ИНДУКТИВНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР

5.1.1 Расчет магнитопровода ДИПНа рисунке 14 преобразователь состоит из цилиндрического ферритового сердечника 1 с катушкой 2, закрытых полюсом (шайбой) 3, и подвижного якоря в виде ферритовой трубки 4, перемещение которой приводит к изменению площади воздушного зазора 5 между боковой поверхностью отверстия в полюсе и трубкой 4. По ним распространяется магнитный поток (показан пунктиром). В результате изменяется индуктивность катушки (5.1) и ее полное электрическое сопротивление , (5.2)где - число витков катушки, - магнитные сопротивления ферритовой и воздушной частей магнитопровода ПИП; - циклическая частота источника питания; - доля активного сопротивления катушки.В множество геометрических параметров магнитопровода, подлежащих расчету, включены восемь величин:наружный диаметр сердечника ; внутренний диаметр сердечника ; наружный диаметр якоря; внутренний диаметр якоря; толщина полюса 3 ; длина катушки 2 ; высота сердечника 1 ; начальное смещение якоря 4 относительно основания полюса 3 . Рис. 14. Вид магнитропровода.Целью расчетов является:определение и анализ зависимости электрического сопротивления преобразователя от перемещения якоря ;расчет размеров магнитопровода;расчет электротехнических параметров катушки.На рис. 15 показана схема разбиения магнитопровода ПИП на участки со стационарными характеристиками. Такими участками для ферритовой части магнитопровода являются: шайба сердечника 1; труба сердечника 2; шайба полюса 3; труба якоря 4, а для воздушной части - две воздушные шайбы: шайба 5 и шайба 6. Магнитное сопротивление ферритовой и воздушной частей магнитопровода ПИП вычисляются по формулам (см. [2], с.182), ,где , , ,, , , , , ,. (5.2)Рис. 15. Магнитное поле в магнитопроводе.Эквивалентная магнитная проницаемость сердечника вычисляется по формуле,где , Данное выражение показывает, что эффективная магнитная проницаемость сердечника с зазором, а, следовательно, и индуктивность катушки про прочих постоянных параметрах уменьшается при увеличении величины зазора, , ,, , , , - магнитная проницаемость феррита; Гн/мм – магнитная постоянная.В результате расчетная статическая характеристика ПИП (5.1) приводится к виду, (5.3) где - начальное сопротивление преобразователя: - постоянные коэффициенты, зависящие от параметров ПИП (,), , , , (5.4)На рис. 16 показан график этой зависимости для случая . Пунктиром показана аппроксимирующая прямая параметры и которой можно найти методом наименьших модулей [1]. В результате получим (см. [2], с. 183)Для второй катушки ДПИП вместо (5.3) имеем . (5.5)При увеличении сопротивления одной катушки ДПИП сопротивление второй катушки уменьшается (см. рис. 25,а).В соответствии с индивидуальным вариантом задания, ДПИП используется в составе ИНДИП - ПП и включается в ПРСМ. В этом случае имеет место соотношение (см. (4.7))В этом случае получаем. (5.6)Соответствующее значение максимальной приведенной погрешности от нелинейности статической характеристики прибора (4.5) можно вычислить по формуле (см. (4.8)). (5.7)Выбор материала () и размеров магнитопровода ПИП следует подчинить условиям , ,где - минимально необходимое значение относительной девиации сопротивления ПИП (); - допустимая погрешность от нелинейности (). Соответствующая схема расчета и выбора параметров преобразователя показана на схеме 1.Рис. 16. Схема расчета.Если требование выполнить не удается ( как это имеет место в рассматриваемом случае) , то в схему прибора вводится корректирующее звено.Во фрагементе 3 приведена Mathcad – реализация этих вычислений. Для выбранного сочетания геометрических параметров магнитопровода мм, мм, мм, мм, мм, мм, мм, мм, мм, мм (5.8)перемещение xv=0.2ммВведем размеры магнитопровода и определим магнитное сопротивлениеОпределим сопротивление воздушных зазоровОпределим соотношение между сопротивлениями и основные значения коэффициентов Определим изменение сопротивления при смещении на xv=0.2 ммв процентах и ошибку при смещении для одной индуктивности dz - изменение сопротивления катушки при смещении якоря на xvв процентном отношении.Определим ошибку для дифференциального датчика.Она меньше и находится в пределах заданной ошибки.Для увеличения диапазона xv – перемещения якоря можно увеличить h1 толщину бокового магнитопровода. Пусть h1 =3Тогда при xv=0.3 ммприблизительно сохраняться все значения dz– изменению диапазона сопротивления индуктивности процентах и ошибки по нелинейности.Ошибка для дифференциального метода как видно меньше чем для одной катушки более чем в 4 раза.5.1.2. Расчет ДИПДалее реализуем расчёт параметров катушки преобразователя. Определяем площадь окна:Определяем средний радиус катушки:Определяем удельное число витков. Примем диаметр провода на обмоткекатушки: 0,2мм, оценим параметры удельного витка:Определяем общее число витков:Определяем активное сопротивление катушки:Определяем долю активного сопротивления катушки и начальноесопротивление катушки:Определяем частоту питающего напряжения:Определяем частоту питающего напряжения: После того, как определены размеры всех участков магнитопровода ПИП переходят к расчету электротехнических характеристик катушки. Из статические характеристик ДПИП для kx = 0.67и α=0.431Где z0=2000- начальное сопротивление преобразователя; - постоянные коэффициенты, зависящие от параметров преобразователя;Расчет схемы включения и КППКатушки ДПИП включаются в последовательно-симметричную мостовую схему переменного тока ПРСМ (рис. 16). Рис. 16.Пришципиальная схема ПРСМ.Расчет и выбор параметров схемы включения выполняется в следующем порядке:Определяем сопротивления плеч моста. В соответствии схемой включения имеем:- cопротивления пассивных плеч моста равны ;- cопротивление нагрузки (входное сопротивление усилителя)т равно;Определим максимальную амплитуду сигнала для z0 =2кОм и Uп =5 В.Для схемы ПРСМ (4.6)., Из них определяем параметры прибора с учетом расчетных А и B, ат. , ат. Коэффициент усиления ОУ равен Kпп, а коэффициент преобразования сигнала KCB=1.Зависимость амплитуды напряжения в измерительной диагонали моста от сопротивлений катушек ДИП и имеет вид, где , Тогда Откуда Kпп = 5/1.12=4.4ЗаключениеПолучена передаточная функция. Определена максимальная амплитуда сигнала, выбран ДИП и ЦПП. Определены параметры ДПИП .ЛитератураЩептов А.Г. Теория, расчет и проектирование измерительных устройств: В 3-х частях, часть 1. Теория измерительных устройств. – М.: ФГУП «Стандартинформ», 2006 г. -324 с.Щептов А.Г. Теория, расчет и проектирование измерительных устройств: В 3-х частях, часть 2. Расчет измерительных устройств. – М.: ФГУП «Стандартинформ», 2007 г. -344 .Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. Практика аналогового моделирования динамических систем; справоч. Пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 384с.http://www.studfiles.ru/preview/2672186/page:2/