Исследование дифференциально-трансформаторного датчика перемещения

--

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ТРАНСФОРМАТОРНОГО

ДАТЧИКА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

 

Цель работы:  Ознакомиться с принципом действия, конструкцией и характеристиками дифференциально-трансформаторного датчика перемещения.

 

1. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО МОДУЛЯ

 

Датчик перемещений построен на базе первичного дифференциально-трансформаторного  преобразователя (ДТП). Конструктивно  ДТП представляет собой каркас 1 из изоляционного материала (рис.1), на котором размещены первичная обмотка W1 и две идентичные встречно включенные вторичные обмотки W2 (рис.2). Внутри каркаса помещается подвижный плунжер 2 из магнитомягкого материала, положение которого изменяется с помощью верньерного устройства, позволяющего одновременно измерять величину перемещения плунжера. Снаружи катушка охватывается цилиндрическим магнитопроводом, имеющим продольный разрез и выполняющим также роль защитного экрана. Все элементы датчика размещаются в сменном лабораторном модуле, который устанавливается в специальное гнездо лабораторного стенда. Ручка «Перемещение плунжера» выведена на переднюю панель модуля, где расположена и шкала отсчета величины перемещения δ (в мм). Конструкция механической трансмиссии обеспечивает перемещение плунжера ДТП на 1мм при перемещении флажка – указателя верньерного устройства на 1мм. Первичная обмотка W1 через контакты разъема модуля соединена с генератором синусоидального напряжения. Вторичные обмотки ДТП реверсивного датчика перемещения с выходом постоянного тока включены в измерительную схему, состоящую из двух встречно включенных выпрямительных мостов на диодах Д1-Д4, Д5-Д8 и двухзвенных сглаживающих RC-фильтров (рис.3). К выходу измерительной схемы через контакты B1 и B2 разъема модуля подключается вольтметр постоянного тока V2.

Генератор синусоидального напряжения Г3-33 и вольтметр постоянного тока V2 встроены в универсальный лабораторный стенд. При симметричном положении плунжера (линия ОО на рис.1) на вторичных обмотках возникают равные напряжения и выходной сигнал датчика равен нулю. При смещении плунжера, например, вверх на величину δ, потокосцепление верхней обмотки W2 увеличивается, а нижней уменьшается, и на выходе датчика появляется сигнал, пропорциональный смещению. Основные параметры первичного ДТП, составляющего основу реверсивного датчика перемещения, приведены в табл.1. Если измерительный прибор (или схему) подключить непосредственно к двум встречно включенным вторичным обмоткам ДТП, то получим реверсивный датчик перемещения с выходом переменного тока.

Рис.1. Эскиз конструкции преобразователя: 1 – каркас, 2 – подвижный плунжер, 3 – цилиндрический магнитопровод

 

Рис.2. Принципиальная схема первичного  дифференциально-трансформаторного  преобразователя: W1 – первичная  обмотка, W2 – вторичная обмотка

 

 

Рис.3. Схема электрическая принципиальная реверсивного датчика перемещения

Таблица 1

Основные параметры ДТП

№ п/п	Наименование параметра	Обозначение	Значение параметра
1.	Количество витков первичной обмотки	W1	1000
2.	Количество витков вторичной обмотки	W2	2900
3.	Внутренний диаметр магнитопровода, мм	D	30
4.	Длина плунжера, мм	lя	47
5.	Диаметр плунжера, мм	d	6
6.	Индуктивность катушки, Гн	L
7.	Омическое сопротивление, Ом	R	46.8

 

Разность потокосцеплений вторичных  обмоток ДТП при смещениях  ферромагнитного плунжера получается, в основном, за счет разности потоков рассеяния между плунжером и цилиндрическим магнитопроводом. Направление силовых линий потока рассеяния выше линии магнитной нейтрали О – О’ противоположно направлению силовых линий потока рассеяния ниже линии О – О’.

2. ПРОГРАММА РАБОТЫ

 

1. Ознакомиться с конструкцией и принципом действия дифференциально-трансформаторного датчика перемещений.
2. Снять и построить зависимость выходного напряжения U_вых от перемещения плунжера δ, т.е. U_вых=f(δ) при разных значениях частоты питающего напряжения (f= 50Гц, 100Гц, 150Гц, 1000Гц) и неизменном напряжении питания первичной обмотки U_вх=9В.
3. Определить участки характеристик датчика, построенных по п.2.2. , с линейностью не хуже 5 %.
4. Снять и построить зависимость выходного напряжения от величины питающего напряжения на частоте 50Гц или 150Гц, т.е. U_вых=f(U_вх)  при δ=const. Зазор выбирается в пределах линейного участка характеристики датчика.
5. Определить модуль коэффициента передачи датчика перемещения для каждой из выходных характеристик, полученных в соответствии с п.2.2.
6. Рассчитать и построить теоретическую выходную характеристику U_вых=f(δ) при U_вх=9В для частоты 50Гц или 150Гц.

3. УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ РАБОТЫ

 

1. Для снятия статических характеристик U_вых=f(δ) необходимо:

• включить генератор звуковых колебаний Г3-33 и установить одно из заданных значений частоты его выходного напряжения;
• установить величину выходного напряжения генератора 9В и поддерживать его неизменным;
• вращая регулятор управления плунжером, изменять его положение от нулевой отметки на 2.5мм в одну и в другую стороны. Снять показания вольтметра V1 через каждые 0.5мм;
• измерения производить для всех заданных значений частот;
• по данным измерений построить семейство статических выходных характеристик датчика перемещений.

2. Длину линейного участка выходных характеристик определить из условия, что максимальное отклонение статической характеристики от прямой линии не превышает 5 % от наибольшего значения выходного напряжения.

3. Для получения характеристики по п.2.4 изменять величину напряжения генератора от нуля до номинального значения 9В  и снять показания вольтметра V2, включенного на выходе датчика, для двух значений δ, находящихся в пределах линейного участка выходной характеристики датчика.
4. Под модулем коэффициента передачи датчика перемещения понимают отношение приращения величины выходного сигнала (напряжения) к соответствующей величине приращения входного сигнала (перемещения) для выбранного участка статической характеристики.
5. Для построения расчетной выходной характеристики датчика использовать параметры табл.1. Выходное напряжение рассчитать по формуле

где E₁ и E₂ – ЭДС, наводимые в соответствующих выходных обмотках; g – удельная проводимость магнитного поля рассеивания:

;  .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. В чем заключается принцип действия ДТП?
2. Как зависит коэффициент передачи ДТП от величины и частоты питающего напряжения?
3. Чем ограничивается частота напряжения, питающего ДТП?
4. Чем ограничивается амплитуда напряжения, питающего ДТП?
5. Какое напряжение должно быть на выходе датчика перемещения при нулевом положении плунжера?
6. Что ограничивает линейный участок характеристики датчика перемещения?
7. Начертите приближенную картину силовых линий магнитного поля в ДТП.
8. Какое схемное решение можно еще использовать, чтобы на основе ДТП получить реверсивный датчик перемещения с выходом переменного тока?

Литература: [2, c.4-11] .