автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Взаимоиндуктивные преобразователи линейных перемещений с рулонными тонкопленочными обмотками повышенной точности

РГ6_04—

1 8 ДЕН 1995

%

На правах рукописи

ПОЛОСИН Виталий Германович

УДК 621.317

ВЗАИМОИНДУКТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ С РУЛОННЫМИ ТОНКОПЛЕНОЧНЫМИ ОБМОТКАМИ ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТИ

Специальность 05.11.05 — «Приборы и методы измерения электрических и магнитных величин»

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ПЕНЗА 1995

Работа выполнена на кафедре «Автоматика и телемеханика» Пензенского государственного технического университета.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации Осадчий Е. П.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Михотии В. Д.;

кандидат технических наук Лебедев Д. В.

Ведущее предприятие: Научно-исследовательский институт физических измерений (г. Пенза).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета по адресу: 440017, г. Пенза, ул. Красная, 40.

Защита состоится « /Я » <Х.Ц .Я. 1996 г., в 14 часов, на заседании диссертационного совета! Д.063.18.01 Пензенского государственного технического университета по адресу: 440017, г. Пенза, ул. Красная, 40.

Автореферат диссертации разослан

Ученый секретарь диссертационного совета к. т. п., доцент

Ю. М. Крысин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы, В информавдонно-измеригельных системам для кзмерешш линейных перемещений традиционно применяются преобразователи электромагнитного типа ( в частности, взаимоиндуетив-ные). которые обладают рядом существенных достоинств: высокой надежностью, удовлетворительной точностью, возможностью эксплуатации в экстремальных условиях.

Современные взаимоиндуктивные преобразователи линейных перемещений (ВИШИ) и существующее методы измерения взаимоиндуктив-яости не всегда удовлетворяст требованиям повышенной точности измерении в условиях действия мощных влияющих факторов. повторяемости характеристик и минимума габаритно-массовых показателей Так. для больиинства существующих' взаимоиндук:: .!вных» датчизсов погрешность преобразования в диапазоне измеряемых перемещения 0.5 ... 1 й.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 взаккоиндуктивности прикеняе?йых для построения вторичной аппаратуры серийных датчиков. недостаточно учитывав влияние емкости мэзду обмотками ВИГШ1, изменение которой под действием внешних влияющих факторов приводит к появлению дополнительной погрешности з условиях эксплуатации порядка 2 %.

Применение во взаимоиндуктиввых преобразователях рулонных тонкопленочных обмоток (РТО) позволяет расширэть 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 дая различных диапазонов измерений, отличающихся только формой граничных участков токопроводящего контура. Все преимущества применения тонкопленочной технологии в ВИПШ с.РТО могут бьггь успешно реализованы

только при условия поиска рациональной топологии контуров измерительной обмотки и обмотки возбуждения, обеспечивающей линейность закона измерения их взаимного готокосцепления от положения ферро-нагнигного сердечника.

Развитие шформациошо-измерителыш систем и задач существенного повышения метрологических характеристик взаимоиндуктивных преобразователей на основе достижения современной техники предъявляют повышенные требования к измерительным преобразователям информативного параметра взаимоикдуктизности в унифивд-ровашшя сигнал. На первое место выдвигается требование обеспечения коррекции дополнительных погрешностей ЬИЕЛП в условиях значительных и,■костей кезду обмотками легко решаемой во вторичной аппаратуре датчиков массового производства.

Таким образом, создание ВШЛП с рулонными тонкопленочныяи обмотками и совершенствование измерителен взаимоинцукгивности является актуальной задачей. Актуальность и практическая ценность работы подгверздяется ее связью с планами хоздоговорных работ отраслевой научно-исследовательской лаборатории кафедра "Автоматика и телемеханика" Пензенского государственного технического университета.

... Щль работы и задачи исследований. Развитие методов проектирования. ВИПЛП с тонкопленачными обмотками и методов измерения взаимоиндуктивности БИИЛП В УСЛОВИЯ! ДЭЙСТВНЯ ВЛИЯВДЕ факторов к создание на их основе измерительных преобразователей линейных перемещения повышенной точности к технологичности.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) исследовать предельные статические характеристики основных типов ВИПЛП с целью выбора наиболее перспективной конструкции;

2) разработать метода коррекции погредшостей ВИПЖ. способы их конструктивной и аппаратурной реализации в измерительных преобразователях взаимоиндуктивности с целью обеспечения независимости характеристик ВЭДШ к действиям вдаяздих факторов;

Э> разработать кетоды линеаризации закона изменения потокосцеп-ления иежду пространстшнно-распредэленньми измерительной обмоткой и обмоткой возбуждения в зависимости от положения ферромагнитного сердечника;

4) разработать инженерную методику проектирования ВИПЛП с НО,

ориентированную на использование ЭВМ;

5) создать измерительные преобразователи лзремгтэш-а поакеЕной. точности на базе ВКП/Щ с тоекошкшсчнкми обмотка®, отвзчаадаг требованиям технолоп-НЕОста в условиях кассового протаводства.

Методы исследования базируется на использовании классической теории электромагнитного поля, теории кашпвых цэгоя с распределенными пгра^етра»я. теории погрспкссгел, классических методах дифференциального и интегрального исчисления. Основные теоретически вывода подтверздены зкспзрхсленталышхи исследованиями созданных макетные и опытньк образцов гахеротвльпых преобразователей.

Научная новизна. \

1. Разработаны кзтода лзгзартаашк еэкзеозия потокосцзплошш г:.е:здг пространствглпо-распрэдэлояпы*,^ из.'.'.ергтчльной обмоткой и обноткоя вос5у?:доннл з завиежссти- от полох-ляя фзррокзпштного сердечника.

2. Разработал прннщях "полос перег.:спноя ¡жрипы", позволяете! исключить погрешность. обусловленную изменением радиуса располо-

КЗЕКЯ ВИТКОВ СС.'.'.ОТКП.

3. ПрздаогзЕ и Есслздозап пзтод ксйпопсацаа смкостеых токоа. утечек кзаду об:,:откз,7.и В'ГПШ, реалаэдеяю в скстсглэ ШШ1 - езиз-

рИТеЛЪ БЗШ£!0КНДУКТИВК0СТП.

4. Разработала патснггпгаская еодэль простракствонкого распрздзлзния магнитного годя солэяоцезоя азйогга! возбуждения с Ферромагнитным сердечником.

Практическая ценность заключается в следующем:

1. Разработаны принципы конструктивной реализации ВИПЛП с рулонными тснкошазночными сбмотка'хи повыаенноя точности я технологичности.

2. Разработана аппаратурная рзалпгацил катода измерения вза-12£охшдуктпвноста ВШШ1 с коррекцией дополнительных погрешностей, основанная па компенсации токов утечек за счет сиккетрировзчиг ста включения обмотки Бсгбукдзнкя и применения дафференци-зльноя рулонной измерительной обкатки.

3. Разработаны способы повышения точности ВИШИ с ПО. осно-вавные на численном методе расчета функции плотности намотки, и исследованы варианты решений с применением "охранных" витков; расположенных на границах распределенной измерительной обмотки.

4. Разработаны способы' реализации обмотки возбувдзния и . ' '5

исследованы возможности повышеши равномерности ее потока.

5. Разработана методика расчета основных конструктивных параметров ВИПЛП с НО. позволяющая рассчитать оптимальные по точности и чувствительности преобразователи при максимальном использовании их продольных габаритных размеров.

6. Разработаны алгоритмы и программы проектирования к автоматизированного изготовления фотошаблона топологии проводников РТО, позволяющие снизить временные затраты на их проектирование и изготовление.

Г*)ализация результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований ВШ1ЛП с РТО нашли свое отражение в рано разработок, выполненных по техническим заданиям предприятий: В/ч-44526 (г.Мос:та)'. НПО "Энергия" (г.Москва). НШФИ (г. Пенза). Ковровский механический завод (г. Ковров).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на Всесоюзной и Межгосударственной научно-технических конференциях: "Метода 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 лигельными обмотками"; "Математическая модель пространственного распределения магнитного штока системы возбуждения соленоидного взаимоиндуктивного преобразователя".

Результаты работа нашли апробацию в ходе выполнения и обсуждения результатов ряда хоздоговорных НИР NTP 01.89.0061098, ИГР 01.91.0049351 на предприятиях г. Москвы.

Публикации. По результатам проведенных исследований и разработок, выполненных в процессе работа над диссертацией, опублико-ванно 9 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложений и содержит 150 страниц основного текста, 11 таблиц и 65 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы-, сформулированы цель и основные задачи,решаемые при' выполнении диссертационной работы.

В первой главе сформулированы основные технические требова-

шаз.прздъявляекыэ к кгизрительнкм преобразователям средних перз-кзкрнкя со стороны квфориацяовно-гакэригельЕьз систем я систем автоматического контроля, и управления. 3 результате систематизации исследования характоркстак и соиоставэтельного анализа осзовая типов взткжндукпшных преобразователей определена нахйолее перспективная базовая конструкция для построения БИЛЛИ к поставлены задачи далшеяяк исследований. Определены основные фушци кзкзритолыгал цепи БШ.Ш,и на основе анализа различных способов измерзний вваг.:л-я-21ДукпзЕоста ¿сак параметра четырех-патаснкка. определено пзр>спз!гпзгюе поправление построения еис-те:.0£ измерения. Расе^отрзин метод; ксррекц-сн погрешности. озус-лсагзгноя сихоэтяюа тскаг'д утэте:; »язву сзмотка'ш:,л сформу^фо-пашл требования к коизтрл'-^" 1'.з4зр'.пол>пол обметку.

;:селздоважэ к ерхгш-злый.:;! -анализ BI311." .. распредели шш«л магпгп;ь!1г.5 и электрически« пзрглетрачл, а мембтироззнним раепрз-дзлэепзя электрических и магшглск параметров позволил зджшть следуйте обцпэ яэдостатгл: г-сснуз погрешность преобразования, сбуоэ&йЕнув изкенегсге:.! потека ццоль осп; яотоянолопязость го-ххггоажзяяя; нпзкугэ повторг.ейоэть скяювзыз: гатрешгачоемк харак-терпстс:::. оддоа из пркч>~: иогероз паяется зваг«п»лыая разброс reonüTpir-iecícs: размеров c&xn-cizoro провода (бслзэ 1 50;

Использование соврзгзгшоз f~tr;po оборонной тегнолопш при кз-готозлэда! тонкошансашг прс^сгоогпкш ебкотох позволяет устра-хпяъ перечисленные вэдостапя. С»з.Г1 преимуществ преобразователей с шиночасм обкоткачи слздует отпотеть следующие¡высокая повторяемость Еетролопяесккг характеристик; шеокаа козф$ищгзвт использования продольных ггбарнтг.п размеров ( достигается простотой коррекции ¡фаевых эффектов); малиэ габариты'и пасса преобразователе (обусловлены прю-эзненгЕМ пленочной технологии): технологич-еость в условиях кассового производства. Среда всего кногообразия преобразователей следует Еыделгпч. Е1ШЛП шшщгсическоя конструкции, я достоинству которых также ■относятся малая .чувствительность к непнфоркативным составлящии издаряетаго параметра (поперечным и угловым скещенияи ферромагнитного сердечника).

Основной фуикцкэя сксто1.!Ь! измерения является преобразование взадаоиндуктивности кевду -обмотками реального ВШЛП, несущей информацию об измеряемом перемещении. в пропорциональное значение выходного сигнала, не зависящее от других параметров ВИПЛП (L. R.

С). На систему измерения возлагается такае " фуятт. коррекции дополнительных погрешностей БИЛЛИ, обусловленные; воздействием внешних влияющих факторов (температуры).

В работе рассмотрены совокупные, прямые и косвенные способы измерения взаимоикдуктивяости Щхр как параметра чатирзхползс-няка и показано, что надолго пор-спективЕЫМ направлением-при построении измерительных систем является реализация косвенного способа измерения, в основа которого лааит измерение напряжения Е(х1) на измерительной обшгае при догааев обмотай возбуздзшет стабильным током I частотой I:

>1.

Преимуществз рассматриваемого способа га:.:зрсщй состоит в том. что при изюзрения ток протекает только через обмотку возбуадзЕия, создавая равномерный поток внутри соленоида. Это обстоятельство позволяет иислэтигь мгрзаЕ02тх, связанные с изменением кагнигаоа проницаемости сердечника из-за изменения иашггаого потока.

Среда особенностей ШИП с то2;о:таао!такаи ос&откаи ыадает выделить высокое спаченке ол.;хтрпчсекз2 с:,-кости шзцу обйгпсааи, которая является причиной появления дополнительной составлягсе^г выгодного напряжения крообразов;ггйлд. 1Ьмовевко ажгвярЕчогкоп емкотк под вжзиэяз: си.тороЕ (температуры) сбуслаз-

ХОси.? ВОЯВЛЗЯНО ДОПОЛНИТ©ЛЬНОЙ ИОГрСЭНОСТИ, СЕ^Х'НПО К0Т0ПС2

исьно-достичь с поадьэ пркгвЕэнйя снотен коррекции.

В работе рассмотрены уг^иь^сх^т погревности и пока-

зало,'что при сгсязотричной сгс.';о издаетиша о&готок преобразователя к генератору со срдаеи тонкой сосало заачятсльное снп:.:е-ейэ хюгрешости. При отон яваатрьтяая изазригельноз обмотки дешна удовлетворять седддегм 5'елз^г^: ■ 1) симметрии отаосетшыю центра ос&зта::

2) возможности разделения ебкота: па участки с кадыки ззаЕеазкк активного и реактивного соцроизлзз;-!; ■

3) возможности ссшдашэзия участков- с ровными по величине и про-тайошдоавьш по знаку токааз угосш для их компенсации.

Во второй глава получена фупздял преобразования обобщенного ВИШЕ с 1фостранствзнЕо-ра5црзд;«й2Еь^2! обкоткапи; кзтода линеаризации функции изменения потокоецэплодия кззду пространственно-раецределенньшй обмотками; на основа пр:Еципа "полос переменной пирины" разработаны конструктивные принципы повышения точности

В13УШ; разработав метод сггзрэзйа взаихощцугсппшоста в условиях значительных емкостных связей ггахду сс&откаж.

Геазгзпзи всех прз;:цу^стз пленочной технологии в ВШШ1 связана с поиском такой топслопгл пространствзвного распределения проБодп12<ов обмотки. при котерсм пргшсзиальпо сбесггэтивается .ти-пеггпсз ейкйяйв» вотокосгззп.'жп з газгаягоетя от лаюяэвия фзрро-нягаггсого сердечника. Задача язлязтсл трзхк^раой и ослшкзтся налгп:ег.5 гпачстсльных потоксз рассекания. В частно:? случае, ураз-нен:^, cer.sübavr,?3 вьездщсй сигнал датчика r<rrs> с его паракэтра-д irp-ri налети кругсгоя скготр::.: пзгагпгого поло кзязг быть прэдстав-¿зпо р. к:дгэ двойного птгогр&пг, гдэ производится по

л д-ле-з гжорзгелнгсгт с:<::от::к:

L ¡1; ' ,

й г

dt Jf i _Т г:

L - от гп'тгп', i-i.r.r,-:r. v.? кр-»*; .Tq.B,, - -rssi:-

:'?.глгаке^алыкп р.тлдуо:: ci:.o':,n; 5(x,?:tor) •-

¿Esstsi потока, гго шггр^кссп» ргп^'са г; -

Супят.?: гкоткостл ва'*эт:::т: г - с^.зеекч-тс;:;;? 1ссордан<:ти ;т;сс"р:;"стг51!лого с5готсгс; козрдкзсга полония

кгпрг ссрс^чнЕка отеосгт::.т:"у цоягра oCSotkc; - пропззодаая по гр: > э::;;.

Гз^згссэ расс?.:атр1-ша?!:ого уразвзяш прздаох:з!-;о осуществлять олздут^-за! катода*,я.

Первый кэтод основан яг иродстааг.знпл функции иагвигного потока з вида произведения лсзмтстас: состазлягакх

5U.r>=41(x>53(r)' Данный кзтод позволил разработать слздуэдиэ способы линеаризации при /3(x,r)/=eonst. Первый способ состоит в определении непрерывной ливни г(х) ргвтглвт аду встрочно-вашгеаньЕИ частями обмоий. Второй способ позволяет произвести линеаризации за счет ■ выполнения встрзчво-вкличенных частей измерительной обмотки сим-кстричЕкми. относительно секущих . плоскостей тагам образом, что полное количество витков различных частей обкатки, расположенных на одинаковом радиусе.было равным.

Технологическая реализация предложенного метода затруднена

в связи с значительной погрешностью зп.:зны функции ыапштного потока реальной сцстейЫ возбуждения произведением независимы*: составляющих и с технологической. сломшсстьэ изготовлена сбхоис; с заданной плотностью.

В основу второго метода линегржацяп положено условие: «<х.г)=а1{х)е2(г).

В данном случае при выполнении принципа "полос переменной ширины" для обмотки исключается погрешность, обусловленная измененном радиуса намотки. Решение поставленной задачи сводится г: реванш интегрального уравнения с постоякшки пределами интегрирования:

I й г_

Е(х )=--$<х.г« )»1<х>аг. (1 >

1 с» 3 * 1 -ь

Здесь 5(х,х1) - новая характеристика потока:

В»,

V

Высокое зяачениэ олшггрпчзскоз егасссти изаду обаотавш ШНЛП с . О определяет токи утечзк, прохоодзнсэ которых через ватки измерительной обмотки приводит к поязлс-пго дополнительные мультш-хикатинной 1'м и адцжкзноЗ й0 составляя^ напряжения

где М(х1) - взаамокндуктсшость кеад айюгками;

Особенность построения ПО позволяет значительно ел^аигь составляйте дополнительного наяря:нен:а за счет симметричного годалэ-чения обмоток к генератору со средой точно::. Суть нетода состс::г в следующем. Если обмотка ЕЕШ раздэлена на 2п секция (рие.1). причем для любой 1-й секции с током утечка Г будет существовать секция к с током утечки^равным по амплотудэ и противоположные по фазе, то снижение дополнительного рапряаанкя моано дрегачь за счет комязнеэшш токов утечек I. и 1к прсрадстаом последовательной коммутации секций с порядковыми юмюрггла 1 и к. Данный метод предполагает, что суша всех токов утечек раьиа нулю:

п п

1=1 к=1

т-эп^

Оункцкон&аная кека сЕййатряровшного дадаияеш» К2Ш13 к генератору 1 с использованием согласующего траясфоргйтора 2 со сртдаей точкой показана на рис.г.а. гдо обозначено: 4-, 5 - изйсрк-тельаь» гюесзразовгголи дяя козтрояя напрззккя; К^.йц- рззнетсры, предназначенные дяя контроля тока в цепи; I^-cyioiapHis ток уточка.

Сгэма заЕгщзшы! элзктричэекоя цепи ВШ1ЛП с PIO, шдклэтзнного к генератору со средней точкой, показана па р;:с 2.6, где обозначено: è'Q, t'¿- пагоягЗЕГо на sssssas генератора епюйл'ельно сродной точки; L игдуэтивнозти и аЕГГ.2аа*.з сопрогсэл-зния сзвдш,

cspasosaasis НО с nopœcoBiact nom^zi i u

3: ceoTBOTcressEo; Lu,iÇ^.Rj. .й"^- гаууктгшогти и-аст-^нио сопро-утасткзз с^кспк ноьзуц^зхп:;:, crpa^rrioiînr:: сектдаи-^ РГО; с! .С* - ежозта ссззу - &ЯЗ.

n секц^г го^рггольло'д ccistî;;:;!^ <l"~ roiz:. утечек кезду сбпзтксп locíj^sh:!:" ¡i сог«гхг;.с: i v. i: 'c&'.zvízi, Пр-с

i%l" то:: рггсн гул,- , *rro г:гг«-.г-:гст :7хпг;;гсаг

ürv"-::;:;,:^ скпдсогс :: рг^сг-зпэх'с сЛ.глок

Р.'.ЗШ г;>йсл:лг:: ^rix^s по/^лааэ

еродэтлс.-; îu»vp;r;î;; кото-pu.-: лзлч-тс;; образовав] каналов

сбхэток. в датчика

и вззвдш^гся саксах фаи-горзь.

Совокупно« псшлькодзазадж токов утс-чьк душ; скй-r. JTp^îpossEï' ; ; essai дадг;д*гз*цш сбясгтаг ьсг^тжжу. к генератору со средней точкс/Л п щз&якшз коррэкгирукдзг! об:.;отпг позволяет слезить айсгшэдв чувствительность Bl'ilHl к геипзр&тур до соли-чини порядка 0,0)12 %/ С и иультшликагаазуа чувствительность до 0,0015 %/ С.

В третьей глаза предложен катод расчета фунш-и распределения плотности намотки ¡юкзрнтельноа PIO ограниченной дишы путей численного решения интегрального уравнения, опксызазщзго..Функции преобразования БИЛЛИ. Исследована граница использования продольных габаритныг размеров ■ измерительной обмотки при обеспечении требуемой точности преобразования. Разработана глатекатическая кодоль пространственного распределения шпштвого потока солэно-шщой обмотки.с щошндрическим ферромагнитным сердечником к иден-ТЕ&вдрованы çe : параметры на основе . экспэржантальных' данных.

5)

Рис.2

Лроддагзны и проанализированы способы реализации обкотки возбуждения и оценены воззЕкаэдие прх? этой погрешности. Разработаны и ■ исследованы кэтода повышения равномерности катанного потока систем возбуждения ВКПЛП.

Расширенно диапазона кзаерэЕйЯ ЕШШ1 за счзт применения PIG стакгг задачу определения такой функции распределения токопрозо-дпзэго контура на плоскости гибкого кзоляцкошюго основания, при которой сбсспзщзазтся линейное кзхеЕениз потекосазпдэния с полз:.: ферромагнитного сердечника при его трекзвзнкй.

&унксия плотности паыотж »{::) нардека кг рзЕения глтогргль-еого уравнения (1) гак подчинена: его лэвое части леояной фушекз: ввда ЕдГ к йзшеггноа ядра для зкачозш /zt/<L~c. Репок»

уравнения црэдкезнэ искать в вяцз лиззйзой п шлакойной юн(х) составляйте фуекще«. хкотнсстк u?.v.otici: а(х>=т„х+снШ. 2яачзЕ:;е соз^фздхяггг лййосяоя состагшадза спродзл?ао при ::,=1/4. где погрсЕюгть нелинейности фупта! преобразовали-: ¿-:енео 0,1...0,2 S. Ездзляз разность t:zxzf где ссответстеусцой лйнзйяой сос-

тсзлдкаэп «.у:, л тробуогрй Сггкцй.; прэ&бразоззь';гя пр::

/2г/ « Ъ-s оярдалг-с:.; £гк{гг), ссотзтстгу/лауо кзлйнзйяой сос-сгззадза с (х>. Др-ь::;::;:;; алгерхпг: pes^mis кнтегральниг уравнений с, ксполъзовгдгсй: исьочеэ-ра^цзгтно:: «н(х>

кг ракнпя ypsissi^i it). oror.u22oro оаэкжгя г, ограяи-

чгзеххрго область дащ-гп^л: положит кодг^'лого слохгзнта. про-хзводстся 1-3 реалйгуояоз'п: функцж: шотаости нгаотки.

С-уапцгл с(х) ечяггзтея рзализуеиос. еелк сэ какейлашюе зяачзнкз cM<f> но прзеосходот гсшаз!&анаго рзалхзуе?.:ого значения в*.

ЕспальзовазЕз "ограшс:" кгпсов на краях измерительной обжога: позволяет значительна С2йз:ггь влкявкз 1фаскях е2£сктов и. тем са.лл.-; ргсг>ф:-ггь диапазон иаьзрния. Задача подбора количества ■"охранных" вигкоз п^, сведется к обеспеченна минимума среднего квадратичэского отклонения фупкцки преобразования от линепноа зависииосгш в облает;! L-c s xt « Для определения нелкнёйной состаалявщзй функция плотности накотзш ук(х) с учетов "охранных шгпсов" определяется новая вспомогательная функция:

Г,,«*, )=Е(Х1 >-Гя(х1 <х,). Есюльзусиая пра рзшки .уравнения (1). Ксслздовагшг. показали. ..чй» вакешшьвыг «оэф^изепт вгтяьаованця продольных габаритных размзроз изкер«ггельЕой cú¡:rnzi достигает 0,93 при пок=5. ■

Для описания ядра e(x.xt) интегрального уравнения предложена и разработана математическая модель пространственного распределения магнитного потока, созданного соленоидной обмоткой возбуждения с ферромагнитным сердечником. Модель основана на аналогии внешних магнитных полей эквивалентного соленоида и цилиндрического ферромагнитного сердечника, расположенного в равномерном поле обмотки возбуждения.

Неравномерность распределения потока'внутри обмотки возбуждения вносит существенную погрешность в результат измерения. Автором предло.ч®но два способа изготовления обмотки возбуждения и оценены погрешности, обусловленные дефектами изготовления и неравномерностью распределения потока на краях обмотки. Даны рекомендации по укладке витков рядовой обмотки. Оценены коэффициенты использования продольных габаритных размеров рядовой и пленочной обмотки возбуждения с равномерной функцией плотности намотки яп. Рассмотрены способы повышения коэффициента использования продольных габаритных размеров пленочной обмотки возбуждения за счет введения "охранных" витков, отделяющих распределенную обмотку от Естречно-вклвченных обмоток, сосредоточенных на краях. Предложен способ компенсации неравномерности потока с помощью распределенной корректирующей обмотки.

В четвертой главе исследована функция преобразования ВИПЛП с рулонными тонкопленочными обмотками, оценена чувствительность к измеряемой величине при1 различных конструктивных параметрах преобразователя. Разработана номограмма, позволяющая решить задачу определения основных конструктивных параметров ВИПЛП по заданным значениям чувствительно ста и диапазона измерения. Даны результаты экспериментальных исследований разработанного ряда преобразователей деремещеша в комплекте с измерителями взаимоиндуктивности, которые подтверждают основные теоретические выводы, полученные в диссертационной работе.

Результаты исследований использованы при создании ряда преобразователей линейных перемещений взаимоиндуктивного типа с пленочными обмотками., отличающихся конструктивными характеристиками. Применение PIO и набора различных сердечников позволяет создать даташ?, перекрывающие широкий диапазон линейных перемещения.

Ниже приведены характеристики одного из разработанных преоб-оааоБателэй:

1. Диапазон контролируег&гх перенесений.......0.7...200 км;

2. Коэффициент преобразования................2.2 В/и;

3. Погрешность нелинейности..................о.з X;

4. Коэффициент использования продолыди габарита размеров преобразователя.......... .0,69;

,5. Габаритные разкзры........................16*345 глл;

б. Чувствительность к темшзратурз

аддитивная................................0,0012 %J С;

культишкаташая.. v......................0,0015 %/ с.

Б приложении приведены результаты расчета переходный процессов следящего привода при различных характеристиках изкерйггель-еого преобразователя линеиных иерс::ощзкиЕ; кэтодкка расчета распределения плотности намотки и пакет прикладных програлм реализации алгоритма поиска профиля токопрозодэдего контура и автоматизированного изготовления фотоордгкнала развертки PIO; nporpav^ казшной обработки и результаты статистического анализа распределения магнитного потока ГЕйпшдркчзского £еррокаппггаого сердечника, .расяпажожэЕНого в ргзиохэркок поло соленоидной обметай результаты нсслэдовашз погрешностей БШ1ЛП с PIO, обусловленных "даифзтностьа" к "разрывали" функции шотгости ва:зтки РТО, перекосом оси РТО относительно оси скручивания, неточностью нанесения тонопроводящего контура па плоскости изоляционного основания;инке-взрпая кзтодака расчета к проокгкроввзия и пагют прихладазг прогрей проегпирования ВИПЛП с КО. Приведены документы. подаверэда-вдэ внедрение разработать^ преобразователей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫЗОВУ

1. Проведана систематизация БзаикоЕццугсгиЕзых преобразователей линейных горзпшгяшя. в gchqbv которых положены различные способы технической реализации информативного ЕгазноЕия потокос-цзйаззия кеащу обмоткам. Анализ потенциальных возможностей ВИПЛП различных видов позволил опрздзяггь гор^сшгтиннув конструктивную схеиу построения прзебрззазателеп повышенной точности с рулонными тошощеночными обкоткаэд.

. г ., Прогшализироваяы сушёствувдие метода измерений взаимной Евдуктивпостк, оценены возможности их применения в составе ВШ1ЛП в условиях значй?ель5ых хшеняйщяхея емкостных . связей икжду об-щтщв.. и щящощп метод .коррмздав погрешностей измерений, адап-

тированный к конкретньаг условиям применения.

3. Поставлена задача и разработаны метода линеаризации изменения потокосцэпления менщу про стран ствснно-распре деланны?,и измерительной обмоткой и обмоткой возбуждения в зависимости от положения ферромагнитного сердечника; разработан способ конструктивной реализации PIO В>ШЛП повышенной точности на основе щзш-ципа "полос переменной ширины". Разработан и исследован метод коррекции дополнительных погрешностей измерений взаимоиндуктивности ВШЛП, основанный на компенсации токов утечек путем сим-метрированния схемы включения обмотки возбуждения взаиноиндук-тквного преобразователя и применения дифференциальной рулонной тонкоатеночной об.мопси,

4. Разработан способ повышения точности ЕИПЛП с РТО, основанный на выделении линейной составляющей функции плотности намотки и последующем численно?д ;,ютодз расчета ее нелинейной

■ составляющей. Исследованы различные варианты реиения с пркме-неннэм "охранных" колец, расположенных на границах РТО, и даны рекомендации по выбору оптимального их количества.

5. Предложено и про анализировано два способа реализации обмотки возбуждения, даны рекомендация по технологии укладки витков рядовой обмотки возбуждения. Разработана топология тонкопленочной рулонной обмотки возбуждения и рассмотрен способ повышения коэффициента использования ее продольных габаритных размеров за счет введения "озраяных" витков.

6. На основе приближенной катенатическоа модели получены и исследованы функция преобразования ЕЧШШ с РТО и погрепшости. связанные с применением рулонной тонколхеночной обмотки. Найдены конструктивные пута их снижения.

7. Разработана методика проектирования ВШ1ЛП с РТО оптимальных по точности и чувствительности при максимальном исполь-зозании его продольных габаритных размеров.

• 8. Разработан пакет прикладных программ для автоматизированного проектирования ВЖШ с РТО и построения фотооригинала топологии проводников на плоскости гибкого изоляционного основания.

9, Основные результаты работа использованы при разработке взаиможк/ктивных преобразователей линейных перемещений повьшен-ной точности в комплестз с преобразователями взаимной индуктив-

ности в унифицированные аналоговые электрические сигналы, которые нашли применение в системах измерения и контроля.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Кадаров A.A., Николаев А.Н.. Полосин В.Г. Теоретические и экспериментальные исследования взаимоиндуктивных преобразователей перемещений с дополнительными обмотками// Методы и средства измерения механических параметров систем контроля и управления: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф.- Пенза.- 1992. - C.4S.

2. Полосин В.Г. Коррекция дополнительных погрешностей во взаимоиндуктивных преобразователях линейных перемещений// Датчики систем измерения, контроля и управления: Меявуз. сб. науч. тр.-Пенза: Изд-во Ценз, гос техн. ун-та. 1994. - Вып.13 - С. 29-35,

3. Полосин В.Г. Математическая модель пространственного распределения магнитного потока системы возбуждения соленоидного взаимоиндуктивного преобразователя// Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления: Тез. докл. Межгос. науч.-техн. конф. - Пенза. 1994.- С.35-36.

4. Полосин В.Г., Николаев Л.Н. Исследование погрешностей нелинейности соленоидных взаимоиндуктивных преобразователей линейных перемещений// Датчики систем измерения, контроля и управления: Межвуз. сб. науч. тр.- Пенза: йзд-во Пенз. гос. техн. ун-та. 1995. - Вып.14 - С.33-40.

5. Полосин В.Г., Николаев А.Н. Погрешности дискретизации и нелинейности взаимоиндуктивных преобразователей линейных перемещения// Датчики систем измерения, контроля и управления:Межвуз. сб. науч. тр. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн. ун-та. 1995. -Вып.14. - С. 45-51.

6. Полосин В.Г. Технология изготовления рядовых сбмоток взаимоиндуктивных датчиков// Новые промышленные технологии.- Москва: ред. ЦНИЛОТ 6 ГУ Минатома РФ. 1995. - N1. 266. - С.10-14.

7. Полосин В.Г. Тонкопленочные измерительные обмотки взаимоиндуктивных датчиков линейных перемещений повышенной точности // Новые промышленные технологии. - Москва: ред. ЦНИЛОТ Б ГУ Минатома РФ, 1994. - Кб. .226. С.20.