Delist.ru

Анализ и синтез фазовых датчиков механических величин с бегущим магнитным полем для информационно-измерительных и управляющих систем (07.09.2007)

Автор: ГОРЯЧЕВ ВЛАДИМИР ЯКОВЛЕВИЧ

научно-техническая конференция «Датчики в системах контроля

и управления», Ижевск, 1988 г.; научно-технический семинар

«Повышение уровня технической оснащённости ГАП», Севастополь, 1986 г.; научно-техническая конференция «Методы и средства измерения», Пенза, 1982 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 53 научных труда, в том числе монография, учебное пособие, получено

4 авторских свидетельства на изобретения, 2 патента. Отдельные результаты отражены в четырех отчетах по НИР. Основные положения диссертации полностью представлены в опубликованных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и приложений. Она содержит 450 страниц основного текста, 120 иллюстраций, список литературы из 120 наименований, приложения.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении кратко изложены основные направления развития датчиковой аппаратуры. Отмечается разнообразие направлений развития измерительных систем. Обоснована актуальность проблемы, сформулированы основная идея и цель диссертационной работы. Показаны научная новизна и практическая значимость работы, приводятся основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены основные концепции развития электромагнитных систем датчиков параметров линейных и угловых перемещений, проведен анализ основных современных электромагнитных систем, используемых для разработки датчиков механических величин, отмечаются их достоинства и недостатки. В соответствии с целью диссертационной работы формулируются научные и практические задачи, решение которых позволяет реализовать основную идею работы.

Электромагнитные датчики нашли широкое применение в различных областях науки и техники, так как обладают высокой точностью, надежностью и большими функциональными возможностями. Особое применение они получили в тех областях, где условия работы наиболее неблагоприятны.

Электромагнитная система с сосредоточенным источником магнитодвижущей силы и распределенным в пространстве магнитопроводом является одной из первых электромагнитных систем, которая была использована для создания датчиков различного назначения. Распределение в пространстве магнитного поля позволило разработать ряд аналоговых датчиков для измерения различных механических величин. Большой вклад в разработку преобразователей такого типа внес Зарипов М. Ф.

Исследование и расчет измерительных преобразователей с подвижными электромагнитными элементами приведены в ряде работ Куликовского Л. Ф.

В электромагнитной системе с распределенными параметрами классического вида носителем информации о перемещении объекта или другой механической величине является уровень выходного сигнала. Амплитуда выходного напряжения в значительной степени зависит от напряжения питания обмотки возбуждения датчика, которое создает распределенное магнитное поле. Все эти факторы ограничивают область применения датчиков. Однако следует отметить простоту конструкций датчиков с распределенным магнитопроводом.

Более стабильные характеристики имеют датчики, построен-

ные на основе электромагнитной системы с нониусным и комби-

нированным сопряжением растров. Как отмечается в работах Конюхова Н. Е., увеличения эффективности датчиков можно достичь совершенствованием методики расчета, позволяющей оптимальным образом выбирать геометрические и электрические параметры.

Наилучшие результаты дает применение электромашинных фазовращателей для измерения механических величин. В разработку теории и практики применения фазовращателей большой вклад внесли Ахметжанов А. А., Батоврин А. А. и др. Как показывает практика, фаза является наиболее стабильным информационным признаком выходного напряжения датчиков. Построенные на основе электрических машин переменного тока фазовращатели изучены достаточно полно. Принцип действия базовой модели фазовращателей основан на изменении потокосцепления обмоток при изменении их взаимного положения. Основной недостаток классических фазовращателей как измерительных устройств заключается в том, что область применения ограничена измерениями параметров угловых перемещений.

Практически все авторы исследований отмечают необходимость унификации устройств контроля и управления. Для этого необходимо использовать небольшой набор базовых электромагнитных систем, которые имеют расширенный диапазон измеряемых величин и обеспечивают различную погрешность измерений.

В настоящее время теория электромагнитных систем основана на анализе идеализированных базовых систем. Это ограничивает возможности анализа погрешностей, которые являются основными параметрами измерительных устройств. Поэтому разработка способов анализа погрешностей измерительных систем является достаточно важной задачей.

Достаточное развитие получила теория планирования многофакторного эксперимента, позволяющая обосновать и оптимизировать проведение испытаний датчиковой аппаратуры. Технология анализа влияния внешних факторов на погрешность датчиков разработана достаточно полно. Однако оценка влияния на погрешность системы измерения конструктивных параметров электромагнитной системы разработана в данный момент недостаточно.

Таким образом, основными направлениями развития аппаратуры измерения механических величин являются унификация электромагнитных систем и расширение спектра измеряемых величин. Перспективными являются электромагнитные системы, позволяющие создавать датчики, простые по конструкции и обладающие высокой надежностью. Лучшими характеристиками обладают электромагнитные системы, используемые для разработки датчиков, у которых носителем информации является начальная фаза выходного напряжения. При разработке новых электромагнитных систем следует ориентироваться на необходимость унификации средств измерения. Важным направлением развития теории измерительных устройств механических величин является разработка технологии проектирования измерительных систем с заданными метрологическими характеристиками. Актуальным является вопрос оптимального проектирования устройств измерения и контроля механических величин.

Во второй главе представлены основные соотношения и способ анализа магнитных линий с плоскопараллельным бегущим магнитным полем.

Магнитная линия с распределенными параметрами образует магнитное поле, сходное по своей структуре с магнитным полем электрически длинной линии, работающей в согласованном режиме. Мгновенное значение магнитной индукции изменяется по синусному закону во времени в любой точке магнитного поля линии. Начальная фаза колебаний индукции магнитного поля пропорциональна абсциссе рассматриваемой точки.

по синусному закону

– количество зубцов информационной линейки.

Рисунок 1 – Распределение удельного

магнитного потока вдоль

информационной линейки

для различных моментов времени представлено на рисун-

от начала информационной линейки удель-

Основными характеристиками магнитной линии являются:

, определяющая связь между намагничивающей силой и удельным магнитным потоком.

Взаимозависимость электрических и магнитных характеристик датчика устанавливается интегрированием соответствующих удельных параметров.

Примеры распределения удельных проводимостей по оси магнитопроводов датчиков представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Примеры распределения удельной магнитной проводимости

вдоль информационной линейки:

а – равномерное; б – импульсное; в – синусоидальное; г – дискретное

Количество проводников обмоток изменяется в зависимости от местоположения сечения по равномерному, линейному или синусному закону. Соответствующие графики представлены на рисунке 3.

Дискретное распределение проводимостей вдоль воздушного зазора датчика накладывается на дискретное распределение количества

Рисунок 3 – Примеры распределения количества проводников

загрузка...