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

46020. РАСЧЕТ ЦИФРОВОЙ РАДИОРЕЛЕЙНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ 6.51 MB
  Выбор высот антенн и антенных опор является одной из основных задач при проектировании или реконструкции цифровых радиорелейных линий. От правильного выбора высот антенн в конечно итоге зависят затраты на строительство и качество каналов передачи
46023. Основы отношений со СМИ в правовом поле. Ответственность за нарушение прав журналиста и редакции 23.49 KB
  Под массовой информацией понимаются предназначенные для неограниченного круга лиц печатные аудио аудиовизуальные и иные сообщения и материалы; под средством массовой информации понимается периодическое печатное издание радио теле видеопрограмма кинохроникальная программа иная форма периодического распространения массовой информации; Статья 4. Недопустимость злоупотребления свободой массовой информации Не допускается использование средств массовой информации в целях совершения уголовно наказуемых деяний для разглашения сведений...
46025. СЕРТИФІКАЦІЯ ТОВАРІВ І ПОСЛУГ 345 KB
  Товар (процес, послуга), представлений на сертифікацію, відбирається і досліджується органом з сертифікації за певною визначеною схемою (типові випробування зразків продукції, які відібрані в торгівлі або підприємстві виробника, дослідження системи, якості продукції на виробництві та ін.).