Лабораторная работа №1. Моделирование измерительной схемы с дифференциальным индуктивным датчиком

Варианты заданий на лабораторную работу

Теоретические сведения

Индуктивность катушки с магнитопроводом из ферромагнитного материала определяется выражением:

где L - индуктивность, Гн;
w – число витков катушки;
R_ж, R_o – магнитные сопротивления сердечника и воздушного зазора;
l_ж – средняя длина магнитной силовой линии в магнитопроводе;
µ, µ_о – магнитные проницаемости материала сердечника и воздушного зазора;
F, F_o – площади сечения сердечника и воздушного зазора, м²;
δ - величина воздушного зазора, м;
µ₀ = 1,257 _* 10^-6 В _* с / (А _* м)

При зазорах величиной более 0,2…0,5 мм магнитное сопротивление воздушного зазора много больше сопротивления сердечника (R_o >> R_ж). Тогда формула (1) примет вид:

Полное сопротивление катушки определяется выражением:

Z = √ R² + ω²L², (3)

где R – активное сопротивление провода, Ом
ω – круговая частота питающего напряжения.

Для получения широкого линейного участка характеристики применяют дифференциальные преобразователи. Такой преобразователь имеет две катушки с двумя магнитными цепями и с общим якорем. В преобразователе с переменным зазором при перемещении якоря зазор одной магнитной цепи увеличивается, а другой – уменьшается на такую же величину. Соответственно изменяются и сопротивления катушек. В преобразователе с переменной площадью таким же образом изменяются действующие площади магнитных цепей.

Схемы таких преобразователей показаны на рисунке 2.

В качестве измерительной схемы прибора с индуктивными преобразователями обычно используют симметричные мостовые схемы переменного тока. Такая схема показана на рисунке 3.

Рисунок 3 – Мостовая схема включения датчика

Целью работы является построение выходной характеристики измерительного преобразователя с помощью его модели в среде ORCAD и определение её нелинейности.

Методика выполнения работы

1. Построить модель измерительной схемы в среде ORCAD (см. рисунок 4).

В качестве источника V1 взять VSIN.

Установки генератора:
DC=0
AC=0
VOFF=0
VAMPL= (см. задание в соответствии с вариантом - U_~)
FREQ = (см. задание в соответствии с вариантом – f)

Рисунок 4 – Модель измерительной схемы

2. В соответствии с вариантом рассчитать начальные значения L1₀=L2₀ для начального зазора d₀ и Z1₀=Z2₀. Выбрать R3=R4 ≈ Z₀. R1=R2 =R (см.задание в соответствии с вариантом

3. В среде ORCAD выбрать режим Transient. Установить Print Step 0ns; Final Time 1ms; Step Ceiling 5us.

4. Запустить программу. Поскольку мост сбалансирован (Z1₀=Z2₀), выходное напряжение равно 0. Должна быть осциллограмма, показанная на рисунке 5.

Рисунок 5 – Осциллограмма

5. Начертить таблицу:

Задавая значения х от 0 до х_max (в соответствии с вариантом) рассчитать значения d и L. Устанавливая последовательно значения L1 и L2 в модели схемы, измерить по осциллограммам соответствующие значения U_вых.

6. Построить зависимость U(x).

7. Определить нелинейность характеристики.

8. Построив вместе две модели с противоположными значениями L1 и L2 (рисунок 6) и получив общую осциллограмму, убедиться, что при изменении направления смещения якоря относитель6) и получив общую осциллограмму, убедиться, что при изменении направления смещения якоря относительно среднего положения фаза выходного сигнала изменяется на 180^0.

9. Оформить отчет по работе с соответствующими пояснениями и выводами. Бланк титульного листа прилагается.

Поиск по сайту: