Реферат Индуктивные преобразователи. Реферат Индуктивные преобразователи
 Скачать 407.58 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Бийский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»(БТИ АлтГТУ) Отделение внеочных форм обучения Кафедра «МСИА» Реферат Индуктивные преобразователи (тема реферата) по дисциплине Физические основы получения информации (наименование дисциплины) Студент группы ПС-84 Е. В. Ядыкин (инициалы, фамилия) Преподаватель аспирант Р. В. Барсуков (должность, ученое звание) (инициалы, фамилия) БИЙСК, 2020 2 СОДЕРЖАНИЕ Введение…………………………………………………………………….3 Индуктивный преобразователь……………………………………………4 Индукционный преобразователь………………………………………….6 Заключение………………………………………………………………..12 3 ВВЕДЕНИЕ Термин "электромагнитные преобразователи" объединяет четыре типа преобразователей: индуктивные, трансформаторные, магнитоупругие и индукционные. Для всех этих преобразователей характерно использование зависимости характеристик магнитной цепи (магнитного сопротивления, магнитной проницаемости, магнитного потока и др.) от величины механического воздействия на элементы этой цепи. Индуктивный преобразователь представляет собой дроссель с изменяющимся воздушным зазором или изменяющейся площадью поперечного сечения. В качестве выходного параметра в нем выступает изменение индуктивности L (или кажущегося сопротивления Z) обмотки, одетой на сердечник, при изменении величины зазора б или площади F. Преимуществом соленоидных преобразователей является возможность измерения больших (до 50-60 мм) перемещений. Существенным недостатком описанных трех преобразователей является наличие на выходе значительного "нулевого" сигнала. Для компенсации начального сигнала применяются мостовые или дифференциальные схемы, в которых обмотки включаются встречно. Мостовые и дифференциальные схемы имеют более широкий линейный участок статической характеристики, большую чувствительность и меньшую погрешность. Недостатком индуктивных и трансформаторных преобразователей является трудность регулировки и компенсации начального напряжения на выходе преобразователя. Кроме того, для уменьшения помех оба типа преобразователей нуждаются в тщательной экранировке, что увеличивает размеры и вес преобразователей. Погрешности преобразователей вызываются в основном нестабильностью напряжения и частоты источников питания, а также влиянием изменения температуры. 4 ИНДУКТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Принципиальные схемы индуктивных преобразователей показаны на рис. 6 Индуктивный преобразователь (см. рис. 6, а — схема для измерения малых перемещений) представляет собой электромагнит 1 с воздушным зазором, величина (длина) 5 которого изменяется в функции от измеряемой механической величины F . Особенно широко применяются дифференциальные преобразователи (см. рис. 6, б), в которых одновременно и притом с разными знаками изменяются два зазора двух электромагнитов, что увеличивает чувствительность и улучшает другие характеристики преобразователя. При изменении зазора 8 изменяется магнитное сопротивление R M магнитопровода электромагнита, связанное с его размерами известной зависимостью: где l i , s i , μ i — длина, площадь поперечного сечения и магнитная проницаемость j -го участка стальной части магнитной цепи; \х 0 — магнитная проницаемость воздуха; δ и s — длина и площадь поперечного сечения воздушного зазора. Изменение магнитного сопротивления R м оценивается по величине полного сопротивления Z катушки 2 (см. рис. 6, а), так как при перемещении якоря 3 изменяются как активное, так и реактивное сопротивления катушки. Первое изменяется в результате изменения потерь на гистерезис и вихревые токи, а второе — из-за изменения индуктивности катушки. Индуктивность катушки связана с магнитным сопротивлением R м следующей зависимостью: L =Ф ω / l = Iω / R m I * ω / I = ω 2 / R m , где l i , s i , μ i — длина, площадь поперечного сечения и магнитная проницаемость j -го участка стальной части магнитной цепи; \х 0 — магнитная проницаемость воздуха; δ и s — длина и площадь поперечного сечения воздушного зазора. 5 Изменение магнитного сопротивления R м оценивается по величине полного сопротивления Z катушки 2 (см. рис. 6, а), так как при перемещении якоря 3 изменяются как активное, так и реактивное сопротивления катушки. Первое изменяется в результате изменения потерь на гистерезис и вихревые токи, а второе — из-за изменения индуктивности катушки. Индуктивность катушки связана с магнитным сопротивлением R м следующей зависимостью: L =Ф ω / l = Iω / R m I * ω / I = ω 2 / R m , где Ф — магнитный поток; ω — число витков катушки; I— ток в катушке. Сопротивление R Fe , эквивалентное потерям P Fe , можно записать следующей формулой: R Fe = P Fe / I 2 Однако потери P Fe в первом приближении пропорциональны квадрату потока Ф, поэтому: R Fe = K Ф 2 / I 2 = K ω 2 / R m , где К — коэффициент, зависящий от конструкции преобразователя. При изменении воздушного зазора 8 меняются как активное, так и реактивное сопротивления катушки, а следовательно, и полное ее сопротивление Z. Таким образом, в индуктивных преобразователях имеет место последовательное преобразование F→∆δ→R M → Z. Преобразователи описанных типов применяются при сравнительно небольших перемещениях якоря относительно сердечника. Для измерения больших перемещений якоря используются дифференциальные индуктивные преобразователи с разомкнутой магнитной цепью (см. рис. 6, в), в которых якорь 3 перемещается внутри катушек 2, изменяя их полные сопротивления. Приборы с индуктивными преобразователями могут быть использованы для измерения, как перемещения, так и любых механических величин, функционально связанных с перемещением якоря, например сил, давлений, крутящих моментов и т.д. 6 ИНДУКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Он представляет собой преобразователь, в котором измеряемая неэлектрическая (механическая) величина преобразуется в индуктированную ЭДС. Согласно закону электромагнитной индукции индуктированная электродвижущая сила Е определяется скоростью изменения магнитного потока Ф, сцепленного с катушкой из w витков: Индукционные преобразователи непосредственно могут применяться только в приборах для измерения скорости линейных или угловых перемещений. На практике индукционные преобразователи применяются в приборах для измерения скорости вращения (в тахометрах), а также в приборах для измерения параметров вибраций, т.е. для измерений переменных во времени линейных и угловых перемещений и ускорений (в виброметрах и акселерометрах). Индукционные преобразователи для тахометров представляют собой небольшие генераторы постоянного или переменного тока, вал которых механически связан с валом испытуемого двигателя. Чаще всего применяют генераторы переменного тока. Электродвижущая сила генератора Е, как известно, выражается уравнением: где с - конструктивная постоянная, определяемая числом витков 7 и числом пар параллельных ветвей; Ф - поток возбуждения, создаваемый обычно постоянными магнитами; р - число пар полюсов; n - число оборотов в минуту (скорость вращения). Величина pn /60 = f является частотой переменной ЭДС, индуктируемой в генераторе. Таким образом, критерием измеряемой скорости вращения может служить либо ЭДС генератора Е, либо частота f . Принцип устройства индукционных преобразователей приборов для измерения параметров вибраций и ускорений показан на рис. 7. На рис. 7, а представлен принцип устройства индукционных преобразователей приборов для измерения линейных вибраций. Цилиндрическая катушка 1, связанная с объектом измерения посредством вала 2 и расположенная в кольцевом зазоре магнитопровода 3, совершает линейные перемещения (колебания) в направлении, указанном стрелками. Цилиндрические постоянные магниты 4 намагничены вдоль образующей и создают в зазоре радиальное поле. При своем перемещении витки катушки под прямым углом пересекают линии магнитного поля и в них индуктируются ЭДС. Если линейное перемещение ∆х является некоторой функцией времени ∆х = = f ( t ), то мгновенное значение ЭДС E=ωBl a , где число витков катушки; В — индукция в зазоре; l а - активная длина витка. Точно так же индуктируется ЭДС в цилиндрической катушке 1 (см. рис. 7, б), помещенной на ферромагнитный сердечник 5, когда он вместе с катушкой совершает угловые перемещения в направлении, указанном стрелкой. 8 Схема устройства простейшего тахометра с индукционным преобразователем. На валу укреплен стальной зуб М . При вращении вала этот зуб проходит мимо зазора неподвижно установленной магнитной системы с постоянным магнитом, уменьшая сопротивление зазора так, как показано на кривой R М При этом в катушке, надетой на магнит, наводятся импульсы ЭДС, форма которых показана на кривой е . Частота импульсов, выраженная в герцах, всегда будет в точности равна скорости вращения вала, выраженной в числе оборотов в секунду. Рис. 6 Принципиальные схемы индуктивных преобразователей: 9 а - для измерения малых перемещений; 6 — дифференциальный преобразователь; в — для измерения больших перемещений; 1 — электромагниты; 2 — катушки; 3 — якорь Рис. 7 Принцип устройства индукционных преобразователей приборов для измерения параметров вибраций и ускорений: а - Для измерения линейных вибраций; б - для измерения угловых вибраций; 1 - цилиндрическая катушка; 2- вал, связывающий катушку с объектом измерения; 3 - зазор магнитопровода; 4- постоянные магниты; 5 - ферромагнитный сердечник Индукционный преобразователь для измерения параметров вибрации применяется для измерений: амплитуды колебаний, скорости и ускорения перемещения колеблющегося тела. 10 Индукционный преобразователь схематически изображен на рис. 4 и представляет собой цилиндрическую катушку 1, внутри которой на плоских пружинах подвешен постоянный магнит 3. Вся конструкция помещена в корпус, жестко скрепленный с объектом измерения. При колебании корпус с катушкой перемещается относительно неподвижного в пространстве магнита, при этом витки катушки пересекают магнитные силовые линии, и в катушке наводится электродвижущая сила e k , пропорциональная скорости колебания объекта измерения. Приборы, с помощью которых измеряется скорость колебаний, называются волосиметрами. Чтобы с помощью индукционного преобразователя измерить амплитуду колебаний, необходимо от скорости колебаний перейти к амплитуде перемещения путем интегрирования выражения для e k . Физическое интегрирование e k осуществляется с помощью специальной интегрирующей электрической цепи, составленной из емкости и сопротивления (рис. 5). Для этой схемы уравнение мгновенных значений ЭДС будет иметь вид: 11 12 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В практике нашли применение почти исключительно дифференциальные индуктивные преобразователи. Объясняется это не только большей линейностью характеристики, но главным образом меньшей погрешностью этих преобразователей. Одним из основных достоинств индуктивных преобразователей является возможность получения большой мощности преобразователя (до 1…5 В×А), что позволяет пользоваться сравнительно малочувствительным указателем на выходе измерительной цепи, а при необходимости – регистрировать измеряемою величину (возможно включение на выходе цепи самописца или вибратора осциллографа без предварительного усиления). В малогабаритных преобразователях, однако, часто приходиться прибегать к включению усилителя между измерительной цепью и указателем или регистратором. |