1.3 Мостова схема

Щоб зміна індуктивності вела за собою зміну напруги, застосовуємо наведену нижче мостову схему (рис.1.6).

Рис.1.6. Диференціальна мостова схема включення індуктивного датчика.

Дана мостова схема з двома плечима, що взаємно змінюються L1 і L2. Зміни індуктивностей здійснюється за допомогою переміщення загального сердечника з середнього положення під дією механічних сил. Подібні схеми часто застосовуються в приладах для вимірювання змінного тиску, прискорення і деформацій.

1.4 Підсилювач з нормуючим пристроєм

На вхід аналого-цифрового перетворювача подається постійна напруга, але на виході мостової схеми маємо змінну напругу. Тому застосуємо підсилювач з нормуючим пристроєм, проходячи через який змінна напруга перетворюється в постійну із значенням від 0 до 5 В.

1.5 Аналогово-цифровий перетворювач

Оскільки на виході нашої системи повинен бути цифровий вихід, то потрібно встановити АЦП. АЦП служить для перетворення аналогового електричного

сигналу в цифровий код, пропорційний значенню аналогового сигналу. Для побудови АЦП використовують пристрої послідовного або паралельного розгортання. АЦП мають генератори пилкоподібної напруги і пристрій порівняння вхідного сигналу із значенням пилкоподібної напруги. Кожній пилкоподібній напрузі відповідає аналогово - цифровий код. У разі перетворення аналогових величин в цифрові застосовують дві операції, що є основними при побудові АЦП : квантування і кодування.

Квантування полягає в розбитті безперервної величини на певні інтервали приросту по всьому діапазону зміни цієї величини або виділення фіксованих точок. Число рівнів квантування по приростах або по фіксованих точках часових інтервалів залежить від заданої точності перетворення.

Кодування полягає в тому, що кожному квантованому або фіксованому рівню безперервної аналогової величини привласнюється певне число. Для n-розрядного коду число комбінацій. Число розрядів n залежить від числа рівнів квантування безперервної величини В і визначається по формулі:

де, и-початковий і кінцевий рівні квантування, - заданий рівень приросту.

Кодування кожного рівня квантування сукупністю умовних сигналів і цифрових кодів залежить від обраного способу вимірювання аналогової величини. Точність перетворення залежить від помилок у вимірюваннях, що становлять (0,1:0,01)% і кроків квантування аналогових величин по рівню і часу. Точність проміжного перетворення визначається частотою імпульсів рахунку.

Цифрова інформація на виході представляється в семи сегментному коді.

Розрахункова частина

2.1 Розрахунок параметрів датчика

Розрахунок електричних параметрів датчика полягає в знаходженні індуктивності його котушок.

Етапи розрахунків:

1. Знаходимо значення повітряних проміжків та при різних положеннях якоря, враховуючи що передаточне відношення колісної передачі К=0,1;

2. Обираємо та розраховуємо параметри осердя та котушки;

3. Знаходимо значення прямих провідностей повітряних проміжків крайніх стрижнів при різних положеннях якоря;

4. Знаходимо значення прямої провідності повітряного проміжку середнього стрижня при різних положеннях якоря;

5. Знаходимо значення провідності розсіяння ;

6. Знаходимо значення часткових провідностей при різних положеннях якоря;

7. Знаходимо значення повних провідностей при різних положеннях якоря;

8. Знаходимо значення провідності тапри різних положеннях якоря;

9. Знаходимо значення індуктивності котушок L при різних положеннях якоря;

10. Знаходимо значення реактивних опорів обмотки при різних положеннях якоря;

11. Знаходимо значення повних опорів обмотки датчика в різних положеннях якоря;

12. Знаходимо значення похибки датчика.

1) Задаючи переміщення якоря в діапазоні ) мм з дискретністю мм, розраховуємо значення повітряних проміжків та при різних положеннях якоря за формулами:

де - довжина проміжку при ,Х - значення горизонтального переміщен-ня якоря.

знаходиться за формулою:

δ_1min = δ₁₀ = А∙ ,

де А = (1.15…0.75) - коефіцієнт пропорційності, – значення змінення повітряного проміжку.

де - довжина проміжкупри,Х - значення горизонтального переміщен-ня якоря.

знаходиться за формулою:

δ_2max = δ₁₀ + X_max + δ₁₀ ,

де X_max – максимальне значення горизонтального переміщення якоря.

Вибравши значення ,А = 1 та X_max =0,3 мм , розраховуємо значення :

Знаходимо значення повітряного проміжку при різних положеннях якоря:

Знаходимо значення повітряного проміжку при різних положеннях якоря:

2) Обираємо та розраховуємо параметри осердя та котушки.

Знаходимо значення товщини b осердя за умови :

Використовуючи Додаток 6, обираємо решту розмірів осердя:

Рис.2.1. Осереддя з штампованих Ш - образних пластин.

а = 6 мм, с=6 мм, h = 15 мм, H = 21 мм, L = 24 мм.

Обираємо число витків W обмоток ІВП у діапазоні W = (1000…2500) витків.

Нехай W = 1000 витків.

Вибираємо діаметр жили проводу обмотки з Додатку 5.

Нехай

Тоді діаметр проводу обмотки з ізоляцією

,

де - товщина ізоляції,- діаметр жили проводу обмотки.

З Додатку 5 , тому.

Переходимо до розрахунку параметрів котушки.

Приймаємо, що довжина каркасу котушки дорівнює половині меншої довжини середнього стрижня

Приймаємо товщину бокових стінок каркасу від 0.5 до 2.0 мм.

Нехай

Розраховуємо число витків в одному шарі обмотки за формулою:

де - довжина каркасу котушки,- товщина бокових стінок каркасу,- діаметр проводу обмотки з ізоляцією.

Розраховуємо число n шарів обмотки за формулою:

Розраховуємо товщину обмотки за формулою:

Далі розраховуємо електричні параметри обмотки. Для цього розраховуємо довжину середнього витка обмотки за формулою:

де та - розміри середнього стрижня осердя,К = (0.75…0.96) – коефіцієнт заповнення обмотки.

Приймаємо значення К = 0.8.

Тоді

Розраховуємо довжину проводу обмотки за формулою:

Обчислюємо активний опір проводу обмотки за формулою:

де - - площа перерізу жили проводу обмотки, – питомий електро опір матеріалу.

Розраховуємо припустиме значення струму за формулою:

,

де j = 10 – припустима щільність струму в обмотці.

3) Знаходимо значення прямих провідностей повітряних проміжків крайніх стрижнів при різних положеннях якоря за формулою:

4) Знаходимо значення прямої провідності повітряного проміжку середнього стрижня при різних положеннях якоря за формулою:

5) Знаходимо значення провідності розсіяння за формулою:

6) Знаходимо значення часткових провідностей при різних положеннях якоря:

де ,

де ,

де

де

де

де ,

де ,

де ,

де

де

7) Знаходимо значення повних провідностей при різних положеннях якоря:

.

8) Знаходимо значення провідності тапри різних положеннях якоря:

Схема заміщення магнітного ланцюга половини диференціального ІВП буде мати вигляд, поданий на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема заміщення магнітного ланцюга половини

диференціального ІВП.

Зважуючи на те, що провідності G_роз та G₁ = G₃ фактично ввімкнені в ланцюгу попарно паралельно, то схема заміщення ланцюга може бути спрощена і подана еквівалентною схемою, показаною на рис. 2.3а.

Замінюючи еквівалентною провідністю G₄ провідність повітряних проміжків, отримаємо спрощену еквівалентну схему ланцюга, показану на рис. 2.3б, де:

.

Рис. 2.3. Еквівалентні схеми заміщення магнітного ланцюга.

При подальшому спрощенні еквівалентна схема заміщення магнітного ланцюга може бути представлена схемою, показаною на рис. 2.3в, де:

G_ппі = G_4і + 2 G_роз.

9) Знаходимо значення індуктивності котушок L при різних положеннях якоря за формулою:

10) Знаходимо значення реактивних опорів обмотки при різних положеннях якоря за формулою:

11) Знаходимо значення повних опорів обмотки датчика в різних положеннях якоря за формулою:

12) Згідно до завдання, припустима похибка датчика рівна:

Δ=0.01 мм,

де n – кількість перетворювачів.

Оскільки спроектований датчик має п’ять перетворювачів, то його похибка рівна:

Результати розрахунків провідностей повітряного проміжку та індуктивностей котушок занесемо до таблиці.

Xі, мм	0	0,05	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3
δ1і, мм	0,05	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,35
δ2і, мм	0,4	0,35	0,3	0,25	0,2	0,15	0,1
G13= G33, мкГн	0,0105	0,0105	0,0105	0,0105	0,0105	0,0105	0,0105
G23, мкГн	0,0105	0,0105	0,0105	0,0105	0,0105	0,0105	0,0105
G14 = G34, мкГн	0,02477	0,024	0,02327	0,02257	0,02196	0,0213	0,0275
G24, мкГн	0,02477	0,024	0,02327	0,02257	0,02196	0,0213	0,0275
G11 = G31, мкГн	0,00196	0,00196	0,00196	0,00196	0,00196	0,00196	0,00196
G21, мкГн	0,00392	0,00392	0,00392	0,00392	0,00392	0,00392	0,00392
G17=G37, мкГн	0,00522	0,00522	0,00522	0,00522	0,00522	0,00522	0,00522
G12 = G32, мкГн	0,00472	0,00465	0,00457	0,0045	0,00443	0,00436	0,00429
G22,мкГн	0,00944	0,00929	0,00914	0,00899	0,00886	0,00873	0,00859
G18=G38, мкГн	0,01259	0,01239	0,01219	0,01199	0,01182	0,01164	0,01146
G15= G25 = G35, мкГн	0,000013	0,000026	0,000039	0,000053	0,000066	0,000079	0,000092
G16= G26= G36, мкГн	0,002826	0,002826	0,002826	0,002826	0,002826	0,002826	0,002826
G10= G30, мкГн	0,60288	0,30144	0,20096	0,15072	0,12057	0,10048	0,08613
G20,мкГн	1,20576	0,60288	0,40192	0,30144	0,24115	0,20096	0,17225
Gроз, мкГн	0,00418	0,00418	0,00418	0,00418	0,00418	0,00418	0,00418
G1(δ1)= G3(δ1) , мкГн	0,680676	0,378178	0,27666	0,225436	0,194418	0,1734	0,164982
G2(δ1) , мкГн	1,314376	0,709708	0,50704	0,404916	0,343198	0,32248	0,299932
G4(δ1) , мкГн	0,6685	0,366	0,265	0,214	0,182	0,167	0,157
Gпп(δ1) , мкГн	0,67686	0,37436	0,27336	0,22236	0,19036	0,17536	0,16536
L(δ1) , Гн	0,67686	0,37436	0,27336	0,22236	0,19036	0,17536	0,16536
X(δ1)=ω· L(δ1), Ом	1700	940	686	558	478	440	415
Z(δ1), Ом