонтального участка обмотки в (9) найдем:

 

 

Момент инерции вертикального участка обмотки:

 

; (10)

 

Здесь применена теорема Штейнера для расчета момента инерции относительно оси отстоящей на .

 

Подставляя найденное значение массы вертикального участка обмотки в (10) найдем:

 

 

Подставим найденные значения , в (8) получим:

 

 

Найдем суммарный момент инерции алюминиевого каркаса.

 

; (11)

 

Момент инерции горизонтального участка каркаса:

 

; (12)

 

- масса отдельно горизонтального участка каркаса.

; где - объем горизонтального участка каркаса.

 

 

Подставляя найденное значение массы горизонтального участка каркаса в (12) найдем:

 

Момент инерции вертикального участка каркаса:

 

; (13)

 

Здесь применена теорема Штейнера для расчета момента инерции относительно оси отстоящей на .

 

 

Подставляя найденное значение массы вертикального участка каркаса в (13) найдем:

 

 

Найдем подставив найденные значения и в (13):

 

 

Для суммарного момента инерции обмотки и каркаса получим, соответственно формуле (7):

 

2.2.4 Расчет коэффициента демпфирования

При прохождении