Введение к работе
Актуальность работы. В информационно-измерительных системам для кзмерэшш линейных перемещений традиционно применяются преобразователи электромагнитного типа ( в частности, взаимоиндуктивные), коториэ обладают радом существенных достоинств: высокой надежностью, удовлетворительной точностью, возможностью эксплуатации в экстремальных условиях.
Современные взаимоиндуктивные преобразователи линейных перемещений (ВИШИ) и существующие методы измерения взаимоиндуктивности не всегда удовлетворяют требованиям повышенной точности измерения в условиях действия мощных влияющих факторов, повторяемости характеристик и минимума габаритно-массовых показателей Так. для большинства существующих' взаіиоиндукілвных» датчиков погрешность преобразования в диапазоне измеряемых перемещения 0.5 ... 1 Ж.При этом продольныз габаритные размеры -преобразователя превышают диапазон измерений в 1,5 ... 2 раза. Дальнейшее снижение погрешности достигается за счет использования только наиболее линейной части диапазона измерения, что приводит к существенному увеличению его продольных габаритных размеров. Известные технические решения измерительных преобразователей взаккаиндуктивности применяемых для построения вторичной аппаратуры серийных датчиков, недостаточно учитывают влияние емкости мезду обмотками ВИІШІ, изменение которой под действием внешних влияющих факторов приводит к появлению дополнительной погрешности з условиях эксплуатации порядка 2 Ж.
Применение во взаимоиндуктизЕЫХ преобразователях рулонных тонкопленочных обмоток (РТО) позволяет расширить диапазон контролируемых перемещений за счет соответствующей коррекции изменения магнитного потока на границах преобразователя путем целенаправленного изменения профиля контура обмоток. Технологическая база микроэлектроники гарантирует при этом требуемую точность коррекции.
Современное гибкое автоматизированное производство позволяет на этапах проектирования и изготовления тонкопленочных обмоток создать семейство универсальных ВИШШ с РТО для различных диапазонов измерений, отличающихся только формой граничных участков токопроводящего контура. Все преимущества применения тонкопленочной технологии в ВИПШ с.РТО могут быть успешно реализованы
только при условии поиска рациональной топологии контуров измерительной обмотки и обмотки возбуждения, обеспечивающей линейность закона измерения их взаимного потокосцепления от положения ферромагнитного сердечника.
Развитие информационно-измерителышз систем и задач существенного повышения метрологических характеристик взаимоиндуктивных преобразователей на основе достижения современной техники предъявляет повышенные требования к измерительным преобразователям информативного параметра взаимоиЕДуктивпости в унифицированный сигнал. На первое место выдвигается требование обеспечения коррекции дополнительных погрешностей ЬИІШІ в условиях значительных емкостей везду обмотками легко решаемой во вторичной аппаратуре датчиков массового производства.
Таким образом, создание ВШШ1 с рулонными тонкопленочныяи обмотками и совершенствование измерителей взаимоиндукпюности является актуальной задачей. Актуальность и практическая ценность работы подтверждается ее связью с планами хоздоговорных работ отраслевой научно-исследовательской лаборатории кафедры "Автоматика и телемеханика" Пензенского государственного технического университета.
... Щль работы и задачи исследований. Развитие методов проектирования. ВИПЛП с тонкопленочными обмотками и методов измерения взаимоиндуктивности ВИШП в условиям действия влкявде факторов и создание на их основе измерительных преобразователей линейных перемещения повышенной точности и технологичности.
Для выполнения поставленной цели пообходимо решить следующие задачи:
-
исследовать предельные статические характеристики основных типов ВЩЛП с целью выбора наиболее пер^сшісгивноа конструкции;
-
разработать методы коррекции погредшостей ВИПЛП. способы их конструктивной и аппаратурной реализации в измерительных преобразователях взаимоиндуктивности с цель» обеспечения независимости характеристик ВИПЛП к действиям влияющих факторов;
Э> разработать методы линеаризации закона изменения потокосцепления между пространственно-распрзделенньми измерительной обмоткой и обмоткой возбуждения в зависимости от положения ферромагнитного сердечника;
4) разработать инженерную методику проектирования ВИПЛП с КТО.
4 .
ориентированную на использование ЭВМ;
5) создать кзмерэтелыше пргобразозател-і перемещена говіженой. точности на базе ВИШІ с тоекошієвсчшдш обмотками, отвечающие требованиям тєхнолоп-неоспі в условиях кассового производства.
Методы исследования базируется на использовании классической теории элзктрокагпитного поля, теории кагаггпых цепей с распределенными параметрами, теории ітогрспнсстел, классических кэтодзг дифференциального и интегрального исчисления. Основные теоретически выводы подтверждены зкспзрхахяггаяьпыми исследованиями созданных макетных и опытяыг образцов ікйерительвлх преобразователей.
Научная новизна. \
-
Разработаны кзтода -шізаризацйи їгакзЕезия потокосцєплзшїя vsrxaf просггрглеггвзшо-распрэдэлодльет измерительной обмоткой и обмоткой возбуэдзния з заві:ежсста от пол&х-лзш фзррокапштного сердечника. ..
-
Разработан принцип "полос переменной ширины", позволяете! искличсть погрешюсть. обусловленную измененной радиуса раСПОЛО-ЙЗІДІЯ ЕІГГКОВ СбКОТКИ.
-
ПрЗДЛОГЗН И ЕССЛЗДОЗЭШ ^РЗТОД КСїЖЗПСаЦНЙ ОГ.ЖОСТЕЫХ токоа.
утечек гіевду обмотками ВІЗШІ, рзатазуегдій з системе ВНГШІ - измеритель взгкмощцуктквноста.
4. Разработана иатсуягпческая *.:одэль простракствошюго
распределения магнитного поля солопоізшси обглоткл возбуждения с
Ферромагнитным СерДЭЧЕКЕОМ.
Практическая ценность заключается в следующем:
-
Разработаны принципы конструктивной реализации ВІЗШІ с рулонными тснкошвночными обмотка'хи повыаенноя точности и техно-лотичности.
-
Разработана аппаратурная реализация кэтода измерения вза-ізгоіїндуктіївноста ВШІЛП с коррекцией дополнительных погрешностей, основанная на компенсации токов утечек за счет сиккетрировзчиг схемы включения обмотки Бозбувдзния и применения дифференциальной рулонной измерительной обкотки.
-
Разработаны способы повышения точности ВИШИ с РТО. основанные на численном методе расчета функции плотности намотки, и исследованы варианты решений с применением "охранных" виткові расположенных на границах распределенной измерительной обмотки.
-
Разработаны способы' реализации обмотки возбуждения и
. ' '5
исследованы возможности повышения равномерности ее потока.
-
Разработана методика расчета основных конструктивных параметров ВИПЛП с НО. позволяющая рассчитать оптимальные по точности и чувствительности преобразователи при максимальном использовании их продольных габаритных размеров.
-
Разработаны алгоритмы и программы проектирования к автоматизированного изготовления фотошаблона топологии проводников РТО, позволяющие снизить временные затраты на их проектирование и изготовление.
Реализация- результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований ВШІЛП с РТО нашли свое отражение в радо разработок, выполненных го техническим заданиям предприятий: В/ч-44526 сг-МЬскаа)1. НПО "Энергия" (г.Москва). НИМИ (г. Пенза). Ковровскип механический завод (г. Ковров).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы бьиш доложены и обсуждены на Всесоюзной и Межгосударственной научно-технических конференциях: "Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления" г. Пенза. 1992, 1994 в докладах: " Теоретические и экспериментальные исследования взаимоиндуктивных преобразователей перемещений с допг -аительными обмотками"; "Математическая модель пространственного распределения магнитного потока системы возбувдения соленоидного взаимоиндуктивного преобразователя".
Результаты работы нашли апробацию в ходе выполнения и обсуждения результатов ряда хоздоговорных НИР NTP 01.89.0061098, МП» 01.91.0049351 на предприятиях г. Москвы.
Публикации. По результатам проведенных исследований и разработок, выполненных в процессе работы над диссертацией, опублико-ванно 9 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложении и содержит 150 страниц основного текста, 11 таблиц и 65 рисунков.
