2.1.2. Особенности построения индуктивных круговых дискретных преобразователей.

Индуктивный круговой дискретный преобразователь образован двумя одинаковыми магнитными цепями, катушки которых включены в дифференциальную схему, питаемую напряжением промышленной частоты. Магнитная цепь состоит из двух концентричных зубчатых сердечников, между вершинами зубьев которых имеется воздушный зазор . При повороте роторов изменяется взаимное положение зубьев статоров и роторов и, следовательно, изменяются сопротивления магнитных цепей и полные электрические сопротивления катушек.

При повороте вала с роторами полные электрические сопротивления катушек изменяются по периодическому закону с периодом (п — число зубьев ротора).

Обычно угол отсчитывают при равенстве сопротивлений обеих катушек, что соответствует нулевому сигналу схемы. Цена деления углового дискретного сигнала в этом случае равна .

Высокая точность отсчета зубчатого кругового преобразователя обеспечивается компенсацией ошибок нарезания зубчатых венцов, так как в изменении сопротивления катушек одновременно участвуют все зубья ротора и статора, а сумма ошибок шагов зубьев, расположенных по замкнутому контуру, равна нулю.

Влияние других факторов компенсируется применением дифференциальной схемы.

2.1.3. Общие положения расчета индуктивных преобразователей.

При проектировании индуктивных преобразователей обычно заданы следующие величины: диапазон измерения , допускаемая нелинейность характеристики, габаритные размеры преобразователя, требуемая чувствительность, допускаемое измерительное усилие.

Искомыми параметрами являются: чувствительность преобразователя; его ток и напряжение питания катушки; число витков и диаметр провода катушек; измерительное усилие преобразователя, начальный зазор между якорем и неподвижной частью магнитопровода, материал и геометрические параметры магнитной цепи преобразователя.

Принципиальная схема расчета строится на том, что по заданным габаритным размерам преобразователя находят все его параметры. В случае несоответствия полученной чувствительности или измерительного усилия заданному значению изыскивают пути их приближения, в одних случаях исходя из разработанной конструктивной схемы, а в других - принимая решение о создании дополнительных усилительных устройств.

Обычно расчет начинают с принципиального построения магнитной цепи и обмоток преобразователя, исходя из заданных габаритных размеров.

Как правило, останавливаются на дифференциальном преобразователе с П-образной, Ш-образной или цилиндрической (в осевом сечении также имеет Ш-образную форму) формой магнитной цепи. В качестве материала для нее при питании преобразователя напряжением частотой 50 Гц рекомендуется применять:

• для Ш- и П-образных магнитопроводов — листовую сталь Э-12;

Э-21; Э-31; Э-41;

• для цилиндрических магнитопроводов — прутковую сталь типа Армко, Сталь 20, Сталь 35, Сталь 45.

При повышении частот питания применяют материалы, обладающие большими удельными электрическими сопротивлениями — листовой хромистый или молибденовый пермаллой либо прессованные сердечники .из окислов некоторых металлов — так называемых ферритов.

По известной площади окна магнитопровода, предназначенного для размещения катушки, с учетом ее каркаса, определяют число витков W.

(5)

где

f₀ — коэффициент заполнения, выбирают в зависимости от диаметра провода и марки изоляции: 0,60 для ПЭЛ и ПЭВ-1; 0,55 для ПЭВ-2; 0,50 для ПЭЛШО;

d1—диаметр провода катушки преобразователя; рекомендуется для намотки катушек использовать провод высокого качества (марок ПЭЛШО, ПЭВ-2 и др.);

Q — площадь, занимаемая обмоткой катушки.

Заданный предел измерения и допускаемая нелинейность характеристики преобразователя определяют такой конструктивный параметр, как начальный зазор между якорем и неподвижным сердечником катушек преобразователя. Этот параметр выбирают из условия

(6)

В этом случае нелинейность характеристики у дифференциальных преобразователей может быть регулированием доведена до 1%, у не дифференциальных — до 10%.

При конструировании магнитопровода, особенно из сплошной стали, необходимо учитывать, что при слишком большой ширине полюса а и малом зазоре магнитный поток под средней частью полюса практически проходить не будет вследствие вытеснения потока к краям полюса. При увеличении зазора сопротивление его будет мало изменяться, так как увеличение сопровождается увеличением фактической площади зазора S, что приводит к снижению чувствительности. Поэтому рекомендуется

Для уменьшения влияния изменения характеристик магнитного материала на параметры катушек индукцию В в магнитопроводе выбирают такой, при которой магнитная проницаемость данного материала достигает максимального значения. Для большинства магнитных материалов такое эффективное значение индукции лежит в пределах от 0,2 до 0,6 Т.

Когда построена принципиальная схема магнитной цепи преобразователя, выбраны начальный зазор и индукция в магнитопроводе, определено число витков и диаметр провода, дальнейший расчет ведут по следующей схеме:

1. Определяют суммарное магнитное сопротивление магнитопровода которое включает сопротивления воздушных зазоров и сопротивление сердечника. (Для упрощения расчета во многих случаях сопротивлением сердечника пренебрегают.)

2. По найденным значениям , соответствующим различным зазорам, определяют полные электрические сопротивления катушки преобразователя. Строят характеристику преобразователя , по которой определяют его чувствительность.

3. Определяют ток, необходимый для создания магнитной индукции выбранного значения.

4. Проверяют катушку на допускаемую плотность тока. Рекомендуется, чтобы плотность тока Ј не превышала 2—2,5 А/мм². (Для малогабаритных преобразователей допускаемая плотность тока может быть повышена до Ј 4,5 А/мм².)

5. Определяют напряжение питания катушки.

6. Определяют измерительное усилие преобразователя.