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

20 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

80510. Автоматизація процесів оцінювання транспортних засобів 483.43 KB
  Шаблони і створені акти можуть редагуватися в Word rtf формат так само можуть створюватися власні і змінюватися наявні в програмі друковані форми: калькуляція страхове відшкодування і т. Програма дозволяє в автоматичному режимі здійснювати: пошук двигуна за маркою транспортного засобу та отримати вичерпну інформацію про модель транспортного засобу на яку він був встановлений його обєм тип потужність характеристики та період випуску моделі транспортного засобу;  пошук моделі транспортного засобу за кодом...
80511. Автоматизація процесів оцінювання нематеріальних активів 52.73 KB
  Автоматизація процесу оцінки гудвіла. Автоматизація процесу оцінки товарних знаків. Автоматизація процесу оцінки гудвіла До теперішнього часу склалися дві паралельно існуючі традиції перекладу англійського терміну goodwill. В даному випадку тобто в контексті вартісної оцінки нематеріальних активів переважно другий спосіб переведення хоча він і виглядає декілька незграбним.
80512. Автоматизація процесів оцінювання вартості підприємства 157.79 KB
  Для побудови зазначених типів моделей використовуються як власні методи моделювання RIS так і різні відомі методи та мови моделювання зокрема UML. Автори методу EricssonPenker створили свій профіль UML для моделювання бізнеспроцесів EricssonPenker Business Extensions ввівши набір стереотипів які описують основні категорії бізнесмоделі: процеси ресурси правила і цілі діяльності підприємства. Мова UML використовується також в методі який є частиною технології Rtionl Unified Process фірми IBM.
80513. Інформаційні системи і технології, їх роль в управлінні економікою 26.08 KB
  Наприклад під технологією матеріального виробництва розуміють процес який визначається як комплекс засобів і методів обробки виготовлення зміни стану властивостей форми сировини чи матеріалу. Тоді справедливим буде таке означення: Інформаційна технологія це процес або сукупність процесів обробки інформації. Оскільки на вході та виході ІТ є не матерія і не енергія а інформація то: інформаційна технологія це сукупність процесів що використовує засоби та методи накопичення обробки і передачі первинної інформації для отримання...
80514. Особливості та структура економічної інформації 20.02 KB
  Економічна інформація засоби її опису Інформація це сукупність відомостейданих які сприймають з навколишнього середовищавхідна інформація видаються в навколишнє середовищевихідна інформація або зберігаються всередині певної системи. Економічна інформація є інструментом управління і водночас належить до його елементів її потрібно розглядати як один із різновидів управлінської інформації яка забезпечує розвязування задач організаційноекономічного управління народним господарством. Отже...
80515. Організація позамашинної інформаційної бази 33.52 KB
  Поняття позамашинної інформаційної бази Позамашинна інформаційна база це сукупність повідомлень і документів інформація з яких може бути сприйнята людиною без використання засобів обчислювальної техніки До засобів організації та ведення позамашинної ІБ належать: системи класифікації та кодування інформації; уніфіковані системи документації; методичні та інструктивні матеріали. Інформація може розміщуватись на спеціальних паперових бланках і зчитуватись з них в память компютера автоматично за допомогою сканера. Носії інформації їх...
80516. Організація машинної інформаційної бази 23.13 KB
  Основи організації автоматизованого банку даних. Поняття машинної інформаційної бази Машинна інформаційна база представляє собою частину інформаційної бази сформованої у вигляді інформаційних файлів які зберігаються в електронній пам\'яті та на спеціальних зовнішніх носіях Машинна інформаційна база може бути організована у вигляді окремих незалежних між собою локальних файлів чи у вигляді бази даних якою керує система управління базами даних. До програмних засобів належать: СУБД програмні засоби ведення обробки контролю даних які...
80517. Основи створення комп’ютерних технологій 40.35 KB
  Основи створення компютерних технологій. Основи створення компютерних технологій. Стрiмкий розвиток цифрової обчислювальної технiки ОТ та становлення науки про принципи її побудови i проектування розпочалося в 40х роках ХХго сторiччя коли технiчною базою ОТ стала електронiка потiм мiкроелектронiка а основою для розвитку архiтектури компютерiв електронних обчислювальних машин ЕОМ досягнення в галузi штучного iнтелекту.
80518. Інтелектуальні технології обробки економічних даних 34.01 KB
  Для аналізу і розвязання задач різного характеру в тому числі і економічних сучасні інформаційні технології пропонують широкий спектр засобів прийняття рішень людиномашинні інтерактивні системи які дозволяють особам що приймають рішення використовувати дані знання обєктивні чи субєктивні моделі. В першому випадку відомості містяться у різноманітних інформаційних джерелах книги документи бази даних інформаційні системи і т. Серед другої групи поширені так звані експертні системи спеціальні комп\' ютерні програми що моделюють...