Физические величины и поля. Примеры преобразования физических величин и полей.Физич. величина – особенность, св-во общее в качественном отношении многим физич. объектам, но в количественном отнош. индивидуально для каждого объекта. Физ.вВеличины классиф. на электрич., магнитные, тепловые, механич. и т.д. Подавляющее большинство этих величин в процессе измерения преобр-ся в электрич., как наиболее удобные для передачи. Физич. поле – особая форма материи, система с бесконечным числом степеней свободы. К ним относятся электромагн., гравитационное, поля ядерных сил, волновые поля. Источниками физ. полей явл. частицы.
37. Расчёт основных характеристик индуктивного преобразователя. Индуктивный преобразователь 1-инерц. груз 2-мембрана 3-упругий элемент 4-индукционный преобр-ль 5-измерительная цепь , где R1, R2 – сопр. ст. и возд. , где S – эффект-ая площ-дь мембраны, характер-ий мембрану как измер-ый преобр-ль. Р – входная величина (давление). F – сила (вых-я величина). Входная величина стержневого упругого элемента: , ε – относ. деформ-я (вых. величина упр-го элемента), S – пл-дь попер-го сечения упр-го элемнта, Е – модуль Юнга, F – сила (вход. величина)
Индуктивные преобразователи нашли широкое применение для преобразования пространственных физических величин (линейных или угловых перемещений) в электрический сигнал. Принцип работы ИП основан на изменении самоиндукции катушки (L) при изменении магнитного сопротивления его магнитной цепи. Изменение магнитного сопротивления происходит в результате изменения параметров воздушного зазора под действием входного сигнала. Схема простейшего ИП приведена на рис.1а и представляет собой катушку самоиндукции W с ферромагнитным сердечником 1 и якорем 2, отделенным от сердечника воздушным зазором . Магнитное сопротивление зазора Rd измениться в результате изменения величины воздушного зазора или его площади поперечного сечения Sd. Катушка соединена с нагрузкой Zн и источником переменного напряжения U~. Сердечник и якорь изготавливают из магнитомягких материалов с малыми потерями на гистерезис. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник и якорь набирают из отдельных изолированных друг от друга пластин.
Рис. 1а
Потери на гистерезис и вихревые токи (потери в стали Рст) обуславливают комплексный характер магнитного сопротивления Zм. ZМ=Rм +jXм, (1.2.1) где Rм –активное сопротивление магнитной цепи; Xм – реактивная составляющая магнитного сопротивления. Если пренебречь потоками рассеяния и выпучиванием потока в воздушном зазоре , Rм будет складываться из активного магнитного сопротивления сердечника, якоря (1.2.2) и двух воздушных зазоров (1.2.3) где соответственно – LС , LЯ, – длина сердечника, якоря и воздушного зазора в м; SC, SЯ, Sd - сечение сердечника, якоря и воздушного зазора в м2; mас,mая –абсолютная магнитная проницаемость материала сердечника и якоря в гн/м; m0=4p×10-7 гн/м – магнитная проницаемость вакуума. Реактивная составляющая магнитного сопротивления определяется потерями в стали Рст и при отсутствии или слабом проявлении поверхностного эффекта может быть найдена по формуле (1.2.4) где w=2pf – круговая частота питающего напряжения; f – действующее значение магнитного потока. Индуктивность (коэффициент самоиндукции) катушки также будет комплексной величиной (1.2.5) где y – потокосцепление; J – ток катушки; - модуль комплексного магнитного сопротивления. Тогда сопротивление катушки индуктивности (1.2.6) где rk – активное сопротивление обмотки катушки. Из формулы (1.2.6) видно, что учет потерь в стали эквивалентен увеличению потерь в катушке из-за увеличения ее активного сопротивления. Потери в стали определяются выбранным материалом, конструкцией магнитной цепи, его режимом работы и в ИП должны быть незначительными. Применение магнитопроводов из набора отдельных пластин, материалов магнитопровода с узкой петлей гистерезиса и выбор незначительных рабочих магнитных индукций (0,1÷0,3T) существенно снижают потери в стали. Для упрощения анализа работы простейшего ИП пренебрежем потерями в стали, магнитным сопротивлением стали RСТ, так как при малых зазорах , Пусть имеем и , тогда получим, что эффективное значение тока в нагрузке (1.2.7) линейно зависит от перемещения якоря (d) (пунктирная линия на рис.1б). Реальная ФП (сплошная линия на рис. 1б) отличается от полученной идеализированной в области малых и больших перемещений, которое обусловлено соответственно пренебрежением RCT и RH, rk.
|