книги из ГПНТБ / Зарипов, М. Ф. Индуктивные датчики с улучшенными метрологическими характеристиками [учеб. пособие]

ПОГРЕШНОСТИ ИДСЭ

§.з_1. Классификация погрешностей. Источники основной и дополнительной погрешности Датчиков

Погрешность как основная характернотика ИДСЭ определяет метрологические возможности датчиков, класс точности и выявляет область их применения.

Для облегчения анализа и систематизации источников погреш­ ностей разработана их классификационная таблица рис.3-1, позво­ ляющая осуществлять тщательный анализ погрешностей ИДСЭ на раз­ личных этапах проектирования, изготовления и регулировки с уче­ том эксплуатационных требований и режимов работы {23J

Как показал опыт проектирования различных электромагнитных датчиков целесообразно источники основной погрешности делить на методические, технологические и эксплуатационные, а источники дополнительной погрешности - на внешние и.режимные.

Методические источники основной погрешности ИДСЭ возникают из-за неполноты учета всех закономерностей при расчете его ста­ тической характеристики.Не учитывая при расчете ИДСЭ, например,

потери и нелинейность характеристик магнитного сопротивления сердечников, мы упрощаем методику расчета, но заранее предпола­ гаем возможность погрешностей.

Степень нелинейности статической характеристики, вносящая погрешность в ИДСЭ и определяемая в режиме холостого хода из выражения (2-37), при условии (2-39) может быть сведена к мини­ муму и тем самым уменьшена методическая погрешность.

Технологические источники основной погрешности ИДСЭ опреде-

- 72 -

ляются качеством изготовления ферромагнитных сердечников, а

также качеством сборки и наладки датчиков.

При использовании стандартных ферритовых броневых сердеч­ ников качество изготовления определяется составом смеси, спо­ собом ее приготовления и температурой спекания.

Неточность сборки деталей конструкций ИДСЭ и наличие до­ пусков при изготовлении сердечников приводит к непараллель­ ности в расположении поверхностей сердечников, что вызывает непостоянство распределенных по длине сердечников удельной магнитной проводимости.

Для уменьшения технологических погрешностей необходимо подбирать сердечники с идентичными характеристиками и минималь­ ными допусками, тщательно осуществлять сборку датчиков.

Технологические погрешности также, как и методические погрешности, можно существенно понизить за счет настройки ИДСЭ и,в первую очередь,за счет регулирования тока в экранирующих обмотках.

Эксплуатационные источники основшх погрешностей ИДСЭ обус­ ловливаются наличием магнитного гистерезиса, поперечного люфта,

старением и износом со временем отдельных деталей и узлов дат­ чиков.

Для уменьшения эксплуатационных погрешностей необходимо выбирать сердечники с минимальной шириной гистерезисной петли,

увеличивать начальный зазор датчиков, предостерегать сердечни­ ки от ударов и от воздействия других случайных внешних разру­ шающих факторов.

Проведена оценка основной погрешности ИДСЭ [3 1 J

(3 -1)

- 73 -

где fi'g - результирующая систематическая методическая погреш­

ность, которая находится как алгебраическая су ша

отклонения Л L могут быть определены исходя из производственного

поля допуска на исследуемые параметры.

В большинстве случаев случайные величины погрешностей имеют нормальное распределение вероятностей. При этом вероятность то­ го, что максимальное отклонение случайной величины превысит ве­

Источники пополнительной рптдпшпсти ИДСЭ определяются не­

стабильностью окружающей температуры, наличием внешних магнитных полей или ферромагнитных масс, непостоянством характеристик ис­ точников питания - нестабильностью амплитуды, частоты питающего напряжения и т.д.

Режимные погрешности вызываются скоростью перемещения или частотой колебания подвижной части датчика и вносят так называ-

е ш е динамические погрешности. Источником режимных погрешностей является также непостоянство величины нагрузки на выходе датчика.

Систематические погрешности часто удается скомпенсировать в результате поверочных испытаний, а дополнительные погрешности,

определяемые многими возмущающими факторами, в случае невозмож­ ности компенсации должны быть количественно учтены, для чего не­ обходимо иметь законы их изменения.

75

Изменения активных сопротивлений ИДСЭ от температуры окружающей среда приводит к изменению угла сдвига фаз между током и напряжением на выходе датчика согласно выражению:

дRs Шэ(1+Хг) 1+4-K-t(f-xaJ*(3+Х*)+0,5#в(f~X*)b+2(f-XУ* (3_10)

Подставляя в уравнение (3-9) значения (3-10) и (3-7),

получим

r* *U+(t+x*)*+2^-x*№ +)(V +Q £^-xy6+fr-xy (з-и)

Для сравнения температурная относительная амплитудная погрешность для ИДС из выражения (2-32) с учетом (2-29) запи­

Для уменьшения амплитудных и фаговых погрешностей датчи­

ков от изменения активных сопротивлений необходимо, чтобы ин­

б) Температурная погрешность И1ЮЭ. обтсдовденная изменением магнитного сопротивления сердечников З С .

Точное определение величины температурной погрешности от изменения магнитного сопротивления сердечников датчика весьма сложно. Изменение активной и реактивной составляющих магнитного сопротивления происходит с разными знаками в области температур от - 100 до + 100°С. При атом активная составляющая сопротивле­ ния уменьшается с ростом температуры, а реактивная - увеличива­ ется.

Пренебрегая нелинейностью изменения составляющих магнитного сопротивления, можно комплексную величину магнитного сопротивле­ ния записать

- 78 -

Подставляя в уравнение (3-29) значение*(3-27), а также

производную от выражения (2-44), получим

86< f Н * « - х г) г[ 2 & Ш * ) - Н - х 1) 1] - 0 , 5 К а Н - х ¥ } Ь 9

^ s + ^ W £ ( f + x if+ 2 Z $ (t - x ift3 + x + )+ Q 2 5 k $ (f-x V t+ tt-x Ij ‘f сз-зо;

Для сравнения температурная относительная амплитудная пог-

репшость для ИДС из выражения (2-45) с учетом (3-24) и (3-27)

запишется

(3-31)

Изменение угла сдвига фаз на выходе ИДС от температурного изменения магнитного сопротивления сердечников о учетом выра­ жений (2-46) и (3-27) получим в виде

Для уменьшения амплитудных и фазовых погрешностей от изме­ нения магнитного сопротивления сердечников необходимо увели­ чивать воздушный зазор & и магнитную индукцию в магнитопро­ воде.

в) Температурная погрешность ИДСЭ. обусловленная

изменением магнитной (j воздуш­

ного зазора.

Для определения погрешности от изменения магнитной прово­

димости воздушного зазора датчика необходимо проанализировать влияние температуры на

где S 0 )$0 - начальные значения площади и зазора;

-температурный коэффициент линейного расширения материала магнитонровода.

Магнитная проводимость воздушного зазора из (3-33) связа­ на с изменением температуры зависимостью

Относительная амплитудная погрешность для ВДСЭ из (2-31)

с учетом (3-24) и (3-25) запишется

Ъ’ткг&Чг**-

Изменение магнитной проводимости ВДСЭ от температуры окру­

жающей среды приводит к изменению сдвига фаз между током и напряжением на выходе датчика согласно выражению

Подставляя в уравнение (3-40) значение (3-38), а также