Смекни!
smekni.com

Рамочный датчик угла (стр. 1 из 4)

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО

Саратовский Государственный Технический Университет

Кафедра “Приборостроение”

РАМОЧНЫЙ ДАТЧИК УГЛА

Пояснительная записка к курсовой работе по курсу

“Электрические измерения”

Саратов 2007


Реферат

Рамочный датчик угла, индукционный датчик угла с подвижной катушкой, магнитопровод, ротор, статор, обмотка.

Объектом исследования является рамочный индукционный датчик угла.

Цель работы – расчет и проектирование рамочного индукционного датчика угла.

В процессе работы производится выбор необходимых параметров и обосновывается их выбор в процессе расчётов, которые включают в себя расчет магнитных и электрических величин.


Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Назначение и область применения

1.2 Конструкция индукционного датчика угла с подвижной катушкой

1.3 Принцип действия индукционного датчика угла с подвижной катушкой

1.4 Вывод формул для определения величины и крутизны выходного сигнала

1.5 Технические данные индукционных датчиков угла рамочного типа

1.6 Погрешности индукционного датчика угла с подвижной катушкой

1.7 Достоинства и недостатки рамочного датчика угла

2. Расчетно-конструкторская часть

2.1 Расчет параметров катушек и воздушного зазора

2.2 Расчет выходных параметров

Заключение

Список использованных источников


Введение

В гироскопических приборах наиболее широко применяются индукционные датчики угла и значительно реже фотоэлектрические, потенциометрические, емкостные.

Информация о физических величинах измеряемых гироприборами, содержится обычно в углах поворота одних конструктивных узлов гироприборов относительно других. Поскольку гироприборы в большинстве случаев используют в качестве датчиков систем автоматического управления, возникают задачи измерения этих углов с высокой точностью и представления полученной информации в наиболее удобной для дальнейшего использования форме.

Простейшие способы измерения углов, например с помощью круговых шкал и индексов, в современных гироприборах применяются редко. Широкое применение нашли различные типы специальных преобразователей угла поворота механических углов в электрический сигнал.

Такие преобразователи являются датчиками угла. Обычно ДУ состоят из двух частей: статора, устанавливаемого на неподвижной части, и ротора, устанавливаемого на подвижной части.

В данной работе рассматривается и производится расчет обмоток и параметров индукционного рамочного датчика угла: величины зазора между статором и ротором, эффективного числа витков обмотки возбуждения, эффективного число витков вторичной обмотки, сечение провода обмотки возбуждения, длины пакета статора.


1. Теоретическая часть

1.1 Назначение и область применения

Индукционные датчики угла рамочного типа представляют собой устройства, выходной электрический сигнал которых пропорционален угловому перемещению вторичной обмотки в магнитном поле, создаваемом обмоткой возбуждения.

В гироскопических приборах для определения угла поворота подвижной системы часто используют индукционные датчики угла с подвижной катушкой, которые часто называют рамочными датчиками (РДУ). РДУ в основном используется в двухстепенных гироскопических приборах средней и высокой точности для измерения малых углов поворота подвижной части прибора относительно неподвижной.

1.2 Конструкция индукционного датчика угла с подвижной катушкой

Схемы рамочных датчиков имеют различные конструктивные варианты. Конструкция датчика определяется в первую очередь назначением, во вторую – конструкцией прибора в целом.

Основными величинами, характеризующими работу датчика угла, являются:

а) потребляемые мощность и ток при номинальных значениях напряжения возбуждения и частоты сети;

б) рабочий диапазон угла поворота;

в) крутизна выходной характеристики;

г) степень линейности выходного напряжения в зависимости от угла поворота ротора;

д) симметрия выходного напряжения в зависимости от изменения знака угла;

е) остаточная э.д.с. в нулевом положении;

ж) выходное сопротивление датчика;

и) значение реактивного момента.

Индукционный датчик с подвижной катушкой представляет собой дифференциальный трансформатор с воздушным зазором, вторичная (сигнальная) обмотка которого располагается в воздушном зазоре. Существует две схемы рамочных датчиков. На рисунке 1, а представлена схема рамочного датчика, дифференциального по потоку, а на рисунке 1, б - схема датчика, дифференциального по э. д. с.

В обеих схемах (рисунок 1, а и б) катушки возбуждения 1 располагаются на полюсах магнитопровода 2 и питаются переменным напряжением. В воздушных зазорах магнитопроводов располагаются плоские сигнальные катушки 3, которые крепятся на специальных кронштейнах 4 (рисунок 1, в), жестко связанных с помощью рычага 5 с осью 6, угол поворота которой требуется измерить.

При поворотах оси прибора сигнальная катушка (рамка) перемещается в зазоре магнитопровода перпендикулярно магнитным силовым линиям потока возбуждения.



Элементы рамочных датчиков имеют следующее конструктивное решение: катушки — плоские, прямоугольной или круглой формы; обмотка катушек выполняется медным проводом, диаметром порядка 0,03…0,05 мм (для сигнальных катушек) и 0,08…0,12 мм (для катушек возбуждения). Катушки возбуждения крепятся на специальном плоском кронштейне, который часто выполняется из пластмассы и имеет на своей поверхности углубления для размещения катушек. Катушки укрепляются на кронштейне с помощью клея или лака. В другой модификации сигнальные катушки укладываются в специальные формы и заливаются синтетической смолой. После застывания смолы получается монолитная деталь. Кронштейн с сигнальными катушками крепится к рычагу обычно винтами.

Магнитопровод датчика набирается из листов электротехнической стали или пермаллоя. Магнитопровод обычно укрепляется на корпусе прибора, рамка — на оси чувствительного элемента. Крепление магнитопровода должно предусматривать возможность регулировки его углового положения. В некоторых гироскопических приборах магнитопровод крепится на подвижном элементе прибора. Это делается для сокращения числа токоподводов к подвижному узлу прибора, так как катушки возбуждения датчика могут быть подключены параллельно со статорными обмотками гиромотора, следовательно, дополнительных токоподводов не требуется. Однако в этом случае, кроме заметного возрастания момента инерции гироузла, возможно появление дополнительных моментов тяжения вокруг выходной оси прибора, обусловленных наличием в конструкции чувствительного элемента значительных ферромагнитных масс.

1.3 Принцип действия индукционного датчика угла с подвижной катушкой

Рассмотрим принцип работы рамочного датчика, дифференциального по потоку [1]. На рисунке 2 представлен вид сверху на правую сторону сигнальной катушки и торец правого полюса нижней части магнитопровода датчика. Для простоты объяснения принципа работы магнитные потоки выпучивания учитывать не будем. В центральном (нулевом) положении рамки датчика часть потока возбуждения (первая), которая пронизывает площадь 1, 2, 2', 1', сцепляется со всеми витками сигнальной катушки, часть потока, которая пронизывает тело намотки, т. е. площадь 2, 3, 3', 2' (вторая), сцепляется лишь с частью витков. Часть потока, пронизывающая площадь 3, 4, 4', 3', совсем не сцепляется с витками сигнальной катушки.



Рисунок 2 - К пояснению принципа действия датчика с подвижной катушкой

В сигнальной катушке э. д. с. индуцируют только первая и вторая части потока. В левой половине сигнальной катушки (см. рисунок 1, а) поток возбуждения распределяется аналогично. Разница состоит лишь в том, что поток в левой половине катушки имеет направление, противоположное направлению потока в правой части.

При центральном положении сигнальной катушки э. д. с, наводимые в ней левой и правой ветвями потока возбуждения, будут равны по величине и противоположны по направлению. Результирующее выходное напряжение датчика; в этом случае равно нулю.

При смещении сигнальной катушки, например, влево (см. рисунок 2), часть потока правого полюса, которая совсем не сцеплялась с витками сигнальной катушки, увеличивается, а часть потока, которая полностью сцеплялась, уменьшается. Следовательно, э. д. с, наводимая правой ветвью потока возбуждения, уменьшится. Картина перекрытия левого полюса рамкой будет обратной: та часть потока левого полюса, которая совсем не сцеплялась с витками сигнальной катушки, уменьшается, а которая сцеплялась полностью - увеличивается. Если рамка не выходит при своем смещении за пределы полюса, то потокосцепление той части потока, которая пронизывала рамку, останется неизменным. Следовательно, э. д. с, наводимая левой ветвью потока возбуждения, увеличится. В результате с сигнальной катушки будет сниматься напряжение

, пропорциональное линейной величине смещения рамки

x = ρβ.

Существенным недостатком рамочного датчика дифференциального по потоку является сильное влияние на его выходной сигнал внешних переменных магнитных полей. Это влияние выражается в увеличении нулевого сигнала и в изменении крутизны характеристики датчика. Значительно меньше подвержен влиянию внешних магнитных полей рамочный датчик, дифференциальный по э. д. с. (см. рисунок 1, б). В этом датчике одна и та же ветвь потока возбуждения пронизывает две плоские сигнальные катушки, которые смонтированы рядом на одном кронштейне и включены последовательно, встречно.