Копия (3) ЭРИ-1,6,8,10,12 / ЭРИ-12

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКТИВНОГО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

12.1. Цель и задачи исследования

Изучение свойств индуктивных преобразователей перемещения

12.2. Основы теории |

Принцип действия индуктивных преобразователей основан на изме­нении индуктивности системы под воздействием величины (перемещения, усилия).

Индуктивность электромагнитной цепи системы L определяется от­ношением числа потокосцепления ∑Φ_iW_i к вызывавшему их току I:

В системах, содержащих обмотку и ферромагнитный сердечник с небольшим воздушным зазором, можно пренебречь рассеиванием магнитного потока Ф. При этом ∑Φ_iW_i = ФW и тогда, учитывая, что

получим

где Z_M- магнитное сопротивление сердечника и зазора. При синусои­дальном напряжении

R_ст - активное сопротивление магнитопровода ;

R_δ - магнитное сопротивление воздушного зазора;

X_M- реактивная составляющая магнитного сопротивления.

В практике наибольшее распространение получили дифференциальные

преобразователи, обладающие преимуществами перед одинарными (более высокая чувствительность, меньше влияние тяговых усилий между ярмом и якорем, меньше влияние температуры и т.д.).

Исследуемый дифференциальный преобразователь показан на рис.12.1.

Дифференциальный преобразователь Зависимость μ(Н)

μ

Z_пр1 Z_пр2

Н

Рис. 12.1. Рис. 12.2.

Под воздействием измеряемого перемещения якорь, выполненный в виде диска, перемещается, увеличивая воздушный зазор у одной половины преобразователя и уменьшая у другой, благодаря этому происходят изменения с различными знаками полного сопротивления обеих катушек пре­образователя. Полное сопротивление Z концов катушки связано с воздушным зазором следующей зависимостью:

где l_i, μ_i, S_i - длина, магнитная проницаемость и площадь поперечного сечения различных участков стальной части магнитной цепи;

W - число витков катушки;

X - магнитная проницаемость воздуха;

S_δ - площадь поперечного сечения для магнитного потока в воздушном зазоре.

Для увеличения чувствительности преобразователя необходимо, по возможности, уменьшить значение , что при заданных размерах магнитопровода возможно лишь максимально увеличивая μ_i . Необходимо найти такое значение погрешности поля (или индукции), иначе говоря, такое значение напряжения питания, при котором имеет место максимальная магнитная проницаемость в стальной части магнит­ной цепи. На рис. 12.2 приведен примерный график зависимости μ(Н). При этом напряжении полное сопротивление Z катушки преобразователя будет наибольшим. Поэтому экспериментальное определение оптимального напряжения питания катушки сводится к нахождению максимального зна­чения сопротивления по кривой Z= f (U) при минимальном и постоянном воздушном зазоре.

Оптимальный режим работы преобразователя имеет место при питании его напряжением, соответствующем наибольшей чувствительности преобразователя. Наиболее часто индуктивные преобразователи включаются в мостовые схемы. Оптимальный режим мостовой цепи, как известно, соответствует условиям получения наибольшей мощности в измерительной диагонали моста при заданном относительном изменении сопротивлении рабочего плеча. Этот режим работы мостовой цепи, двумя плечами ко­торой являются обмотки дифференциального преобразователя, соответ­ствует условию согласования (равенства) сопротивления измерительной диагонали (сопротивления нагрузки) и сопротивления постовой цепи относительно вершин этой диагонали (при коротком замыкании диагонали питания). При этом нагрузка, т.е. измеритель, получает наибольшую мощность преобразователя, включенного в плечо моста, что соответствует наибольшему отклонению измерителя при данном перемещении якоря, иначе говоря, наибольшей чувствительности прибора в целом. Так как измеритель, как правило, обладает практически активным сопротивлени­ем, то для выполнения условия согласования необходимо равенство сопротивления модулю полного сопротивления моста относительно вер­шин измерительной диагонали.

Часто определяют оптимальное значение нагрузки в мостовой цепи экспериментальным путем.

12.3. Объекты и средства исследования

Индуктивный дифференциальный преобразователь

Магазин сопротивлений - 3 шт.

Вольтметр электронный

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Реостат ползунковый

12.4. Подготовка к работе

По литературе [1, 2, 3] ознакомиться с устройством и принципом действия индуктивных преобразователей, свойствами дифференциальных преобразователей. Подготовить протокол исследований.

12.5. Программа работы.

12.5.1. Измерение комплексного сопротивления катушек

преобра­зователя

а) собрать схему рис. 12.3. Положение якоря симметрично относительно обеих катушек. В момент включения схемы движок автотрансформатора ЛАТР-1 находится в нулевом положении. R₀ взять равным 500-1000 Ом.

Схема измерения сопротивлений катушек преобразова­теля.

Z_пр U_{z пр}

U

R₀ U_R0

ЛАТР-1

Рис. 12.3.

б) установить ЛАТРом ток (величина тока указывается препода­вателем) и измерить при помощи лампового вольтметра напря­жения на обмотке преобразователя V_zпр на образцовом сопро­тивлении U_R0 и полное напряжение U. Ламповый вольтметр берется для уменьшения погрешности при определении Z, можно считать, что сопротивление прибора бесконечно вели­ко и нет собственного потребления мощности. Данные занести в табл. 12.1.

№ п/п	U	UZпр	UR0	I	Z	R	X
	В	В	В	А	Ом	Ом	Ом
1.
2.
3.
4.

То же самое проделать для второй катушки преобразователя.

12.5.2. Определение оптимального значения сопротивления диагона­ли мостовой измерительной цепи.

а) собрать схему рис.12.4. Плечами моста Z₁ и Z₂ являются катушки преобразователя. Два других плеча R₁ и R₂ - магазины сопротивления. Сопротивление R₀ включенное между плечами R₁ и R₂ служит для начального уравновешивания моста. R₀ - реостат небольшого сопротивления.

В измерительную диагональ моста включается вместо изме­рителя магазин сопротивления R_g , напряжение на котором измеряется ламповым вольтметром, практически без расхода мощности от измерительной диагонали.

Схема опыта – Рис. 12.4. ( Приведена ниже)

Перед включением на магазинах плеч моста R₁ и R₂ устанавливаются равные сопротивления. Величина сопротивления указывается преподавателем. Обычно работают c равноплечим мостом, либо R₁ и R₂ выбирают значительно меньшими, чем модули сопротивлений плеч моста Z₁ и Z₂. Сопротивление R_g берут равным 1500 Ом.

б) установить якорь в среднее положение между двумя катушками. Включить питание и поддерживать его равным двойному рабочему напряжению 2U_Р = 16В (U_Р= 8В).

H₁ K₁ H₂ K₂

Z_пр1 Z_пр2

R_g КМС-4

R₁ Д R₂

КМС-4 R₀ КМС-4

ЛАТР-1

Рис. 12.4.

в) уравновесить мост при помощи реостата R₀. Если полного равновесия этим путей получить не удается, следует уравновесить мост небольшим перемещением якоря от среднего положения, вправо иди влево.

Уравновесив мост, т.е. получив минимальное значение напряжения на R_g (ламповый вольтметр включен на наименьший предел измерения), перемещают якорь на расстояние равное (1/4 + 1/3)δ от пол­ного зазора к одной из катушек преобразователя.

г) снять зависимость P_g= f(R_g) при постоянном зазоре и поcтоянном напряжении.

Мощность в измерительной диагонали

Зависимость P_g = f(R_g) снимается для 10 - 12 значений сопротивления диагонали.

Опытные данные следует ввести в табл. 12.2.

Таблица 12.2.

№ п/п	Ug	Rg	Pg
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

По полученным данным строится зависимость P_g = f(R_g), по которой определяется сопротивление диагонали R_g, cоответcтвующее максимальной мощности в измерительной диагонали P_{g макс}. Это построение необходимо проделать во время проведения опыта, так как величина P_{g макс} потребуется при выполнении следующего пункта программы.

12.5.3. Определение зависимости тока в измерительной диагонали от величины воздушного зазора.

а) Опыт производится по схеме рис. 12.4. Напряжение питания моста поддерживается постоянным, равным двойному рабочему, т.е. 16 В. Сопротивление диагонали останавливается равное найденному в предыдущем опыте при P_gмакс .

б) Для получения зависимости тока I_g в измерительной диагонали от величины зазора I_g=f(δ) якорь преобразователя перемещает из одного крайнего положения в другое. Должно быть получено не менее десяти точек. Данные занести в таблицу 12.3.

Таблица 12.3.

№ п/п	δ	Ug	Ig
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Ток I_g определяется согласно соотношению где U_g – напряжение на измеряемой диагонале моста;

R_g – сопротивление измерительной диагонали моста, соответствующее максимальной мощности в диагонали моста.

По полученным данным строится зависимость I= f(δ)

12.6. Контрольные вопросы.

1. Каковы разновидности и принципы действия электромагнитных преобразователей?

2. Как теоретически расчитать электромагнитный преобразователь?

3. Каковы типы индуктивных преобразователей, основные соотноше­ния для индуктивных преобразователей?

4. Чум определяются погрешности индуктивных преобразователей?

5. Как выбрать режим работы индуктивных преобразователей, изме­рительные цепи?

6. Что такое чувствительность индуктивного преобразователя?

7. Поясните порядок проведения и результаты эксперимента.

12.7. Содержание отчета

Схемы рис. 12.1, I2.3, 12.4.

Таблицы 12.1, 12.2, 12.З.

Графики P_g= f(R_g), I_g= f(δ)

Векторные диаграммы риc.12.5

12.8. Расчеты и построения

12.8.1. По данным таблицы 12.1 построить векторную диаграмму, вычислить сопротивление катушек преобразователя. Примерный вид диаграммы изображен на рис.12.5. От векторной диаграммы необходимо перейти к треугольнику сопротивлений. Определить R, x, z катушек преобразователя (сначала одной, а затем другой)

Векторная диаграмма

U

U_Zпр

U_R0 I Рис. 12.5.

12.8.2. По данным табл. 12.2 построить зависимость P_g = f(R_g);

где U_g - напряжение на R_g;

R_g - сопротивление диагонали.

По кривой определить R_gмакс, соответствующее максимальной мощности в измерительной диагонали.

12.8.3. По данным табл. 12.3 построить зависимость I_g= f(δ).

ПРИКНИЖНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Новицкий П.В. Электрические измерения не электрических величин. -М.Энергия, 1975

2. Электрические измерения. Под ред. Фремке А.В. –Л., Энергия, 1980

3. Настоящее методическое пособие.