Разработка датчика перемещения с изменяющейся индуктивностью
Министерство общего и профессионального
образования РФ
Владимирский Государственный Университет
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ТЕМЕ:
«Разработка датчика перемещения с изменяющейся индуктивностью.»
Выполнил:
Студентка гр МиС-296
Зайцева Т.А
Принял:
Мищенко З.В.
Содержание:
I. Разработка технического задания.
1.1. Назначение.
1.2. Условия эксплуатации.
1.3. Механические воздействия.
1.4. Эксплутационные требования.
II. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ датчик перемещения с изменяющейся индуктивностью.
III. ПРИНЦЫП ДЕЙСТВИЯ датчика перемещения с изменяющейся индуктивностью.
IV. Расчет основных конструктивных элементов
V. Оценка метрологических характеристик.
5.1. Отнасительная погрешность.
5.2. Относительная чувствительность.
5.3. Определяем диапазон измерений.
VI. Расчет основных конструктивных элементов в MatCad.
VII. Список литературы:
I.Разработка технического задания.
1.1. Назначение.
Датчик перемещения с изменяющейся индуктивностью предназначен для преобразования линейного перемещения в изменение индуктивности его обмоток.
1.2. Условия эксплуатации.
Климатические условия в рабочих условиях должны соответствовать ГОСТ 22261 или таблица № 1
Таблица №1
Влияющие величины | Нормальное значение | Допустимое значение |
Температура окружающей среды,C |
20-25 | 2 |
Атмосферное давление, кПа | 84-106,7 | - |
Относительная влажность, |
30-80 | - |
Внешние магнитное поле | Практически отсутствует | Магнитное поле Земли |
Напряжение питающей сети переменного тока, В | По ГОСТ21128 |
±10 |
Частота питающей сети, Гц |
50 400 |
±0,5 ±10 |
Во время эксплуатации, датчик должен находится в обогреваемом и охлаждаемом помещение без непосредственного воздействия осадков, песка, пыли.
1.3. Механические воздействия.
Датчик перемещения с изменяющейся индуктивностью, во время работы должен быть устойчивым и прочным к воздействию однократных и многократных механических ударов.
Данные датчики должны сохранять свои характеристики при воздействии постоянных магнитных полей сетевой частоты с напряженностью до 400А/м.
1.4. Эксплутационные требования.
Безопасность эксплуатации датчика перемещения с изменяющейся индуктивностью должна обеспечиваться
1)прочностью установленной в стандартах,
2)изоляцией электрических цепей,
3)надежным креплением при монтаже на объекте.
II.РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ датчик перемещения с изменяющейся индуктивностью.
Для получения выходного сигнала, индуктивный датчик должен быть включен в электрическую схему.
III.ПРИНЦЫП ДЕЙСТВИЯ датчика перемещения с изменяющейся индуктивностью.
Действие датчика основано на преобразование линейного перемещения в изменение индуктивности его обмоток путем воздействия на подвижный элемент магнитной системы - якорь(1).Обмотки(2) датчика включены в фазочувствительный мост с выпрямителем, собранный по кольцевой схеме .(Рисунок 1)
Принцип действия индуктивного датчика основан на изменении
индуктивной системы под воздействием входной величены. Индуктивность электромагнитной системы L определяется отношением потока сцепления к вызвавшему их I.
В индуктивных датчиках изменяющимся параметром цепи является индуктивное сопротивление
частота
переменного
тока
Lx- индуктивность датчика, изменяющаяся при перемещение подвижной системы датчика.
Эти системы применяются лишь на переменном токе, величина которого будет изменяться при изменении
И
ндуктивность
дроселя при
ненасыщенном
магнитопроводе
может быть
выраженна
следующей
формулой
Где w-число витков обмотки дросселя,
Rm-магнитное сопротивление сердечника и якоря,
-длинна воздушного зазора,
Sb- площадь поперечного сечения воздушного зазора.
л
я
тока и тангенса
угла сдвига
фаз в цепи нагрузки
имеем:
где R-активное сопротивление обмотки дросселя
Zн - полное сопротивление нагрузки
Таким образом, при изменении длинны или площади поперечного сечения Sb воздушного зазора будет изменяться величина тока и угол сдвига фаз между векторами напряжения и тока.
Для
определения
пределов изменения
тока в цепи
нагрузки для
магнитных
систем при
различных
положениях
якоря можно
поступить
следующим
образом: амплитуда
тока в цепи
нагрузки Zн,
С
другой стороны
, где значение
магнитного
потока
может быть выражено через магнитную индукцию B как
таким образом,
При определение магнитного потока формула для индуктивности
имеет следующий вид
или
Подставляя Im и умножая на ,находим
Н
аконец
из выражения
Где Lc-средняя длинна магнитной силовой линии в сердечнике,
Sc-площадь поперечного сечения сердечника
Lяк- длинна пути магнитного потока в якоре
Sяк-площадь поперечного сечения якоря
-магнитная проницаемость для сердечника при значении магнитной индукции Bm1
магнитная проницаемость для якоря при значении магнитной индукции в якоре Bm2
Далее имеем
Задаваясь значением Lx по формуле №1 определяется величина Bm и соответствующие ей значения , а затем по формуле №2
Либо в зависимости оттого,какая из этих величин изменяется при работе датчика.
IV.Расчет основных конструктивных элементов
Дано
b1=0.01м
b=0.015м
а=0,01м
а1=а/2=0,005м
с=0,01м
=0,0005м
Определить индуктивность датчика
Где
З
начение
-магнитной
проницаемости
в магнитопроводе-
зависит от
велечены индукции
B.
B=(0.3-0.5)----B=0.3
-индукция в якоре
Индукция в якоре Bmяк=0,6 соответствует =4340
Таким образом
и
следовательно
при
Е
сли
,то число
витков определяется
как
Г
де
q-площадь поперечного
сечения провода
,а f-коэффициент
заполнения.
Следовательно
Для провода ПЭ ,а выберем тогда
а
Для получения зависимости индуктивности датчика от величины воздушного зазора, может быть использовано следующие выражение
Собственный коэффецент размагничивания
Наименьшая величина магнитопровода
Определим наименьшую величину измерительного зазора
Где ,
Т
ак
как а
тогда
V.Оценка метрологических характеристик.
5.1. Отнасительная погрешность.
Пусть
а ,тогда
5
.2.
Относительная
чувствительность.
5.3. Определяем диапазон измерений.