Проектирование и расчет бесконтактного трансформаторного датчика электрического поля

Курсовая работа № 5

Тема:    Проектирование и расчет  бесконтактного  трансформаторного датчика электрического поля.

Цель:    Спроектировать и рассчитать бесконтактный трансформаторный датчик электрического поля.

Задания

Проектирование и расчет бесконтактного трансформаторного датчика электрического поля.

Вариант 1 (Сталь Е31) μ = 5500

Вторая часть данных для 1 варианта:

d_н = 0.25 м;

d₀ = 0.24 м;

∆ = 0.005 м;

E₀ = 5×10^-5 В/м;

f = 50 Гц;

σ = 12 Кл/м²;

w₂ выбрать, что бы I_КЗ равнялся 2 – 5 мА

Теоретические сведения

1.  Для исследования конкретной конструкции (щитовая дверь, облицованная фанерой с двух сторон без прокладки), представляющей собой плоскопараллельный деревянные слои толщиной δ = 0,08 мм, являющиеся звукоизолирующим препятствием могут рассматриваться несколько методических вариантов формирования тестовой акустической ситуации, сопровождающейся виброакустическими измерениями, обработкой и анализом измеряемых характеристик.

Бесконтактный трансформаторный датчик электрического поля предназначен для измерения электрического поля в проводящей среде, например, жидкости.

Датчик представляет собой ферромагнитный сердечник тороидальной, или кольцевой, формы с наложенной на него вторичной обмотки.

Устройство бесконтактного трансформаторного датчика:

Снаружи обмотка покрыта слоем диэлектрика, который герметизирует датчик и защищает его от воздействия внешней среды.

Датчик представляет собой трансформатор тока с объемным первичным витком, образованным проводящей средой, в которой измеряется электрическое поле.

Блок-схема применения бесконтактного трансформаторного датчика:

Допуски, на которых основан расчет датчика

1.  Вторичная обмотка w₂ и защитный диэлектрический слой считаются бесконечно тонкими в сравнении с размерами датчика в целом.

Таким образом, средний радиус сечения сердечника будет определяться по формуле:

Площадь сечения сердечника:

2.  Пренебрегают искажениями поля бесконтактного трансформаторного датчика, и он заменяется замкнутой кольцевой нитью:

3.  Пренебрегают индуктивным сопротивлением первичного объемного витка в сравнении с его активным сопротивлением:

максимальное значение круговой частоты исследуемого поля

абсолютная магнитная проницаемость материала сердечника

удельная электрическая проводимость окружающей среды

Ток, который протекает через свободное окно датчика под действием осевой составляющей напряженности исследуемого поля:

коэффициент преобразования по току

 возбуждает в сердечнике магнитный поток, который индуктирует в обмотке w₂ напряжение:

Коэффициенты преобразования по напряжению приведены к одному витку вторичной обмотки, или эквивалентная длина датчика:

Эквивалентная схема бесконтактного трансформаторного датчика:

На эквивалентной схеме полное сопротивление датчика  разделено на два:  и .

 – сопротивление внутренней части объемного витка, то есть то, которое имеет конечное сопротивление и проходит через окно датчика.

 – сопротивление внешней части объемного витка, которая проходит вне датчика и имеет неопределенное сечение.

Ток короткого замыкания и напряжение холостого хода:

Выходные параметры: