19376

Дослідження диференційного індуктивного давача (регулятора)

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лабораторна робота №4 Дослідження диференційного індуктивного давача регулятора I. ТЕМА: Дослiдження диференцiйного iндуктивного давача перетворювача і використання його для активного контролю розмiрiв деталей. II. МЕТА РОБОТИ Ознайомитися з конструкцiєю

Украинкский

2013-07-12

131.5 KB

2 чел.

Лабораторна робота №4

Дослідження диференційного індуктивного давача (регулятора)

I. ТЕМА: Дослiдження диференцiйного iндуктивного давача (перетворювача) і використання його для активного контролю розмiрiв деталей.

II. МЕТА РОБОТИ

  1.  Ознайомитися з конструкцiєю та принципом дiї iндуктивного давача.
  2.  Зняти дослiдним шляхом вихiдну характеристику давача при двох значеннях напруги живлення (Iн=f()).
  3.  Визначити цiну подiлки i чутливiсть, а також встановити вплив напруги на точнiсть роботи давача.

III. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Принцип дiї iндуктивних давачів полягає в змiнi їх iндуктивностi i взаємоiндукцiї. Iндуктивнi давачі працюють на змiнному струмi i широко використовуються в приладах автоматики для вимiрювання малих кутових i лiнiйних механiчних перемiщень. Вони можуть використовуватись також для вимiрювання та контролю рiдини, газу, температури, зусилля, швидкостi, прискорення та iн.

До переваг iндуктивних давачів вiдносяться: простота конструкцiї i надiйнiсть в роботi, так як вiдсутнiй ковзаючий контакт; відносна велика величина  потужностi  на  виходi давача, що дає можливiсть безпосередньо до давача пiдключати контрольний прилад; можливiсть живлення промисловою частотою. Недоліком простого iндуктивного давача є залежнiсть його характеристики вiд частоти джерела живлення, що впливає на точнiсть роботи.

Простий індуктивний давач, виконаний на одному осерді являє собою магнiтний ланцюг з повiтряним зазором 0 (мал.1а). Цифрами позначено: 1- магнiтопровiд; 2- якір; 3- котушка iндуктивностi; 4- навантаження (вимiрювальний прилад). Магнiтопровiд i якiр виготовлений з магнiтом'якого матерiалу. Вихiдним параметром iндуктивного давача є змiна iндуктивностi L (або повного опору Z) обмотки осердя при змiнi величини повiтряного зазору (і як результат, змiна струму Iн  або напруги Uн на виходi).

При наявностi невеликого зазору iндуктивнiсть котушки L (дроселя) iз змiнним  зазором  без  врахування  реактивного опору,  обумовленого втратами на вихровi струми й гiстерезис:

     (1)

де  - кiлькiсть виткiв котушки;

     Ф-  магнiтний потiк, Вб;

     Iн- струм котушки, А;

Магнiтний потiк:

    (2)

де,  Rм.ц=Rм.ст+Rм. - магнiтний опiр кола, котрий являє собою суму магнiтного опору магнiтопровода Rм.ст=lст./(Sм) та магнiтного опору двох повiтряних зазорiв.

                          (3)

тобто

де , 0- магнiтна проникливiсть матерiалу осердя i повiтряного зазору;

δ - величина  повiтряного зазору, м;

Sмб- площа перерiзу магнiтопровода або повiтряного зазору, м.

Пiдставивши (2) i (3) в (1), одержимо значення iндуктивностi дроселя:

                    (4)

Величина струму в котушцi:

                                                (5)

    де   Z- повний опiр котушки;

  R, Rн- активний опiр котушки iндуктивностi i навантаження;

ω- кругова частота змiнного струму.

Таким чином:  

                   (6)

На основi  аналiзу  отриманого виразу можна зробити висновок,  що при незмiнних конструктивних  параметрах  давача  та  при  постiйнiй напрузi джерела   живлення  струм  в  колі  навантаження залежить  вiд величини повiтряного зазору .  Ця  залежнiсть  відображається  графiчно i називається вихiдною характеристикою давача Iн=f(δ) (мал. 1,б).

Змiнити повiтряний зазор можна шляхом  перемiщення  якоря,  що використовується в  давачах  перемiщення.  Якщо  в  повiтряний  зазор помiстити феромагнiтне тiло,  розмiри  якого  незмiннi,  а  змінюються тiльки властивостi  матерiалу,  то такий давач може бути використаний для визначення складу даного матерiалу.

У бiльшостi  конструкцiй  індуктивних давачів  при  ненасиченому магрiтопроводi має мiсце нерiвнiсть Rст.<<Rм.δ. При цьому активний опiр кола котушки значно менший, нiж її iндуктивний опiр, тобто (R+Rм)<<ωL.Тодi величинами Rст та (R+Rм) в виразi (6)  можна знехтувати, записавши його в спрощеному виглядi,

                     (7)

звідки     

                                  (4.8)

де - крутизна характеристики давача або коефiцiєнт передачі давача по  струму.

Звичайно, що K1=tgα (мал. 1,б). Дiйсна характеристика давача ВС вiдрiзняється вiд iдеальної  характеристики  побудованої  за  формулою (8). Дiлянку ОВ дiйсної  характеристики iндуктивного давача визначає струм холостого ходу Іх.х. Формула (8) не враховує наявностi струму холостого ходу,  так як при її виведенi не враховувалось,  що матерiал магрiтопроводу не є  iдеальним, тобто його магнiтний опiр Rм.ст.0. На вiдмiну вiд iдеальної характеристики дiйсна характеристика мiстить дiлянку насичення,  яка визначається струмом  насичення Інас (крива ВС), тобто при великому повiтряному зазорi струм в котушцi давача не може перевищувати встановленого  значення  (коли ωLR+Rм).

Звичайно робочу  точку  iндуктивного давача вибирають посерединi прямолiнiйної характеристики (див. мал. 1,б, точка В). Цiй  точцi вiдповiдає початковий  струм  навантаження Ін.0 i початковий зазор δ0.

Iндуктивні давачі iз змiнним  зазором  мають  високу  чутливiсть i реагують на   дуже  малу  змiну  зазору  (0,1...0,5  мм). Чутливiсть iндуктивного давача (Sд=L/δ) можна визначити з формули (4), вважаючи в нiй Rм.ст.<<Rм.δ

                                    (4.9)

При збiльшенні зазору рiзко падає чутливiсть, тому датчик зображений на мал.1а, може використовуватись тiльки при малих перемiщеннях якоря (0,1...0,5 мм). При бiльшому повiтряному зазорi залежнiсть L=() є суттєво нелiнiйною. При змiнi перемiщення до 5...15 мм використовують датчик iз змiною площею, повітряного зазору ( мал. 4.1 в), який має меншу нелiнiйнiсть.

Перевагами розглянутих вище iндуктивних датчикiв є:

  1.  висока чутливiсть;
  2.  надiйнiсть роботи;
  3.  великий строк служби;
  4.  велика потужнiсть на виходi ( до сотень вольт-ампер).

Недолiки:

  1.  нелiнiйнiсть характеристики;
  2.  наявнiсть струму холостого ходу на виході датчика при нульовому положенні якоря тобто при вх=0;
  3.  необхiднiсть значних зусиль для перемiщення якоря, так як в процесi роботи датчика на якiр дiє тягове зусилля зi сторони електромагнiта.

Вказанi недолiки вiдсутнi в реверсивних (двотактових) датчиках, якi можуть бути виконанi або по диференцiйнiй (мал. 2,а), або по мостовiй (мал. 2,б) схемi. В принципi датчик являє собою сукупнiсть двох нереверсивних датчикiв з загальним якорем. При використаннi Ш-подiбного сталевого магнiтопроводу розмiри датчика зменшуються, крiм того, полегшуються технологiя намотки котушки. Диференцiйний iндуктивний датчик потребує два окремих джерела напруги U~/2, для чого в схемi (див.мал.2,а) використовується трансформатор ТР. Схема приведена на мал.2,б виконана по принципу мостової схеми на змiнному струмi.

При середньому положенні якоря 0=0, iндуктивний опiр обох котушок однаковий i струм, який протiкає в колi навантаження Iн=0. Тяговi зусилля, якi дiють на якiр вiд двох котушок взаємно компенсуються по всьому робочому дiапазонi перемiщення  якоря. Однак, треба вiдмiтити, що повна компенсацiя  сил  можлива  тiльки  при середньому положеннi якоря.  При найменшому вiдхиленнi якоря в  ту  чи iншу сторону вiд середнього положення змiнюється величина iндуктивного опору котушок i в  навантаженнi  з'являється  струм,  амплiтуда  якого пропорцiйна змiщенню  якоря вiд  середнього положення.

Використання мостових i диференцiйних схем дозволяє значно розширити лiнiйну дiлянку статичної характеристики iндуктивного давача. Крiм того цi давачі мають бiльшу чутливiсть і меншу температурну похибку, бiльшу точнiсть.

Статична характеристика реверсивного давача зображена на мал.2,в (крива 3). Ця характеристика (загальна) побудована шляхом алгебраїчного сумування ординат характеристик кожного з нереверсивних давачів (1 i 2). Чутливiсть реверсивної схеми в два рази бiльша нiж нереверсивної. При використанi фазочутливих детекторiв можна фiксувати не тiльки величину, але й напрям змiщення якоря за допомогою приладу нульовою вiдмiткою посерединi шкали.

До недолiкiв реверсивних давачів вiдносяться:

  1.  технологiчна складнiсть установки на нуль (Iн.0). Пояснюється тим, що в процесi налагодження схеми важко забезпечити рiвнiсть активних i реактивних опорiв.
    1.  наявнiсть струму розбалансу через неповну симетрiю схеми (при вх.=0);
      1.  зменшення чутливостi схеми при збiльшенi вх.;
      2.  низький к.к.д. через втрати в опорах R1 i R2 мостових давачів (їх чутливiсть в 2 рази менша, нiж диференцiйних).

IV. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ОБЛАДНАННЯ

Прилад АНIТНМ 357/ДI-I призначений для контролю розмiрiв деталi в процесi шлiфування методом вирiзування. В комплект приладу входять два основних вузли: давач ДУ-2 i електронний перетворювач - блок АНIТУМ-357, що мiстить пiдсилювач, електронне реле ЕР, вимiрювальний привiд.

В приладi   АНIТУМ   357/ДI-I порiвнюються моменти спiвпадання розмiру виробу з розмiром еталона, що характеризується балансом вимiрюваного моста змінного струму, утвореного обмотками диференцiйного трансформатора i котушки диференційного давача.

Сигнал, що надходить в електронний блок, зв'язаний з розмiром виробу i використовується для керування електромеханiчним реле,  що видає команди керування верстатом. Одночасно сигнал надходить на вимiрювальний прилад, який служить для вiзуального контролю за обробкою деталi.

Величина струму, що протiкає через вимiрювальний прилад, визначається амплiтудою сигналу, який залежить вiд перемiщення якоря давача вiдносно точки балансу.

Технiчна характеристика приладу АНIТIМ 357/ДI-I.

    Дiаметр виробiв, що контролюються в, мм                        вiд  10 до 130

    Кiлькiсть  команд                                                                                       2

    Статистична похибка В,                                                                        +10

    Границi  регулювання попередньої

    команди в, мм                                                                      вiд 0.02 до 0.15

    Час прогрiвання в, хв                                                                                20

    Напруга  живлення в, В                                                           127/220 + 15

    Потужнiсть  в, ВА                                                                                     40

V. ХІД ВИКОНАННЯ РОБОТИ

  1.  Ознайомитись з конструкцiєю та принципом  роботи  рiзних  типiв iндуктивних  давачів.
  2.  Зняти покази вимірювального приладу в залежностi вiд перемiщення якоря давача три рази i вивести середнє значення.
  3.  Визначити чутливiсть Sпр i цiну подiлки Cпр приладу межах прямолiнiйної ділянки характеристики за формулами:

Sпр=l/;     Спр=1/Sпр.                       (10)

  

 де  l - змiна показiв приладу на подiлку;

        - прирiст вимiрювальної величини.

    Для цього необхiдно:

  1.  Встановити за  допомогою  регулюючого  гвинта  якiр  давача  в положення "нульової" подiлки ( вiдмiтка “” на приладi АНIТIМ 357).
    1.  Перемiщувати  якiр  давача  в крайнє верхнє положення,  через кожнi 0,02 мм фiксувати покази вимiрювального приладу.  Одержанi  данi занести в таблицю 1.
    2.  За  формулою  (10)  встановити  чутливiсть  i  цiну  подiлки вимiрювального приладу.

VI. ПОРЯДОК ОФОРМЛЕННЯ РОБОТИ

Звiт повинен  мiстити:

    1. Мету роботи.

    2. Принципову  електричну  схему,  перелiк обладнання i приладів, використаних  в роботi.

    3. Таблицю 4.1.

    4. Графік залежності.

    5. Висновки по роботі.

Таблиця 4.1.

,мм

Показники приладу, в поділках (                            )

Переміщення вверх

Переміщення вниз

1

2

3

Сер.

1

2

3

Сер.

VI. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

  1.  В чому полягає принцип дії індуктивного давача?
  2.  Які переваги та недоліки індуктивних давачів?
  3.  Пояснити будову індуктивного давача?
  4.  Яким шляхом побудована характеристика реверсивного давача?
  5.  Які недоліки реверсивних давачів?
  6.  Пояснити принцип роботи приладу АНІТУМ – 357.
  7.  Яким чином можна змінити повітряний зазор, що використовується в давачах переміщення?
  8.  Де вибирають робочу точку індуктивного давача?
  9.  Яку функцію виконує сигнал, що надходить в електронний блок?

 10. Від чого залежить величина індуктивного опору котушки.

VII. ЛІТЕРАТУРА

  1.  В.М. Шляндин. Элементы автоматики и счетно решающие устройства., “Машиностроение”, 1967г.
  2.  А.М. Туричин. Электрические измерения неелектрических величин.,“Энергия”, 1966 г.
  3.  А.Н. Малов, Ю.В. Иванов. Основы автоматики и автоматизации производственных процесов. М., “Машиностроение”, 1974 г.
  4.  Л.И.Волчкевич и др. Комплексная автоматизация производства. М., “Машиностроение”,1983 г.    

Рис. 1

Рис. 2.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

64358. Розвиток методів розрахунку систем охолоджування роторів газових турбін 2.57 MB
  В найближчому майбутньому освоєння високих температур газу відбуватиметься головним чином за рахунок вдосконалення систем охолоджування зокрема шляхом вдосконалення охолодження роторів турбін.
64359. Сформованість готовості майбутніх учителів до організації міжособистісних взаємин в учнівському колективі підлітків 435.5 KB
  Національна освіта переживає критичне та конструктивне переосмислення дійсності, пов’язане з глибоким перетворенням усіх сфер суспільного життя. Сьогодні пріоритетними у навчально-виховному процесі є: гуманізація, становлення сучасних засад морально-етичного виховання...
64360. Оптимізація процесу фізичного виховання студентів транспортних спеціальностей на основі поглибленого курсу професійно-прикладної фізичної підготовки 263.5 KB
  Дотепер накопичений досить великий арсенал наукових досліджень щодо застосування ППФП в освітньому процесі студентів майбутніх фахівців різних галузей господарства Сущенко Л. Недостатньо досліджено питання обґрунтованості вибору вправ професійноприкладної...
64361. УСВІДОМЛЕННЯ ПРОФЕСІЙНОГО ВИБОРУ МАЙБУТНІМИ ВЧИТЕЛЯМИ ЯК ЧИННИК САМОЗДІЙСНЕННЯ ОСОБИСТОСТІ 186.5 KB
  Процес вибору професії доволі складний тривалий і суперечливий. Професійне становлення особистості що починається з вибору професії не закінчується ним.
64362. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАХОДІВ ЗІ ЗМЕНШЕННЯ ОБМЕЖЕНЬ ШВИДКОСТІ РУХУ ПОЇЗДІВ, ЗУМОВЛЕНИХ СТАНОМ ЗАЛІЗНИЧНОЇ КОЛІЇ 440.5 KB
  Актуальність теми визначається необхідністю забезпечення безперебійного перевізного процесу на залізницях України підвищення швидкості руху поїздів зниження питомих витрат енергоресурсів зменшення строку доставки вантажів.
64363. ОБГРУНТУВАННЯ СХЕМИ ТА ПАРАМЕТРІВ ПОСІВНОГО АГРЕГАТУ НА БАЗІ ОРНО-ПРОСАПНОГО ТРАКТОРА 2.19 MB
  Мета дисертаційної роботи полягає в підвищенні експлуатаційної ефективності використання орнопросапного трактора шляхом обґрунтування схеми параметрів і режиму його агрегатування з сівалкою для сівби просапних культур.
64364. КОНСТИТУЦІЙНІ ЗАСАДИ ПРАВОГО РЕГУЛЮВАННЯ ІНФОРМАЦІЙНОЇ СФЕРИ 150 KB
  У сучасному демократичному суспільстві інформаційна сфера є важливою складовою суспільного устрою та його прогресивного розвитку. Еволюційне значення інформаційної складової полягає в тому, що сьогодні людство активно формує інформаційне суспільство...
64365. Регулювання інтегральних параметрів напірних потоків рідин гідродинамічно активними додатками 17.91 MB
  Мета роботи – науково обґрунтувати та розробити засоби енергоощадного керування напірними потоками рідин у трубопроводах за допомогою гідродинамічноактивних додатків включаючи рух рідини змінної витрати встановити закономірності впливу цих додатків на інтегральні параметри потоків рідин.
64366. ПАРАДИГМА СИНТЕЗУ ЗАХІДНОЇ ТА СХІДНОЇ ФІЛОСОФСЬКО-ТЕОЛОГІЧНИХ ТРАДИЦІЙ У ТВОРЧОСТІ Г.С.СКОВОРОДИ 153 KB
  Зроблено висновок що естетизм відігравав одну з провідних ролей у житті мислителя та формуванні його світогляду; розвинуто думку й вперше зроблено висновок про те що одне з центральних місць у концепції мислителя належить естетичній ідеї співвідношення...