24.4 Индуктивные и трансформаторные преобразователи

К этому типу относятся разнов. электромагнитных преобразователей, у которых при возд. измеряемой неэлектрической величины изм-ся коэфф. самоиндукции или взаимоиндукции в электромагн. системе. Входной величиной является линейное или угловое перемещение, а выходной индуктивность или напряжение переменного тока

Простейшие электром. преобр. малых перемещений предст. на рис. 2.1 и состоят из неподвижного П-образного магнитопровода 1 с обмоткой 2 и подвижной части магнитопровода – якоря 3.

В преобразователе на рис. 2.1,а под возд. входной величины Х_{Н. ЭЛ.} изменяется зазор δ между подвижной и неподвижной частями магнитопровода, а в преобр. на рис. 2.1,б изменяется площадь S₀ воздушного зазора при горизонт. перемещ. якоря 3.

Изменение величины зазора δ или площади S₀ приводит к изменению L.

Выражение для коэффициента самоиндукции , W₁ – число витков обмотки, l_СТ – средняя магнитных силовых линий в ферромагнитных участках магнитопровода; μ_СТ – магнитная проницаемость материала магнитопровода; S_СТ – поперечное сечение магнитопровода; δ, μ₀ и S₀ – то же для воздушных зазоров.

Такие преобр-ли называют индуктивными.

Если кроме обмотки W₁ на магнитопроводе расположить обмотку W₂ (рис. 2.2), то получим преобр-ли известные как взаимоиндуктивные или трансформаторные. Коэффициент взаимоиндукции между ними

Если в обмотку W₁ подать переменный ток I₁ и поддерживать постоянным его значение, то ЭДС во вторичной (измерительной) обмотке W₂ будет функционально зависеть от положения якоря, т.е. где ω – частота питающего напряжения; К – коэфф., учитывающий параметры обмотки W₁ и магнитное сопротивление магнитопровода.

К ак следует из выражений для коэффициентов самоиндукции и взаимоиндукции, функции преобразования L=f(δ) или M=f(δ) простейших индуктивных и трансформаторных преобразователей имеют гиперболический характер. Поэтому они применяются только при преобразовании малых перемещений при начальной величине зазора δ₀ < 1 мм.

Существенное уменьшение нелинейности достигается в дифференциальных схемах рассматриваемых преобразователей. При перемещении якоря в индуктивном преобразователе на рис. 2.4 величина L₁ будет увеличиваться, а величина L₂ уменьшаться. Если включить W₁ и W₂ в соседние плечи мостовой схемы, то напряжение на выходе моста переменного тока будет пропорционально разности ΔL=L₁ – L₂, причем зависимость ΔL=f(δ) значительно более линейна, чем L=f(δ).

С конструктивной точки зрения индуктивные и трансформаторные преобр-ли можно разделить на преобр-ли малых (от 0,01 до 10 мм) или больших (до 100 мм) линейных или угловых (до 10° или до 45…60°) перемещений, преобр-ли с замкнутым или разомкнутым магнитопроводом и преобр-ли с подвижным элементом магнитопровода или подвижной катушкой. Для преобразования малых линейных или угловых перемещений чаще всего используются преобр-ли с замкнутым магнитопроводом.

25.1 Миниатюризация. Этапы развития миниатюризации. Показатели миниатюризации.

Под миниатюризацией (м-я) аппаратуры понимают технические решения, которые направлены на наиболее эффективное использование объема, массы и потребляемой мощности при обеспечении заданного качества ее функционирования. М-я последовательно развивалась от простой миниатюризации к микроминиатюризации и далее к комплексной микромин-и (охватывает все устройства, блоки и узлы РЭА).

В 50-е годы м-я РЭУ означала создание нового «поколения» РЭС на основе более совершенных миниатюризованных дискретных электрорадиоэлементов (транзисторов, элементов для микромодулей и т.д.). Уменьшение геом размеров элементов позволило уменьшить в 3...5 раз массу и габариты РЭУ, но надежность их оставалась прежней. Развитие микроэлектроники позволило перейти к аппаратуре на интегральных схемах и резко (на порядок) улучшить основные показатели аппаратуры: массу, объем, надежность и стоимость благодаря повышенной степени интеграции ИС, использованию групповых автоматизированных методов изготовления и контроля, машинных методов проектирования. Этот метод конструирования получил название микроминиатюризации. На современном этапе микромин-я - это системный подход на всех этапах разработки и производства РЭА. Характерные тенденции современного этапа развития сложных РЭС: расширение функциональных возможностей устройств, в том числе цифровых устройств обработки информации, широкое использование вычислительных устройств на ИС и микропроцессорах; внедрение принципов микроэлектроники в СВЧ и антенную технику. На современном этапе м-я включает комплекс мероприятий, успешная реализация которых требует целенаправленной работы специалистов различных направлений и оперативной связи между ними. Этот этап получил название комплексной микромин-ии - это метод создания аппаратуры, при котором все ее узлы, блоки и устройства выполнены на базе ИС, БИС, СБИС функциональных элементов и др. Основной задачей при всевозрастающей сложности аппаратуры является обеспечении ее высокой надежности, малых масс и объемов, улучшенных эксплуатационных характеристик, технологичности и серийнопригодности. Выполнение этих требований возможно в том случае, когда практически все узлы, блоки и устройства, входящие в более сложные комплексы, имеют соизмеримые значения основных конструктивно - технологических показателей (надежность, масса, объем, процент выхода годных, стоимость и т.д.).

К основным задачам комплексной мин-и относятся:

• дальнейшее развитие и внедрение в практику проектирования, конструирования и технологию изготовления новых принципов схемотехники;

• Разр-ка новых принципов компоновки РЭС;

• развитие новых способов и методов коммутации;

• повышение эффективности систем теплопередачи при одновременном уменьшении их массы и объема;

• разработка и промышленное освоение новых видов прочных, жестких и теплопроводящих материалов несущих конструкций;

• дальнейшая автоматизация проектных, конструкторских работ и технологии производства.

Миниатюризация характеризуется показателем уровня миниатюризации МЭА, кот. определяется средним пропорциональным значением показателя качества функционирования в единице массы, объема и потребляемой мощности. Показатель уровня миниатюризации МЭА исчисляют в единицах миниатюризации (ед. мин.): , где m - общее число самостоятельных функций МЭА; К_i - показатель качества функционирования МЭА по i -ой самостоятельной функции,дв.ед. (бит); V, G, W - соответственно объем (м³), масса (кг) и потребляемая мощность (Вт) рассматриваемой МЭА;

Показатель уровня миниатюризации (М) считают положительным, если его значение равно или больше заданного.

Зная показатель уровня миниатюризации, можно определить коэффициент миниатюризации по формуле: КМ = М / М_ср, где М_ср - уровень миниатюризации заданного значения (Мт), сравниваемого отечественного (Мот) или зарубежного (Мзр) аналога. КМ считают положительным, если КМт>1; КМот>1; КМзр>1.

Под технико-экономическим показателем миниатюризации понимают интегральный показатель качества аппаратуры, характеризующий матер. затраты на аппаратуру, отнесенные к единице показателей уровня миниатюризации. Этот показатель определяют в ед. мин./руб. по формуле: C = M/S, где S - материальные затраты, связанные с изготовлением МЭА. ТЭП считается положительным, если его значение больше значения С отечественных аналогов и удовлетворяет требованиям, предусмотренным ТЗ.

Показатель технико-экономической эффективности миниатюризации определяется отношением технико-экономического показателя аппаратуры в данном ее исполнении к технико-экономическому показателю, принятому за исходный при сравнительном анализе: Э = С / Сср, где Сер - технико-экономический показатель эффективности миниатюризации заданного значения (Сет), сравниваемого отечественного (Сот) и зарубежного (Сзр) аналога. ТЭЭ считают положительным, если Эт>1; Эот>1; Эзр>1. Существуют методы оценки по единичным характеристикам миниатюризации.