19845

Расчет метрологических характеристик плунжерного электромагнитного измерительного преобразователя

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа №3 Расчет метрологических характеристик плунжерного электромагнитного измерительного преобразователя 1 Цель работы Цель работы – закрепить теоретический материал по первичным измерительным преобразователям электромагнитного типа и ...

Русский

2013-07-18

340.5 KB

2 чел.

Лабораторная работа №3

Расчет метрологических характеристик плунжерного электромагнитного измерительного преобразователя

1 Цель работы

Цель работы – закрепить теоретический материал по первичным измерительным преобразователям электромагнитного типа и приобрести умение производить расчет метрологических характеристик данных преобразователей.

2 Основные теоретические сведения

2.1 Общие сведения о параметрических электромагнитных измерительных преобразователях

Параметрические электромагнитные преобразователи реализуют две основные функции преобразования:

где L – индуктивность обмотки преобразователя, имеющей w витков; М – взаимная индуктивность обмоток преобразователя, имеющих w1 и w2 витков; Zм – магнитное сопротивление преобразователя. Эти две разновидности функций преобразования определяют два основных вида параметрических электромагнитных измерительных преобразователей: индуктивные и трансформаторные (взаимоиндуктивные). Изменение индуктивности или взаимной индуктивности этих преобразователей осуществляется за счет параметров, определяющих магнитное сопротивление. Такими параметрами могут быть геометрические размеры специально вводимых в магнитную цепь зазоров.

С точки зрения расчета параметрические электромагнитные преобразователи можно разделить на 3 вида: преобразователи с переменной длиной немагнитных зазоров в магнитопроводе; преобразователи с переменной площадью немагнитных зазоров в магнитопроводе; соленоидные преобразователи.

По схеме построения параметрические электромагнитные преобразователи можно разделить на одинарные и дифференциальные. Одинарные преобразователи содержат одну измерительную ветвь, дифференциальные – две.

Основными метрологическими характеристиками параметрических электромагнитных преобразователей являются:

  1.  диапазон измерения
  2.  относительная чувствительность преобразователя
  3.  относительная погрешность преобразования

Таблица 2.1

Классификационная таблица индуктивных измерительных преобразователей

Тип преобразователей

Индуктивные

Взаимоиндуктивные

(трансформаторные)

Одинарные

Дифференциальные

Одинарные

Дифференциальные

С переменным зазором

С переменной площадью зазора

Плунжерные

В качестве конструктивных параметров преобразователей, определяющих их метрологические характеристики, выступают:

  1.  геометрические параметры магнитопровода;
  2.  материал магнитопровода;
  3.  геометрические размеры и число витков катушки.

2.4 Основы расчета плунжерных (соленоидных) преобразователей

Плунжерные преобразователи представляют собой катушку индуктивности, внутри которой размещается разомкнутый ферромагнитный сердечник. Перемещение сердечника связывается с изменением измеряемого размерного параметра и приводит к изменению индуктивности катушки. На рис. 2.а представлена расчетная схема плунжерного преобразователя.

Статическая характеристика плунжерного преобразователя показана на рис. 2.б. Аналитически она записывается следующим образом:

где L0 – индуктивность катушки преобразователя при отсутствии сердечника;

Рис. 2. Расчетная схема и статическая характеристика плунжерного измерительного преобразователя

Чувствительность плунжерного преобразователя к перемещению сердечника можно найти по формуле:

Исследование выражения (2.2) на экстремум показывает, что чувствительность плунжерного преобразователя максимальна при

и составляет

Значение индуктивности, соответствующее точке статической характеристики с Smax

Отсюда максимальная относительная чувствительность преобразователя будет

где Lm – значение индуктивности, соответствующее точке статической характеристики, в которой чувствительность равна Smax.

Для работы преобразователя целесообразно использовать участок характеристики, прилегающей к точке (Lm, xm) поскольку чувствительность преобразователя на этом участке максимальна и статическая характеристика обладает наибольшей линейностью.

Уравнение линеаризующей прямой, проходящей через точку (Lm, xm) имеет следующий вид

где Sп – принятая чувствительность преобразователя, значение которой стараются выбрать в диапазоне 0.95∙Smax < SпSmax.

При выборе Sп следует иметь в виду, что при уменьшении этой величины увеличивается диапазон измерений, но одновременно увеличивается и погрешность от нелинейности.

Отсюда абсолютная погрешность от нелинейности характеристики будет

где L(m) описывается выражением (2.1) при пренебрежении малой величиной L0; L΄(m) описывается выражением (2.4).

Собственный коэффициент размагничивания сердечника плунжерного преобразователя можно найти по следующей экспериментальной зависимости

где lк – длина катушки преобразователя; λ – относительная длина сердечника:

Исходные данные для расчета плунжерного преобразователя:

  1.  требуемая относительная чувствительность преобразователя ;
  2.  требуемый диапазон измерения D´x;
  3.  допустимая погрешность от нелинейности статической характеристики Δхн;
  4.  требуемое сопротивление Z преобразователя переменному току с частотой f;
  5.  размеры и материал магнитопровода преобразователя.

Порядок расчета.

1) На основе эскиза преобразователя по формуле (2.3) определяют максимальную относительную чувствительность преобразователя к перемещению сердечника и путем изменения размеров преобразователя добиваются выполнения условия

2) По заданным величинам определяют требуемую индуктивность преобразователя Lт , число витков обмотки w

где Q – значение добротности преобразователя, которое следует принимать Q=1÷2 для сердечников из сплошного металла и Q=3÷6 для сердечников из феррита и магнитодиэлектрика.

где  – относительная магнитная проницаемость c учетом размагничивания сердечника.

где μс – относительная магнитная проницаемость материала сердечника; kp – собственный коэффициент размагничивания сердечника, определяемый по формуле (2.6).

3) Используя выражение (2.5), по точкам строят зависимость Δхн=f(m). Определяют диапазон Dx, в котором погрешность от нелинейности характеристики Δхн не превышает допустимого значения. Полученное значение диапазона сравнивают с требуемым значением D´x. При выполнении условия D´x < Dx расчет закончен. Если условие не выполняется, то следует уменьшить чувствительность Sп, не выходя за пределы 0.95∙Smax < SпSmax.

В случае дифференциального преобразователя расчетные формулы справедливы для одной половины преобразователя

3 Варианты заданий

Таблица 3.1 Исходные данные для расчета

Вар.

Магнитопровод

, мм-1

Z, кОм

f, кГц

D´x, мм

Δхн, мкм

Тип

преобр.

1

A

0.1

0.6÷2.2

2.2÷4.5

1.5

1

О

2

B

0.2

0.6÷2.3

2.2÷4.6

1.6

1

Д

3

C

0.1

0.8÷2.4

2.4÷4.7

1.6

1

О

4

D

0.2

0.8÷2.5

2.4÷4.8

1.7

1.1

Д

5

A

0.1

1.0÷2.6

2.6÷4.9

1.7

1.1

О

6

B

0.2

1.0÷2.7

2.6÷5.0

1.7

1.1

Д

7

C

0.12

1.2÷2.8

2.8÷5.1

1.8

1.2

О

8

D

0.22

1.2÷2.9

2.8÷5.2

1.8

1.2

Д

9

A

0.12

1.4÷3.0

3.0÷5.3

1.8

1.2

О

10

B

0.22

1.4÷3.1

3.0÷5.4

1.9

1.3

Д

11

C

0.12

1.5÷3.2

3.2÷5.5

1.9

1.3

О

12

D

0.22

1.5÷3.3

3.2÷5.6

2.0

1.3

Д

О – одинарный, Д – дифференциальный.

Таблица 3.2 Магнитопроводы плунжерных преобразователей

Обозн.

Размеры, мм

Материал

сердечника

μс

lc

lк

R

r

А

32

16

5.0

1.8

Феррит

2000

B

33

16.5

5.4

2.0

Сталь

2500

C

34

17

5.8

2.2

Феррит

2000

D

35

17.5

6.2

2.4

Сталь

2500

4. Рекомендуемая литература

1. Проектирование датчиков для измерения механических величин/ Под ред. Е. П. Осадчего. – М.: Машиностроение, 1979. – 480 с.

2. Федотов А. В. Расчет и проектирование индуктивных измерительных устройств. – М.: Машиностроение, 1979. – 176 с.

3. Электромагнитные датчики механических величин/ Н. Е. Конюхов, Ф. М. Медников, М. Л. Нечаевский. – М.: Машиностроение, 1987. – 256 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32728. Скорость и ускорение при криволинейном движении. Тангенциальное и нормальное ускорения 37 KB
  Криволинейное движение с постоянным ускорением всегда происходит в той плоскости в которой находятся векторы ускорения и начальные скорости точки. В случае криволинейного движения с постоянным ускорением в плоскости xOy проекции vxи vy ее скорости на оси Ox и Oy и координаты x и y точки в любой момент времени t определяется по формулам vx=v0xxt x=x0v0xtxtxt2 2; vy=v0yyt y=y0v0ytyt2 2 Частным случаем криволинейного движения – является движение по окружности. Движение по окружности даже равномерное всегда есть движение...
32729. Кинематика твёрдого тела. Вращение вокруг неподвижной оси. Угловые скорость и ускорения. Связь между угловыми и линейными скоростями и ускорениями 39 KB
  Кинематика твёрдого тела. Движение тела может быть как поступательным так и вращательным. При поступательном движении все точки твердого тела за один и тот же промежуток времени совершают равные по величине и направлению перемещения. Следовательно скорости и ускорения всех точек тела в любой момент времени также одинаковы.
32730. Границы применимости ньютоновской механики. Первый закон Ньютона 28.5 KB
  Первый закон Ньютона. Вследствие развития физики в начале XX века определилась область применения классической механики: ее законы выполняются для движений скорость которых много меньше скорости света. Вообще законы классической механики Ньютона справедливы для случая инерциальных систем отсчета. При ускоренном движении неинерциальной системы координат относительно инерциальной системы первый закон Ньютона закон инерции в этой системе не имеет места – свободные тела в ней будут с течением времени менять свою скорость движения.
32731. Масса и импульс. Второй закон Ньютона как уравнение движения 37.5 KB
  Масса скал. тела масса – величина аддитивная т. масса системы рана сумме масс материальных тел входящих в состав этой системы при любых воздействиях выполняется закон сохранения массы: суммарная масса взаимодействующих тел до взаимодействия и после равны между собой. инерции точка в которой может считаться масса всего тела при поступательном движении данного тела.
32732. Третий закон Ньютона. Центр масс. Уравнение движения центра масс 30.5 KB
  Центр масс. Уравнение движения центра масс. Сам закон: Тела действуют друг на друга с силами имеющими одинаковую природу направленными вдоль одной и той же прямой равными по модулю и противоположными по направлению: Центр масс это геометрическая точка характеризующая движение тела или системы частиц как целого. Определение Положение центра масс центра инерции в классической механике определяется следующим образом: где радиусвектор центра масс радиусвектор iй точки системы масса iй точки.
32733. Сила тяжести и вес тела. Упругие силы. Силы трения 43.5 KB
  Силы трения. Сила трения Трение – один из видов взаимодействия тел. Трение как и все другие виды взаимодействия подчиняется третьему закону Ньютона: если на одно из тел действует сила трения то такая же по модулю но направленная в противоположную сторону сила действует и на второе тело. Силы трения как и упругие силы имеют электромагнитную природу.
32734. Законы сохранения. Силы внутренние и внешние. Замкнутая система. Сохраняющиеся величины. Связь законов сохранения со свойствами пространства и времени 32.5 KB
  Силы внутренние и внешние. Внешние и внутренние силы Внешняя сила это мера взаимодействия между телами. В задачах сопротивления материалов внешние силы считаются всегда заданными. Внешние силы делятся на объемные и поверхностные.
32735. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Движение тела с переменной массой 36 KB
  импульс p замкнутой системы не изменяется с течением времени т. Однородность пространства проявляется в том что физические свойства замкнутой системы и законы ее движения не зависят от выбора положения начала координат инерциальной системы отсчета т. не изменяются при параллельном переносе в пространстве замкнутой системы отсчета как целого. Если система не замкнутая но действующие на нее внешние силы таковы что их равнодействующая равна 0 то согласно законам Ньютона импульс системы не изменяется с течением времени p=const.
32736. Работа переменной силы и мощность. Кинетическая энергия частицы 42.5 KB
  Работа переменной силы Пусть тело движется прямолинейно с равномерной силой под углом к направлению перемещения и проходит расстояние S Работой силы F называется скалярная физическая величина равная скалярному произведению вектора силы на вектора перемещения. Работа совершенная силой на данном участке определяется по представленной формуле d=F dS cos = = │F││dr│ cos =F;dr=FdS =FS cos =FS . Таким образом работа переменной силы на участке траектории равна сумме элементарных работ на отдельных малых участках пути...