Введение б
1 Сравнительный анализ ИИС для измерения угловых пе ремещений на базе электромагнитных датчиков
1.1 Общие сведения об электромагнитных датчиках угло вых перемещений
1.2 Электромагнитные датчики с распределенными пара
метрами
1.3 Электромагнитные системы с нониусными и комбини
рованными сопряжениями растров
1.4 Сравнительный анализ существующих ЭМС, используе
мых в датчиках угловых перемещений
1.5 Электромагнитные фазовращатели
1.6 Анализ погрешности классических ЭМФ с поперечным
магнитным полем
Выводы
2 Передаточная функция и параметры элементов ИИС для
измерения угловых перемещений на базе редукционных ЭМФ с продольным магнитным полем
2.1 ИИС для измерения угловых перемещений на базе ре
дукционных ЭМФ с продольным магнитным полем
2.2 Обобщенная схема замещения ИИС для измерения
угловых перемещений
2.3 Конструкция и основные особенности редукционного
ЭМФ с продольным магнитным полем
2.4 Определение электрических параметров редукционного
фазовращателя с продольным магни тным полем
2.4.1 Определение удельных магнитных проводимостей
2.4.2 Определение индуктивностей обмоток редукционного ЭМФ с продольным магнитным полем
2.4.3 Определение взаимных индуктивностей обмоток редук ционного ЭМФ с продольным магнитным полем
2.4.4 Комплексная форма полной удельной проводимости
2.5 Основные уравнения, описывающие схему замещения
ИИС для измерения угловых перемещений
2.6 Токи обмоток ЭМФ, работающего в однофазном
2.7 Передаточная функция ИИС с ЭМФ, работающим в
однофазном режиме
2.8 Токи обмоток ЭМФ, работающего в двухфазном режиме
2.9 Передаточная функция ИИС с ЭМФ, работающим в
двухфазном режиме
Выводы
3 Исследование ИИС для измерения угловых перемеще
ний с помощью имитационной модели
3.1 Анализ существующих методов определения погрешно
3.2 Имитационная модель ИИС для измерения угловых пе
ремещений на базе редукционного ЭМФ
3.3 Блок геометрических размеров и физических парамет
ров ЭМФ
3.4 Блок имитации функционирования ИИС
3.5 Блок параметров выходного сигнала
3.6 Блок определения погрешности ИИС
3.7 Анализ полученных результатов и рекомендации по 0 применению имитационной модели
Выводы
4 Анализ причин возникновения систематической по
грешности ИИС для измерения угловых перемещений на базе редукционного ЭМФ
4.1 Общие сведения о погрешностях ИИС для измерения
угловых перемещений с редукционным ЭМФ
4.2 Амплитудная погрешность ИИС
4.3 Фазовая погрешность ИИС
4.4 Влияние дискретности распределения количества вит
ков на погрешность ИИС
4.5 Определение влияния точности изготовления пазов маг
нитопровода на погрешность ИИС
4.6 Влияние неравенства сопротивлений обмоток на по
грешность ИИС
4.7 Результаты, полученные при исследовании погрешности
с помощью анализа передаточной функции ИИС
Выводы
Экспериментальное исследование ИИС для измерения
угловых перемещений на базе редукционного ЭМФ и персонального компьютера
5.1 ИИС для измерения угловых перемещений на основе
редукционного ЭМФ и персонального компьютера
5.2 Конструкция редукционного электромагнитного фазов
ращателя
5.3 Основные принципы цифровой обработки сигналов
5.4 Программное обеспечение ИИС
5.5 Снижение погрешности измерения фазового сдвига на
пряжений
5.6 Результаты экспериментального исследования ИИС для
измерения угловых перемещений на базе редукционного ЭМФ и персонального компьютера
5.7 Область применения ИИС для измерения угловых пере
мещений на базе редукционного ЭМФ и персонального
компьютера
Выводы
Заключение
Библиографический список
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
ВВЕДЕНИЕ
Состояние проблемы
Развитие информационноизмерительных систем ИИС управления и контроля предполагает широкое использование датчиков. Датчики являются первичным звеном любой ИИС и в значительной мерс определяют величину ее результирующей погрешности.
Большой вклад в разработку ИИС для измерения механических величин внесли Н.Е. Конюхов, Е.П. Осадчий, Е.А. Мокров, В.М. Шляндин, А.И. Мартяшин, Е.А. Ломтев, А.Н. Трофимов и В.И. Батищев.
Проектирование систем управления и контроля, в которые входит большое количество датчиков различных параметров, связано с некоторыми трудностями. Датчики подобных систем имеют различные принципы действия, часто требуют индивидуальных источников питания и устройств обработки информации. Разнообразие входных измеряемых параметров ставит задачу создания типовых рядов датчиков, которые целесообразно использовать для удовлетворения тех или иных потребностей при сборе первичной измерительной информации. Унификация предполагает переход к базовым моделям и внедрение единой элементной базы.
Для измерения угловых перемещений используются ИИС с датчиками, разработанными на основе самых разнообразных физических явлений. Большую часть датчиков угловых перемещений составляют электромагнитные датчики, в которых используются
эффекты электромагнитного взаимодействия обмоток или проводников.
Набор ИИС для измерения угловых перемещений настолько широк, что при проектировании и эксплуатации датчиков в качестве элементов ИИС возникают проблемы. Датчики имеют различные принципы действия, различные метрологические характеристики, вид и уровень выходного сигнала и нуждаются в специализированных схемах обработки информации и источниках питания. Унификация конструкций, принципов действия и аппаратуры обработки информации является одним из основных путей сокращения стоимости и повышения надежности автоматизированных систем контроля и управления различными технологическими процессами.
Важнейшим показателем качества датчиков является стабильность характеристик, то есть их неизменность при изменении условий эксплуатации датчиков. Среди датчиков угловых перемещений наиболее стабильные характеристики имеют датчики, у которых носителем информации об измеряемой величине является фаза выходного сигнала электромагнитные фазовращатели ЭМФ.
При изменении угла поворота ротора ЭМФ изменяют фазу выходного напряжения, поэтому важной характеристикой ИИС является соответствие изменения фазы угловому перемещению. Соответствие фазы угловому перемещению нормируется погрешностью, определяемой степенью разброса отклонений фазы от линейного закона, так как в большинстве ИИС угловых перемещений предполагается использование линейной характеристики.
В настоящей работе для измерения угловых перемещений предлагается использовать ИИС на основе редукционных электромагнитных фазовращателей, построенных на взаимодействии бегущего магнитного поля с неоднородным магнитопроводом фазовращателя. Предлагаемая конструкция электромагнитной системы ЭМС электромагнитных фазовращателей позволяет значительно расширить область применения ЭМФ при использовании уже разработанной аппаратуры обработки информации. Практически речь идет об унификации устройств измерения параметров угловых перемещений. Кроме того, предлагаемая конструкция ЭМФ имеет гораздо меньшие габаритные размеры по сравнению с использовавшимися ранее датчиками угловых перемещений. ЭМФ, построенные по предлагаемому принципу, обеспечивают увеличение разрешающей способности ИИС в десятки раз, не прибегая к увеличению числа пар полюсов или к усложнению конструкции обмотки фазовращателя.
Рассматриваемая электромагнитная система относится к ЭМС с распределенными параметрами, с одной стороны, и к фазовращающим устройствам, с другой стороны. Идея использования теории электрических линий с распределенными параметрами для анализа ЭМС с распределенными параметрами встречается в работах М.Ф. Зарипова , и Л.Ф. Куликовского , . Однако полную аналогию провести нельзя, так как особенность магнитных линий с распределенными параметрами заключается в том, что в них, как правило, имеет место распределение в пространстве не только пассивных параметров, но и намагничивающих сил.
Для анализа существующих ЭМФ используется теория асинхронных двигателей в связи с тем, что информационные ЭМФ конструктивно выполнены как энергетические преобразователи. Анализу ЭМФ на базе теории асинхронных двигателей посвящен ряд работ А.Л. Ахметжанова 2 4 и .. Батоврина 6, 7. Однако использование обобщенного магнитного потока в качестве базового положения в теории ЭМФ не позволяет учесть влияние большинства конструктивных параметров магнитопровода на погрешность датчика.
Используемые методики проектирования датчиков ориентированы на получение параметров элементов конструкции, исходя из энергетических характеристик. Достаточно полно разработана теория многофакторного эксперимента, позволяющая определить воздействие внешних влияющих факторов на погрешность ИИС. С другой стороны, воздействие конструктивных влияющих факторов внутренних влияющих факторов на погрешность ИИС для измерения угловых перемещений изучено не в полном объеме. Практически полностью отсутствует теория проектирования ИИС из условия получения заданных метрологических характеристик.
В данной работе для определения степени влияния конструктивных факторов на погрешность ИИС для измерения угловых перемещений предлагается использовать имитационную модель, что частично решает существующую на сегодняшний момент проблему. Имитационная модель была создана автором на основе анализа физических процессов, происходящих при работе ИИС для измерения угловых перемещений, и математической обработки экспери
ментальных данных. В настоящее время этот метод не требует больших материальных затрат, наиболее доступен и позволяет выработать рекомендации для проектирования ИИС за короткий отрезок времени.
Актуальность
- Київ+380960830922