IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

ВВЕДЕНИЕ

В ходе выполнения учебно-исследовательской работы, была исследована конструкция датчика съема информации об угловом положении шарового ротора гироскопа с газодинамическим подвесом.

При работе с гироскопическим прибором, важнейшим информационным параметром является угловое положение оси вращения ротора [2].

Ранее в процессе работы были изучены различные типы и конструкции датчиков угла (ДУ). В дальнейшем был выдан индукционный датчик перемещения, принцип работы которого аналогичен индукционному ДУ для двухкоординатного измерения (пятипалый датчик углового положения шарового ротора гироскопа). Данный датчик был выдан для проведения процесса исследования его основных характеристик и параметров.

Результатом работы является представление результатов проведенного исследования индукционного датчика перемещения, а также подготовка рабочего места, процесс проведения эксперимента, используемое техническое оборудование для проведения эксперимента.

1.ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКЦИОННОГО ДАТЧИКА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

1.1. Цель исследования

Определить точностные характеристики линейного бесконтактного датчика перемещений, основанного на законе электромагнитной индукции. Построение зависимостей выходного напряжения датчика от взаимного расположения сигнальной и ответной части датчика.

1.2. Объект исследования

Объектом исследования является датчик линейного перемещения ДУТ–15. Датчик представляет собой совокупность двух элементов (сигнальная и ответная части), которые устанавливаются на тех поверхностях, относительное движение которых требуется зарегистрировать [1].

Конструктивно сигнальный элемент датчика представляет собой трехпалую конструкцию (рис. 1), выполненную из ферромагнитного материала. На каждом пальце сигнального элемента наматываются обмотки , на центральном - обмотка возбуждения (ОБ), на боковых - сигнальные обмотки (ОС), подключение которых осуществляется в последовательную цепь [1].

Рис. 1. Схема датчика

Ответная часть датчика, представляет собой параллелепипед, выполненный из того же материала как и трехпалая конструкция, ширина которой меньше на ширину одного пальца сигнального элемента.

Таблица 1. Технические характеристики датчика

2.4 ± 0.2	24 ± 1	12.5		3.5	5

1.3. Оборудование и средства измерения:

1. Осциллограф Rigol DS1052E.

2. Генератор сигналов Г3-34.

3. Микроскоп БМИ.

4. Милливольтметр.

5. Дополнительный источник освещения (3 шт.).

1.4. Методика исследования

1.4.1. Подготовка рабочего места

Для проведения эксперимента требовалось обеспечить взаимное перемещение между сигнальной и ответной частью датчика, поэтому была выбрана рабочая поверхность на микроскопе БМИ (рис. 2), которая в свою очередь имела возможность перемещаться по двум координатам, регистрируя это перемещение с шагом в 5 мкм.

Рис. 2 – Большой Микроскоп Инструментальный (БМИ) – внешний вид

Для осуществления взаимного перемещения двух частей датчика, на корпус микроскопа был установлен кронштейн, на который в последующем был установлен сам датчик (сигнальный элемент), и зафиксирован при помощи клея. Данная конструкция обеспечивала перемещение только одной части датчика, в нашем случае перемещалась ответная часть, которую требовалось поднять на высоту 6,8 мм, чтобы обеспечить взаиморасположение двух элементов датчика на одном уровне. Подставка для ответной части высотой 6,8 мм, изготовлена самостоятельно, была использована мастика, и при помощи двух плоскостей и штангенциркуля, мастика была смята до размеров 6,8 мм. С помощью микроскопа велся контроль зазора между частями датчика, а также взаимное расположение датчиков по оси OX (рис. 2).

Для питания и снятия информации с датчика, были выведены провода. Для питания использовался советский источник питания Г3-34, выходное напряжение регистрировалось осциллографом Rigol DS1052 (рис. 3). Величина амплитуды входного напряжения, равна 2.4 В, частота питания 21,6 кГц.

Рис. 3. Принципиальная схема установки для снятия характеристик датчика перемещения: ИП – источник питания; ОС – осциллограф; МВ – милливольтметр; ОЧ – ответная часть датчика; ОВ – обмотка возбуждения; ОС1, ОС2 – сигнальные обмотки;

1.4.2. Процесс снятия характеристики датчика (

А. Для начала мы установили ответную часть датчика на платформу микроскопа, таким образом, чтобы обеспечить минимальную величину зазора между частями датчика. Платформа микроскопа перемещается с шагом в 5 мкм, поэтому минимальный установленный зазор был величиной в 5 мкм. Контроль над величиной зазора проводился с помощью микроскопа.

Б. Включили все электрооборудование, для прогрева, и максимального исключения погрешностей.

В. Установив ответную часть в нулевое положение (положение при котором боковые стенки ответной и сигнальной частями лежат в одной плоскости), была подключена электрическая схема исследования. С помощью осциллографа RIGOL DS1052E, был проведен контроль выставления частоты питания выхода генератора, максимальная частота, которую смог выдать генератор составил 21.6 кГц, величина амплитуды, равна 2.4 В.

Г. При помощи осциллографа была получена осциллограмма нулевого сигнала датчика (рис. 4), при величине зазора 5 мкм, амплитуде питания 2.4 В, частоте питания 21.6 кГц. Амплитудное значение нулевого сигнала, равно 740 мВ.

Рис. 4. Осциллограмма нулевого сигнала датчика,

при зазоре равном 5 мкм

Д. Для снятия характеристики, ответная часть смещалась относительно сигнальной части на ±0.8 мм. В итоге были сняты три зависимости выходного напряжения от величины перемещения, при трех различных зазорах (5 мкм; 50 мкм; 100 мкм)

2. Результаты измерений

В ходе проведения исследования, были сняты точностные характеристики датчика перемещений ДУТ–15 (рис. 5), при трех разных зазорах, между датчиком и ответной частью (первый график соответствует зазору величиной 5 мкм; 2-ой – 50 мкм; 3-ий – 100 мкм).

Нулевая точка датчика сместилась в 4-ый квадрант, ее координаты составили (-290 мВ; -0.2 мм). это связанно с тем, что невозможно сконструировать точно симметричный датчик, чтобы магнитный поток при прохождении магнитной цепи, ровно делился в оба пальца, а дальше индуцировал в сигнальных обмотках одинаковую величину ЭДС.

Рис. 5. Точностная характеристика датчика линейных перемещений (кривая 1 – 5 мкм; кривая 2 – 50 мкм; кривая 3 – 100 мкм)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучив полученную точностную характеристику датчика (рис. 5), можно сказать, что наибольшей чувствительностью датчик обладает, при зазоре в 5 мкм, в таком случае диапазон измерения составляет ± 100 мкм, с крутизной характеристики 6 мВ/мкм.

С увеличением зазора, уменьшается чувствительность датчика, помехозащищенность, но увеличивается диапазон измерения. Например, при зазоре, равном 50 мкм, длинна проекции линейного участка на ось относительного перемещения сигнальной и ответной частей, составляет 400 мкм, против 200 мкм при зазоре, равном 5 мкм, но чувствительность уменьшилась в 2 раза, и составляет 3 мВ/мкм.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кузьма А.А. Датчик углового положения ротора макета шарового гироскопа. – XIX Международная научно-практическая конференция «Современные техника и технологии». Томск, 2013– С.176.

2. Р. К. Памфилов. Датчик индукционный бесконтактный угла поворота, А. С. № 2029230. Бюллетень «Открытия и изобретения» №42 1995 год.

3. Алиев Т. М., Агагусейнов Н. Т. , Едуш В. Я. и Тер-Хачатуров А. А.. Датчик трансформаторный угла поворота, А. С. № 1281876. Бюллетень «Открытия и изобретения» №1, 1987 год.

 

Код для цитирования: Скопировать