ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Основы расчета индукционных преобразователей

Тема № 4

«Физические эффекты, используемые для преобразования механических воздействий в немеханические величины»

Лекция №4

«Индукционные и индукционные обратные преобразователи. Основы расчета»

Индукционные преобразователи

Основы расчета индукционных преобразователей

Индукционные обратные преобразователи

Индукционные преобразователи

Индукционные преобразователи, представляющие собой небольшие генераторы постоянного тока, используются в приборах для измерения скорости вращения валов, а также в приборах для измерения линейных и угловых вибраций. На рисунке 1 б изображен преобразователь, конструктивно аналогичный трансформаторному преобразователю на рисунке 1 а, но с постоянным магнитом, который может быть заменен постоянным электромагнитом, если через обмотку ω₂ (рис. 1, б) пропустить постоянный ток. При неподвижной обмотке ω₂ э. д. с. на её зажимах равна нулю. Однако если обмотка ω₂ под воздействием измеряемой величины начинает перемещаться, то сцепленный с ней магнитный поток Ф изменяется, что согласно закону электромагнитной индукции вызывает появление в обмотке э. д. с., равной

где dФ/dt — скорость изменения магнитного потока, сцепляющегося с витками обмотки.

Рисунок 1

Поскольку скорость изменения магнитного потока определяется скоростью перемещения обмотки в воздушном зазоре, то преобразователь (рисунок 1 б) имеет естественную входную величину в виде скорости линейных или угловых перемещений, а выходную — в виде индуктированной э. д. с. Подобные преобразователи, в которых скорость изменения измеряемой (механической) величины преобразуется в индуктированную э. д. с., называются индукционными.

Индукционные преобразователи, как это следует из их принципа действия, в качестве естественной входной величины имеют скорость механического перемещения. Индукционные преобразователи можно подразделить на две группы. В преобразователях первой группы магнитное сопротивление на пути постоянного магнитного потока остается неизменным, а индуктированная э. д. с. наводится в катушке благодаря линейным (рис.2 а) или угловым (рис. 2 б) колебаниям катушки в зазоре магнита. При этом в некоторых конструкциях катушка выполняется неподвижной, а перемещается магнит.

В преобразователях второй группы постоянный магнит и катушка неподвижны, а индуктированная э. д. с. наводится путем изменения магнитного потока вследствие колебаний полного магнитного сопротивления магнитной цепи, создаваемых чаще всего изменением воздушного зазора в этой цепи. Конструкция такого преобразователя показана на рис. 2 в. При вращении ротора происходит перераспределение магнитного потока постоянного магнита между обмотками с частотой, определяемой скоростью вращения и числом зубцов, и в обмотках индуктируется э. д. с. Поток постоянного магнита остается при этом неизменным, и потери в последнем отсутствуют.

Так как выходное напряжение индукционных преобразователей пропорционально скорости вибраций подвижной части, то для получения напряжения, пропорционального амплитуде вибраций или ускорению, выходное напряжение индукционного преобразователя подвергается интегрированию или дифференцированию с помощью интегрирующих или дифференцирующих цепей.

а) б) в)

Рисунок 2

Основы расчета индукционных преобразователей

В преобразователях первой группы магнитный поток не изменяется, и расчет магнитной цепи и индукции В в зазоре преобразователя производится обычными методами Выходная э. д. с. преобразователя (рис. 2, а) при синусоидальных вибрациях подвижной части Х=Х_mcoswt определяется формулой

где w и l_ср — число витков и средняя длина витка обмотки.

В преобразователях второй группы необходимо учитывать переменную составляющую магнитного потока, изменяющегося с частотой изменения магнитного сопротивления. Если наибольшее изменение магнитного потока равно

где F — м. д. с. магнита,

— крайние значения магнитного сопротивления.

Аамплитуда и действующее значение переменной составляющей потока (при синусоидальном его изменении) соответственно равны и э. д.с. индуктируемая в обмотке,

Для повышения чувствительности преобразователя выгоднее применять катушки с большим числом витков, поскольку индукти­рованная э. д. с. прямо пропорциональна числу витков. Однако при увеличении числа витков необходимо учитывать следующие обстоятельства.

1. Увеличить число витков при заданном сечении S_окн, катушки можно только за счет уменьшения диаметра провода, а следовательно, за счет резкого увеличения (с увеличением квадрата числа витков) ее сопротивления. При работе преобразователя па указатель ко­нечного сопротивления R_ук выходная мощность возрастает только до тех пор, пока сопротивление катушки не становится равным значению R_ук, и достигает в преобразователе (рис. 2, а) величины

где — коэффициент укладки. При дальнейшем увеличении числа витков чувствительность падает

2. Увеличение числа витков при неизменном диаметре провода вызывает увеличение толщины катушки, т. е. S_окн, требует (рис. 2) соответствующего увеличения воздушного зазора, что приводит к падению величины индукции. Поэтому оптимальное число витков может быть найдено только путем ряда расчетов для различных чисел витков и соответствующих зазоров.

3. При расчете катушки необходимо учитывать реакцию поля катушки. Ток в катушке должен быть достаточно мал, чтобы индукция ноля катушки, определяемая м. д. с. последней, была значительно меньше индукции постоянного магнитного поля в зазоре, создаваемого постоянным магнитом.

При проектировании индукционного преобразователя большое внимание следует уделить получению линейной зависимости ин­дуктированной э. д. с. от амплитуды перемещения катушки.

Линейность преобразователей первой группы зависит как от размеров катушки, так и от ее положения относительно полюсных наконеч­ников. Для повышения линейности можно пользоваться рекомендациями, относящимися к аналогичным конструкциям обратных маг­нитоэлектрических преобразователей. При рациональ­ном выборе конфигурации магнитной цепи, размеров и положения катушки погрешности линейности могут быть сведены к величинам 0,02—0,1%. У преобразователей второй группы линейность преоб­разования зависит от магнитных характеристик ферромагнитных материалов, из которых выполнена магнитная цепь. Поскольку эти характеристики обычно нелинейны, преобразователи второй группы имеют большую погрешность линейности и чаще всего используются как частотные.