19118

Индуктивные измерительные устройства

Практическая работа

Физика

Лекция №14. Индуктивные измерительные устройства Индуктивный преобразователь представляет собой катушку индуктивности полное сопротивление которой меняется при взаимном относительном перемещении элементов магнитопровода под влиянием измеряемого параметра. По п

Русский

2013-07-11

263.5 KB

19 чел.

Лекция №14.

Индуктивные измерительные устройства

Индуктивный преобразователь представляет собой катушку индуктивности, полное сопротивление которой меняется при взаимном относительном перемещении элементов магнитопровода под влиянием измеряемого параметра. По принципу работы индуктивный преобразователь – датчик перемещений, однако, преобразуя разные физические величины (давление, сила, угол поворота, расход жидкости или газа и т.п.) в  перемещение, можно эти физические величины эффективно измерять.

Структурная схема типовой измерительной системы, содержащей индуктивный преобразователь, приведена на рисунке.

 

Здесь индуктивный датчик, измеряющий перемещение ; схема включения датчика,  питаемая от генератора  и преобразующая изменение сопротивления  катушки в изменение напряжения  или тока; усилитель сигналов датчика; демодулятор (амплитудный детектор), выделяющий огибающую промодулированного и усиленного напряжения несущей частоты; усилитель постоянного тока, усиливающий сигнал низкой частоты; устройство, регистрирующее выходной сигнал  в виде напряжения  или тока. Поскольку структура измерительной системы построена  по принципу прямого преобразования, ее интегральная  чувствительность определяется соотношением:

                                                               (14.1)

Принцип действия индуктивного датчика перемещений. Имеются два класса преобразователей: с изменяющейся индуктивностью и с изменяющимся активным сопротивлением. Пример схемы преобразователя первого класса показан на рис.1,а.

Преобразователь состоит из П–образного сердечника (магнитопровода) 1, на котором размещена катушка 2, и подвижного якоря 3. При перемещении якоря изменяется длина воздушного зазора  и, следовательно, магнитное сопротивление, что вызывает изменение индуктивности катушки датчика, которая может быть зарегистрирована.  Возможен вариант преобразователя, в конструкции которого якорь перемещается горизонтально относительно П–образного сердечника и изменяет эффективную площадь замыкания магнитного потока. Оба варианта датчика: и с переменным зазором, и с переменной площадью – относятся к датчикам с замкнутой магнитной цепью.

Другая широко используемая модификация  первого класса относится к датчикам с разомкнутой магнитной цепью. Пример такого датчика, называемого соленоидным или плунжерным преобразователем, показан на рис.1,б. Преобразователь представляет собой катушку 1, из которой может выдвигаться ферромагнитный сердечник 2 (плунжер). При среднем положении плунжера индуктивность максимальна. Этот тип преобразователя применяется для измерения значительных перемещений сердечника (до 100 ).

Схема преобразователя второго класса приведена на рис. 1, 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 приводит к  изменению составляющих полного комплексного сопротивления  катушки индуктивности, в частности, к увеличению ее активного сопротивления, что тоже может быть зарегистрировано. Этот тип датчика будет рассмотрен в классе вихретоковых преобразователей.

Определим функцию преобразования датчика на примере преобразователя с переменным зазором (рис. 1,а). Как известно, индуктивность катушки  определяется соотношением: ,  где  число витков; пронизывающий ее магнитный поток; проходящий по катушке ток. С учетом , получим:

,                                                                                                 (14.2)

где полное сопротивление магнитному потоку, которое состоит из двух составляющих: магнитного сопротивления сердечника  и  магнитного сопротивления воздушных зазоров .  Если пренебречь рассеянием магнитного потока и нелинейностью кривой намагничивания сердечника  (они будут учтены  в форме потерь на вихревые токи и магнитный гистерезис как составляющие сопротивления потерь ),  то

,                                                                  (14.3)

где суммарное магнитное сопротивление участков магнитопровода; длина средней силовой линии по участкам магнитопровода;  их поперечное сечение; магнитная проницаемость  материала сердечника;  – магнитная постоянная; соответственно длина и сечение воздушного зазора. Отсюда:

.                                                                                           (14.4)

Так как , а для удовлетворительной работы датчика  требуется выполнение условия , что достигается выбором для магнитопровода материала с большим значением магнитной проницаемости , то  окончательно получаем:

                                                                                        (14.5)

и полное комплексное сопротивление  катушки запишется в виде:

.                                                        (14.6)

Модуль полного комплексного сопротивления катушки индуктивности часто записывают в виде:

,                                                               (14.7)

где добротность индуктивного датчика, характеризуемая отношением  запасенной энергии в контуре к энергии рассеянной. Значения  для разных сердечников такие –  сталь:  пермаллой:  ферриты:

Из выражения (14.6) оценим чувствительность датчика с переменным зазором:

                                                             (14.8)

В ряде случаев чувствительность индуктивного преобразователя удобно характеризовать величиной:

,                                                                              (14.9)

из которой следует существенное возрастание чувствительности датчика с уменьшением протяженности воздушного зазора . Из (14.9) следует, что  относительное изменение индуктивности датчика равно:

.                                                                                             (14.10)

Последнее выражение позволяет оценить порог чувствительности индуктивных датчиков перемещений. Современные измерительные схемы и приборы позволяют измерить относительное изменение индуктивности  с точностью до  (0,1-0,01) %, что соответствует относительному изменению зазора . При номинальной величине зазора  минимальные перемещения, которые могут быть зарегистрированы, равны .

Описанные одинарные индуктивные преобразователи имеют ряд недостатков: их функции преобразования нелинейны; аддитивные погрешности, вызванные температурным изменением активного сопротивления обмотки, сравнительно велики; электромагнитная сила притяжения, воздействующая на якорь, значительна. Поскольку связь между  и  описывается зависимостью, близкой к гиперболической, линейный участок рабочей характеристики ограничен значением .

Этих недостатков лишены дифференциальные преобразователи. Они состоят из двух одинаковых одинарных преобразователей, которые имеют общий подвижный элемент. Примеры схем таких преобразователей приведены на рисунке.

При перемещении якоря одна индуктивность  возрастает, другая  – уменьшается. Дифференциальные индуктивные преобразователи включаются в соответствующие плечи мостовых схем. Благодаря этому уменьшается аддитивная погрешность, улучшается линейность функции преобразования, вдвое возрастает чувствительность и уменьшается сила притяжения якоря.

Схема включения индуктивного преобразователя преобразует изменение полного сопротивления датчика в изменение электрического тока или напряжения в зависимости от используемой схемы. Типовыми являются следующие схемы:

  •  последовательная схема, или схема генератора тока, преобразующая  в изменение тока ;
  •  схема делителя напряжения, преобразующая  в изменение напряжения ;
  •  мостовая схема включения, обеспечивающая преимущества дифференциальных индуктивных преобразователей по сравнению с одинарными датчиками;
  •  трансформаторная схема включения, основанная на измерении ЭДС, наведенной во второй обмотке датчика при изменении первой обмотки;
  •  частотная схема включения, в которой изменение индуктивности катушки, входящей в состав колебательного контура, трансформируется в изменение частоты генерации , измеряемой, например, с помощью частотомера.

4

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

48881. Радіоелектронні пристрої системи та комплекси. Методичні вказівки 977.5 KB
  Список предметних скорочень АМ амплітудна модуляція; АССЗ аналогова система стільникового звязку; БПС буферний підсилювач сигналу; ГКН генератор керований напругою; ГОЧ генератор опорної напруги; ДВЧ дільник високої частоти; ДКМХ декаметрові хвилі; ДСТУ Державний стандарт України; ЄСКД Єдина система конструкторської документації; КГ кварцовий генератор; КІМ кодовоімпульсна модуляція; МХ метрові хвилі; НВЧ надвисокі частоти; ОМ односмугова модуляція; ПБТЗ передавач базової станції транкінгового звязку; ПЗКД ...
48882. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ 680.5 KB
  Краткое описание процесса преобразвания сигнала от источника сообщения. Источник сообщений выдает на выходе непрерывный сигнал t который предаётся в формирователь первичного сигнала для преобразования в первичный электрический сигнал bt. Количество уровней квантования L определяется исходя из ошибки квантования пикфактора сигнала и отношения сигнал шум. Далее сигнал bикмt передается в модулятор это преобразование цифрового сигнала в аналоговый ut.
48883. Расчет локальной сети по технологии FastEthernet 16.27 MB
  Необходимо объединить в локальную сеть по технологии FastEthernet компьютеры, которые находятся в квартирах трех домов. И осуществить соединение полученной локальной сети с Internet по оговоренной в задании WAN-технологии. Номера домов и квартир, количество компьютеров в квартире и WAN-технология зависят от варианта задания; расстояние между домами и габариты квартир...
48884. История делопроизводства в дореволюционной России. Учебное пособие 403 KB
  Определение документа интегрирующее все его аспекты дал советский документовед К. Вид это понятие употребляемое для обозначения группы документов одного наименования например: указ один вид грамота другой акт третий. При этом автором служебных документов являются учреждения. Формуляры различных документов складывались на протяжении веков.
48886. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ ИСХОДА ВЫБОРОВ В ПРЕЗИДЕНТЫ 1.6 MB
  Нейронные сети возникли из исследований в области искусственного интеллекта а именно из попыток воспроизвести способность биологических нервных систем обучаться и исправлять ошибки моделируя низкоуровневую структуру мозга. С практической точки зрения методика принятия решения обученной нейросети проста на входе задаются некоторые числовые данные и нейросеть ищет похожие в исторических данных на которых она обучалась. Другая существенная особенность нейронных сетей состоит в том что зависимость между входом и выходом находится в процессе...
48888. Использование нейронных сетей при анализе выбора супружеской пары 3.21 MB
  Искусственные нейронные сети прочно вошли в нашу жизнь и сейчас широко используются при решении самых разных задач и активно применяются там где обычные алгоритмические решения неэффективны или даже невозможны. цель моей работы: показать можно ли использовать нейронные сети и эффективно ли их применение в рамках отношений между людьми. Нейронные сети и нейрокомпьютеры это одно из направлений компьютерной индустрии в основе которого лежит идея создания искусственных интеллектуальных устройств по образу и подобию человеческого...
48889. Использование нейронных сетей при планировании пола будущего ребенка 365.5 KB
  Практическое применение нейронных сетей при планировании пола будущего ребенка Хотелось бы отметить что предметом исследования моей курсовой работы является прогнозирование пола будущего ребенка с помощью нейросетей. Выбор данной темы был обусловлен тем что в данной области применение методов искусственного интеллекта не распространено в свою очередь тема планирования пола ребенка всегда была и остается актуальной т.