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
м
агнитная 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
Значение
-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
Если
,то число
витков определяется
как
Где
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.