- •1. Основные понятия и определения
- •2. Планирование и организация измерений
- •3. Методы уменьшения погрешностей измерений
- •3.1. Методы уменьшения случайных погрешностей
- •3.2. Методы уменьшения систематических погрешностей
- •3.2.1. Уменьшение постоянных систематических погрешностей
- •3.2.2. Уменьшение переменных систематических погрешностей
- •4. Электромеханические приборы прямого преобразования
- •4.1. Структурная схема и уравнение преобразования
- •4.2. Основные характеристики электромеханических приборов.
- •4.3. Магнитоэлектрические приборы
- •4.3.1. Устройство и принцип действия магнитоэлектрического им
- •4.3.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.3.3. Погрешности магнитоэлектрических приборов
- •4.4. Электромагнитные приборы
- •4.4.1. Устройство и принцип действия электромагнитного им
- •4.4.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.4.3. Погрешности электромагнитных приборов
- •4.5. Электродинамические приборы
- •4.5.1. Устройство и принцип действия электродинамического им
- •4.5.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.5.3. Погрешности электродинамических приборов
- •4.6. Ферродинамические приборы
- •4.6.1. Устройство и принцип действия ферродинамического им
- •4.6.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.6.3. Погрешности ферродинамических приборов
- •4.7. Электростатические приборы
- •4.7.1. Устройство и принцип действия электростатического им
- •4.7.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.7.3. Погрешности электростатических приборов
- •4.8. Индукционные им и приборы на их основе
- •4.8.1. Устройство, принцип действия и области применения
- •4.8.2. Погрешности индукционных приборов
- •5. Измерительные преобразователи (ип) неэлектрических величин
- •5.1. Общие сведения и характеристики ип
- •5.2. Классификация измерительных преобразователей
- •5.3.Резистивные измерительные преобразователи
- •5.3.1. Общие вопросы построения рип
- •5.3.2. Основные характеристики рип:
- •5.3.3. Реостатные преобразователи
- •5.3.4.Тензорезистивные ип
- •5.3.5. Теплорезистивные ип
- •5.3.7. Измерительные цепи резистивных ип
- •6. Термоэлектрические ип
- •6.2. Области применения и материалы термоэлектрических ип
- •6.3. Характеристики термоэлектрических преобразователей
- •6.4. Конструкции термоэлектрических ип
- •6.5. Измерительные цепи термоэлектрических ип
- •7. Емкостные ип (еип)
- •7.1. Принцип действия, конструкции, характеристики еип
- •7.2. Области применения, достоинства и недостатки еип
- •7.3. Погрешности еип
- •7.4. Измерительные цепи еип
- •8. Электромагнитные ип.
- •8.1. Индуктивные ип
- •8.1.1. Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки
- •8.1.2.Основные характеристики и области применения
- •8.1.3. Погрешности индуктивных ип
- •8.1.4.Измерительные цепи индуктивных ип
- •8.2. Трансформаторные ип
- •8.2.1. Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки
- •8.2.2. Погрешности трансформаторных ип
- •8.3. Магнитоупругие ип
- •8.3.1. Принцип действия, конструкции магнитоупругих ип
- •8.3.2. Характеристики и области применения
- •8.3.3. Погрешности магнитоупругих ип
- •8.3.4. Измерительные цепи
- •9. Пьезоэлектрические ип
- •9.1. Принцип действия и материалы пьезоэлектрических ип
- •9.2. Характеристики и применение пьезоэлектрических ип
- •9.3. Погрешности пьезоэлектрических ип
- •9.4. Измерительные цепи пьезоэлектрических ип
8.1.2.Основные характеристики и области применения
Из 8.5. видно, что функция преобразования индуктивного ИП с изменяющимся зазором нелинейная. Зависимость сопротивления Z от длины воздушного зазора близка к гиперболической. В подобных ИП при начальном зазоре0практически линейный участок составляет (0,10,15)0 . А относительное изменение сопротивленияZ/Z из-за наличия активного сопротивления обмотки, потока утечки и магнитного сопротивления якоря в 2-5 раз меньше относительного изменения зазора/0[10].
Данные преобразователи характеризуются высокой чувствитель-ностью, но сравнительно малым диапазоном измерения. Они используются при малых перемещениях от единиц микрометров до единиц миллиметров (до 10 мм). Погрешность индуктивных ИП достигает 0,1 % [1].
Выходной величиной индуктивного преобразователя может быть изменение индуктивности ИП или изменение его сопротивления. Из уравнений 8.3 и 8.4 можно определить чувствительность SL и SZ преобразователя к изменению длины воздушного зазора
SL =dL/d = -2 0 Q n2/(lСТ/r + 2)2- 0 Q n2/(22). (8.6)
Часто чувствительность индуктивного ИП определяется как
SZ = (1/Z)(dZ/d) = - 2/(2 + lСТ/r) -1/. (8.7)
Преобразователи с изменяющейся площадью воздушного зазора обладают линейной функцией преобразования и применяются при измерении перемещений порядка 5–20 мм.
Преобразователи с разомкнутой магнитной цепью (соленоидальные ИП)имеют худшие характеристики, по сравнению с преобразователями с изменяющимисяиQ. Так как магнитный поток в основном замыкается через воздух, их чувствительность ниже. Кроме того, они потребляют относительно большую мощность и, в связи с большим рассеянием магнитного потока, подвержены сильному влиянию внешних магнитных полей. Функция преобразования нелинейна. Подобные преобразователи применяются для измерения больших линейных перемещений (10–100 мм). Известны конструкции таких преобразователей для перемещений до 2 м [16].
Преобразователи с распределенными параметрами используются для измерения больших линейных перемещений. Индуктивные ИП с электроповодным диском используются для измерения угловых перемещений до 180 360О. Изменяя профиль диска, можно получить любой вид зависимости индуктивности от угла поворота диска.
Кроме измерения линейных и угловых перемещений индуктивные ИП используются для измерения размеров, толщины изделий, уровня и толщины различных покрытий, сил и крутящих моментов, ускорений и параметров вибраций.
8.1.3. Погрешности индуктивных ип
Среди погрешностей индуктивных ИП можно выделить следующие:
1) температурную погрешность, обусловленную температурным изменением активного сопротивления катушки, магнитной проницаемости материала магнитопровода и якоря и размеров магнитной цепи;
2) погрешность, возникающую из-за действия силы притяжения якоря;
3) погрешность линейности функции преобразования;
4) при работе преобразователей в мостовых схемах возникает погрешность из-за нестабильности напряжения и частоты питания моста, а также формы кривой питающего напряжения.
Для улучшения свойств индуктивных ИП используются дифференциальные преобразователи. Они состоят из двух одинарных преобразователей, имеющих общий подвижный элемент. На рис. 8.2. показаны конструкции дифференциальных ИП с изменяющейся длиной воздушного зазора (рис. 8.2 а), с
изменяющейся площадью воздушного зазора (рис. 8.2 б), с разомкнутой магнитной цепью (рис. 8.2 в).
а) б) в)
Рис. 8.2.
В дифференциальных преобразователях при перемещении подвижного якоря под действием входной величины индуктивность одной катушки, например L1, возрастает, а второйL2 уменьшается. При включении в измерительную цепь выходной сигнал пропорционален разности выходных сигналов каждого преобразователя.
Дифференциальные преобразователи позволяют существенно уменьшить погрешности, повысить чувствительность и увеличить линейный участок характеристики. Линейный участок составляет (0,3 – 0,4)о.
На практике индуктивные измерительные преобразователи всегда выполняются дифференциальными.