Расчет метрологических характеристик индуктивного измерительного преобразователя с переменным зазором

Лабораторная работа №4

Расчет метрологических характеристик индуктивного

измерительного преобразователя с переменным зазором

1 Цель работы

Цель работы – закрепить теоретический материал по первичным измерительным преобразователям электромагнитного типа и приобрести умение производить расчет метрологических характеристик данных преобразователей.

2 Основные теоретические сведения

2.1 Общие сведения о параметрических электромагнитных измерительных преобразователях

Параметрические электромагнитные преобразователи реализуют две основные функции преобразования:

где L – индуктивность обмотки преобразователя, имеющей w витков; М – взаимная индуктивность обмоток преобразователя, имеющих w₁ и w₂ витков; Z_м – магнитное сопротивление преобразователя. Эти две разновидности функций преобразования определяют два основных вида параметрических электромагнитных измерительных преобразователей: индуктивные и трансформаторные (взаимоиндуктивные). Изменение индуктивности или взаимной индуктивности этих преобразователей осуществляется за счет параметров, определяющих магнитное сопротивление. Такими параметрами могут быть геометрические размеры специально вводимых в магнитную цепь зазоров.

С точки зрения расчета параметрические электромагнитные преобразователи можно разделить на 3 вида: преобразователи с переменной длиной немагнитных зазоров в магнитопроводе; преобразователи с переменной площадью немагнитных зазоров в магнитопроводе; соленоидные преобразователи.

По схеме построения параметрические электромагнитные преобразователи можно разделить на одинарные и дифференциальные. Одинарные преобразователи содержат одну измерительную ветвь, дифференциальные – две.

Основными метрологическими характеристиками параметрических электромагнитных преобразователей являются:

1)  диапазон измерения

2)  относительная чувствительность преобразователя

3)  относительная погрешность преобразования

Таблица 2.1

Классификационная таблица индуктивных измерительных преобразователей

Тип преобразователей	Индуктивные		Взаимоиндуктивные (трансформаторные)
	Одинарные	Дифференциальные	Одинарные	Дифференциальные
С переменным зазором длинна
С переменной площадью зазора
Плунжерные соленоиды

В качестве конструктивных параметров преобразователей, определяющих их метрологические характеристики, выступают:

1)  геометрические параметры магнитопровода;

2)  материал магнитопровода;

3)  геометрические размеры и число витков катушки.

2.2 Особенности магнитопроводов параметрических электромагнитных преобразователях

Магнитопровод параметрического электромагнитного преобразователя позволяет увеличить магнитный поток катушки и сконцентрировать его в ограниченном объеме пространства. Магнитопроводы выполняются из материалов с выраженными магнитными свойствами. Магнитные свойства материала характеризуются кривой намагничивания – зависимостью магнитной индукции в материале от напряженности магнитного поля В=f(Н).

Соотношение между индукцией и напряженностью магнитного поля определяет магнитную проницаемость материала:

Магнитную проницаемость можно также выразить в относительных единицах:

где μ₀=4π∙10^–7 Г/м – магнитная постоянная.

Лучшими электромагнитными свойствами обладают кремнистые электротехнические стали которые содержат до 5% кремния. Характеристики намагничивания кремнистых сталей приведены на рис. 2.1.

Рис. 2.1 Характеристики намагничивания некоторых электротехнических сталей

2.2 Основы расчета индуктивных преобразователей

Функция преобразования индуктивного преобразователя с переменной длиной немагнитного зазора или площадью магнитного потока в зазоре может быть записана следующим образом:

где

где r – средний эквивалентный радиус обмотки преобразователя; R – площадь поперечного сечения обмотки; μ_с – относительная магнитная проницаемость материала; l_к – длина обмотки; s_п – площадь сечения полюса, образующего немагнитный зазор; s_с – средняя площадь сечения магнитопровода; l_с – длина средней магнитной линии в магнитопроводе; k_в– коэффициент выпучивания поля в зазоре; k_р – коэффициент размагничивания.

2.3 Порядок расчета индуктивных преобразователей с переменным зазором

Исходные данные для расчета:

1)  требуемая относительная чувствительность преобразователя ;

2)  требуемый диапазон измерения D_x;

3)  допустимая относительная погрешность от нелинейности ε_н;

4)  средняя величина тока в катушке I_к

5)  эскиз магнитопровода преобразователя.

Порядок расчета.

1. Производят разбиение сердечника и якоря магнитопровода на элементарные объемы в соответствии с табл. 4.1. Для каждого из этих объемов находят среднюю длину l_ср.i и площадь поперечного сечения s_i в направлении магнитного потока. Результаты разбиения магнитопровода записывают в виде таблицы 2.2

Таблица 2.2 Параметры элементарных участков магнитопровода

Номер участка	Эскиз участка	lср.i, мм	si, мм2
1
2
…
n