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

изменением длины воздушного зазора

при перемещении шунта вдоль

информационной линейки

На рисунке 10 представлен пример изменения отклонения амплитуды и фазы выходного напряжения, вызванного изменением длины воздушного зазора при перемещении шунта вдоль информационной линейки. Зависимость определяется качеством изготовления линейки и в общем случае имеет случайный характер.

На рисунке 11 приведена зависимость абсолютного отклонения начальной фазы результирующей намагничивающей силы от длины шунта. Этот график дает основание сделать вывод о том, что увеличивать длину шунта до величины, составляющей 20...25 % от длины информационной линейки, неэффективно.

Рисунок 11 – Зависимость

абсолютного отклонения

начальной фазы результирующей намагничивающей силы

от длины шунта

Следует отметить чувствительность датчика к качеству изготовления шунта. На рисунке 12 показан график зависимости погрешности датчика от длины шунта.

На погрешность измерительной системы оказывает влияние и качество генератора синусоидальных колебаний. Содержание высших гармоник обеспечивает дополнительную погрешность измерительной системы.

При наличии высших гармоник выходного напряжения генератора действующее значение отклонения угла определится уравнением

– амплитуды высших гармонических составляющих выходного напряжения генератора.

Рисунок 12 – График зависимости

погрешности датчика от длины шунта

Динамические характеристики определяются способностью электромагнитной системы реагировать на внешние воздействия. Характер внешних воздействий может быть различным, однако время восстановления метрологических свойств электромагнитной системы определяется длительностью электромагнитного переходного процесса.

В процессе анализа выявлены параметры элементов измерительной системы, влияющие на погрешность отображения фазы выходного сигнала. Получены аналитические выражения, позволяющие оценить степень влияния большинства выявленных параметров на систематическую погрешность электромагнитной системы. Определена технология вычисления времени готовности электромагнитной системы на основе анализа электромагнитных переходных процессов. Определена методика получения динамических свойств электромагнитной системы, позволяющая анализировать устойчивость систем автоматического регулирования и управления, в которых используются датчики с бегущим магнитным полем.

В шестой главе проанализированы модели погрешностей и спектральные характеристики систематических погрешностей измерительных систем на основе фазовых датчиков с плоскопараллельным бегущим магнитным полем. Все факторы, которые оказывают влияние на систематическую погрешность измерительной системы с фазовыми датчиками, можно разделить на две подгруппы: факторы, не зависящие от конструктивных параметров датчика, и факторы, определяемые конструктивными параметрами датчика.

Для анализа систематической погрешности измерительной системы использовалась имитационная компьютерная модель измерительной системы.

Имитационная модель состоит из блока вычисления электрических параметров датчика, блока вычисления напряжений и токов датчика и блока обработки информации для оценки метрологических характеристик.

Блок электрических параметров предназначен для вычисления сопротивлений, индуктивностей, взаимных индуктивностей эквивалентной схемы замещения электромагнитной системы. Он включает в себя несколько этапов расчета. Назначение блока вычисления напряжений и токов заключается в определении зависимости токов, напряжений измерительной системы в функции измеряемого перемещения, т. е. в получении конкретных значений выходного напряжения и его фазы при перемещении шунта. Блок обработки информации предназначен для определения метрологических характеристик системы при заданных условиях. Имитационная модель измерительной системы позволяет анализировать погрешности и получать ее метрологические характеристики.

Современные объекты, над которыми проводятся пассивные эксперименты, сложны, и их поведение зависит от множества факторов. Выбор конкретной модели погрешности в значительной мере определяется индивидуальным опытом экспериментатора. Для анализа погрешности при проведении многофакторного эксперимента в качестве модели используется уравнение следующего вида:

При использовании такой модели учитывается влияние не только самих факторов, но и их взаимодействий. Однако использование такой модели погрешности связано с определенными трудностями.

от действия первого фактора представляется рядом Фурье:

Квадрат действующего значения результирующего отклонения определяется формулой

Таким образом, уравнение дисперсии фазовой погрешности примет следующий вид:

– веса гармонических составляющих ряда.

Результирующая дисперсия фазы от действия всех факторов с учетом их взаимного влияния выразится уравнением

– результирующая дисперсия отклонений фазы от линейного закона;

– стандартные отклонения однофакторных экспериментов;

– коэффициенты взаимного влияния факторов.

в ряд Фурье, т. е. получить результирующую дисперсию однофакторного эксперимента и веса гармонических составляющих.

Для анализа воздействия различных факторов на погрешность датчика необходимо проанализировать спектральный состав отклонений фазы от линейного закона при перемещении шунта, вызванных этими воздействиями.

Анализ влияния изменения длины зазора выполнен на основании предположения, что при перемещении шунта параллельность поверхностей, образующих зазор, не нарушается, а длина зазора изменяется по случайному закону, оставаясь в определенных пределах. На рисунке 13 представлены спектры косинусных и синусных составляющих.

Рисунок 13 – Спектры косинусных (а) и синусных (б) составляющих

отклонения фазы, обусловленного ошибкой нанесения пазов

Ранее рассматривалось влияние изменения длины шунта на погрешность датчика. На рисунке 14 представлены спектры отклонения фазы для случая длины шунта большей расчетной на 5 %.

Рисунок 14 – Спектры косинусных (а) и синусных (б) составляющих

отклонения фазы, обусловленного погрешностью изготовления шунта

Частота гармонических составляющих кратна числу зубцов информационной линейки. Амплитуды синусных гармонических составляющих уменьшаются с увеличением частоты практически по экспоненциальному закону. Частота основной гармоники кратна числу зубцовых делений, если за базовую частоту принять частоту с периодом изменения, равным длине информационной линейки.

загрузка...