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

20438. CASE-средства 1.81 MB
  В предыдущей лекции было рассказано о видах диаграмм UML и даны некоторые рекомендации относительно последовательности их построения. Мы уже знаем что нотация UML специально разрабатывалась в расчете на то чтобы диаграммы можно было легко рисовать от руки. В этой лекции мы познакомимся с некоторыми подобными пакетами а именно: IBM Rational Rose; Borland Together; Microsoft Visio; Sparx Systems Enterprise Architect; Gentleware Poseidon; SmartDraw; Dia; Telelogic TAU G2; StarUML; другие программы UML отличное средство моделирования но как...
20439. Rational Rose DataModeler 29.5 KB
  Унифицированный язык объектноориентированного моделирования Unified Modeling Language UML явился средством достижения компромисса между этими подходами. Существует достаточное количество инструментальных средств поддерживающих с помощью UML жизненный цикл информационных систем и одновременно UML является достаточно гибким для настройки и поддержки специфики деятельности различных команд разработчиков. Таким языком оказался UML. Создание UML началось в октябре 1994 г.
20440. CASE-средства 39.5 KB
  Microsoft Visio Visio решение для построения диаграмм от Microsoft. По словам разработчиков Visio помогает преобразовать технические и бизнесконцепции в визуальную форму. Visio имеет некоторые дополнительные возможности но все же повторим по большей мере это только средство для иллюстрирования документов MS Office не дотягивающее до уровня пакетов которые мы описывали ранее. Изобразительные же возможности Visio действительно весьма широки: Используя предопределенные фигуры Visio Professional draganddrop и мастера вы можете...
20441. Эволюция CASE-средств 99.5 KB
  Таким образом CASEтехнологии не могут считаться самостоятельными методологиями они только делают более эффективными пути их применения. CASE ≈ не революция в программо технике: современные CASEсредства являются естественным продолжением эволюции всей отрасли средств разработки ПО. Традиционно выделяют шесть периодов качественно отличающихся применяемой техникой и методами разработки ПО которые характеризуются использованием в качестве инструментальных следующих средств: ассемблеров дампов памяти анализаторов компиляторов...
20442. Варианты архитектуры клиент-сервер 122 KB
  Варианты архитектуры клиентсервер Разделение на три логических уровня обсуждавшееся в предыдущем пункте наводит на мысль о множестве вариантов физического распределения по отдельным компьютерам приложений в модели клиентсервер. Серверы реализующие все остальное то есть уровни обработки и данных. Проблема подобной организации состоит в том что на самом деле система не является распределенной: все происходит на сервере а клиент представляет собой не что иное как простой терминал. Многозвенные архитектуры Один из подходов к организации...
20443. Введение в UML 54.5 KB
  Модель физического уровня в языке UML отражает компонентный состав проектируемой системы с точки зрения ее реализации на аппаратурной и программной платформах конкретных производителей. Сущности в UML В UML определены четыре типа сущностей: структурные поведенческие группирующие и аннотационные. Структурные сущности это имена существительные в моделях на языке UML.
20444. Document Object Model 54 KB
  Модель DOM не накладывает ограничений на структуру документа. Любой документ известной структуры с помощью DOM может быть представлен в виде дерева узлов каждый узел которого представляет собой элемент атрибут текстовый графический или любой другой объект. Изначально различные браузеры имели собственные модели документов DOM не совместимые с остальными.
20445. Диаграмма развертывания (deployment diagram) 62 KB
  Для представления общей конфигурации и топологии распределенной программной системы в UML предназначены диаграммы развертывания. Диаграмма развертывания предназначена для визуализации элементов и компонентов программы существующих лишь на этапе ее исполнения runtime. Те компоненты которые не используются на этапе исполнения на диаграмме развертывания не показываются.