Расчет основных параметров преобразователя

Требуется разработать датчик, для которого даны следующие характеристики средства измерений:

Измеряемая величина: сила;

Значение измеряемого параметра: 70-120 кН;

Погрешность измерения: 0,25%

Вид выходного сигнала: электрический сигнал

Преобразователь: индуктивный

Для нашей курсовой работы выбираем индуктивный преобразователь одинарный с переменным воздушным зазором, так как для него характерны измерения в пределах от 0,01 до 10 мм, что позволяет выполнить измерение заданного параметра.

Изобразим структурную схему данного устройства на рисунке 4. Выходной сигнал получаем в виде переменного напряжения, снимаемого с сопротивления нагрузки R_Н включенного в цепь помещенной на сердечнике 1 обмотки 2. Питание осуществляется переменным напряжением U. Под действием входного сигнала перемещается якорь 3 и изменяет зазор:

Рис. 4 - Одинарный индуктивный преобразователь с переменным воздушным зазором

Рассчитаем основные параметры каркаса разрабатываемого датчика:

Материал - сплав прецизионный 55 ВТЮ;

Коэффициент Пуассона - 0,295;

Модуль упругости - 11 * Н/ = 1,1209 * кгс/;

Пусть радиус мембраны;

= 24,77 МПа = 2,43 кгс;

= 42,46 МПа = 4,17 кгс.

Рассчитаем толщину мембраны по формуле (2)

h = (2)

h = 0,0408 см;

По формуле (3) определим минимальный и максимальный прогиб мембраны

Р = (3)

Р = 0,044 см;

Р = 0,076 см;

По формуле (4) рассчитаем индуктивность при максимальном прогибе мембраны.

L = (4)

Где

- площадь сечения воздушного зазора;

- магнитная проницаемость воздуха;

- переменная площадь воздушного зазора.

Полученные данные представим в таблице 1 и отобразим на графике зависимость (Р) (рисунок 5) и зависимость L(Р) (рисунок 6):

Таблица 1

Расчет индуктивного преобразователя

F* Н	70	75	80	85	90	95	100	105	110	115	120
?Р, кгс	2,43	2,6	2,78	2,95	3,12	3,3	3,47	3,65	3,82	3,99	4,17
(Р), см	0,044	0,047	0,051	0,054	0,057	0,06	0,063	0,066	0,07	0,073	0,076
L(Р), мГн	10,42	9,76	8,91	8,49	8,04	7,64	7,28	6,95	5,55	6,28	6,034

Рис. 5 - Зависимость (Р)

Рис. 6 - Зависимость L(Р)

Расчет мостовой схемы

Мост Максвелла - Вина изображен на рисунке (3)

Примем = 800 Ом;

Вычислим при минимальном и максимальном значении индуктивности.

Определение погрешности индуктивного преобразователя

Информативная способность индуктивного датчика в значительной мере определяется его погрешностью преобразования измеряемого параметра. Суммарная погрешность индуктивного датчика складывается из большого числа составляющих погрешностей, таких как погрешность от нелинейности характеристики, температурная погрешность, погрешность от влияния внешних электромагнитных полей, погрешность от магнитоупругого эффекта, погрешность от соединительного кабеля и другие.

Для того, чтобы рассчитать погрешность всего устройства необходимо воспользоваться формулой (5)

По справочным данным погрешность амперметра составляет 0,1%, погрешность моста равняется 0,02%.

0,25 - (0,02 + 0,1) = 0,13%;

Погрешность индуктивного датчика определяется по формуле (1):

К = (6)

Найдем необходимые переменные.

= 0,065*24,77=1,61 МПа;

? 0,065;

= 0,0028 см;

= 169,982 мГн.

Подставляем полученные данные в выражение (6) и находим погрешность индуктивного датчика:

К = 0,23%.

Сравним полученную погрешность с заданной

0,23% < 0,25%

Таким образом, полученная погрешность не больше заданной, поэтому делаем вывод о том, что разработанная система удовлетворяет поставленным требованиям.

Заключение

Курсовая работа была посвящена разработке метода для измерения силы с помощью индуктивного преобразователя, отвечающего требованиям технического задания. В ходе проектирования были изучены разнообразные методы измерения силы, на основе которых разрабатывался полученный метод измерения данного параметра.

Был выполнен обзор методов измерения силы, выбран соответствующий метод в измеряемом диапазоне, рассчитаны основные параметры преобразователя, рассчитана погрешность полученного метода измерения силы.

Таким образом, в процессе выполнения курсовой работы были выполнены все пункты технического задания и разработан метод измерения соответствующего параметра, отвечающего предъявленным к нему требованиям.

Список литературы

1. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерения: Пер. с анг. М.: Мир, 1990. - 535 с.

2. Бриндли К.Д. Измерительные преобразователи. М.: Электр, 1991. - 353 с.

3. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин: Методы измерений: Учебное пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 320 с.

4. Левшина Е.С. Электрические измерения физических величин. М.: Мир, 1983 - 105 с.