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

5 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

6854. Изучение методов проведения анализа частотных характеристик в системе Micro-Cap 49 KB
  Изучение методов проведения анализа частотных характеристик в системе Micro-Cap Цель работы: изучить методы работы с диалоговым окном задания параметров моделирования в режиме анализа частотных характеристик (AC Analysis Limits)...
6855. Сложение чисел в компьютерах с фиксированной запятой 80 KB
  Сложение чисел в компьютерах с фиксированной запятой В лабораторном задании даны числа. Для получения отображений чисел в памяти компьютера потребуется - 7 разрядов для целой части числа...
6856. Визначення інерційних параметрів ланок методом фізичного маятника 63 KB
  Визначення інерційних параметрів ланок методом фізичного маятника Мета роботи: визначення координат центра мас ланки визначення момента інерції ланки. Розрахункові методи визначення інерційних параметрів ланок...
6857. Визначення коефіцієнтів тертя ковзання 87 KB
  Визначення коефіцієнтів тертя ковзання Мета роботи Метою є експериментальне визначення коефіцієнтів тертя ковзання у тертєвих парах з різних конструкційних матеріалів. Використовується метод В.О. Желіговського (нахиленої лінійки), що дає можли...
6858. Определение коэффициентов трения скольжения 66 KB
  Определение коэффициентов трения скольжения Цель работы Цель - экспериментальное определение коэффициентов трения скольжения в трущихся парах из разных конструкционных материалов. Используется метод В.A. Желиговского (наклонной линей...
6859. Визначення геометричних параметрів зубчатих коліс 84 KB
  Визначення геометричних параметрів зубчатих коліс Ціль роботи: засвоєння методики розрахунку геометричних параметрів евольвентних зубчатих передач визначення геометричних параметрів (розшифровка) евольвентних зубчатих коліс засвоєння правил офо...
6860. Визначення механічних характеристик електричних двигунів 3.09 MB
  Визначення механічних характеристик електричних двигунів Мета роботи: визначення залежностей частоти обертання ротору електродвигуна та його механічної потужності від моменту, який розвиває двигун Електродвигуни постійного струму...
6861. Вивчення конструкцій механізмів слідкуючих систем дистанційного керування 66.5 KB
  Вивчення конструкцій механізмів слідкуючих систем дистанційного керування Ціль роботи...
6862. Изучение конструкций механизмов следящих систем дистанционного управления 43 KB
  Изучение конструкций механизмов следящих систем дистанционного управления. Выходной вал следящего привода с заданной степенью точности воспроизводит в виде механического перемещения входной управляющий сигнал....