Кольцевой индукционный датчик угла (стр. 4 из 6)

Технологические погрешности. Значения допусков на отдельные детали и несовершенство технологии изготовления и сборки датчиков определяют наличие целого ряда погрешностей датчиков угла.

Необходимым условием при установке в гироскопе датчика угла с перемещающимся ротором является требование равномерности воздушного зазора между статором и ротором. Это объясняется тем, что при неравномерном воздушном зазоре магнитные проводимости под крайними пальцами различаются, что приводит к появлению значительного по величине выходного напряжения в нулевом положении ротора датчика. В некоторых конструкциях гироскопов выходное напряжение может быть уменьшено с помощью поворота статора датчика и подключения фазирующего сопротивления или за счет использования компенсирующих устройств. Однако, несмотря на это, неравномерный воздушный зазор приводит к искажению характеристики выходного напряжения датчика, делая ее несимметричной.

Аналогичное влияние, но в несколько меньшей степени, оказывает магнитная асимметрия магнитопроводов обоих типов датчиков. Эта асимметрия вызывается двумя причинами:

1) различной величиной магнитной проводимости пластин магнитопровода вдоль и поперек направления проката;

2) наличием контуров электрической проводимости в магнитопроводе, возникающих при механической обработке пакетов магнитопровода, вследствие замыкания пластин между собой, недостаточной изоляции между пластинами и т. п.

Короткозамкнутые контуры в магнитопроводе датчика, а также короткозамкнутые витки в выходных катушках приводят к фазовому сдвигу потока, пронизывающего эти контуры, следствием чего является дополнительный фазовый сдвиг между напряжениями в левой и правой половине выходной обмотки.

Отличие угла сдвига фазы между напряжениями выходных катушек от 180° приводит к появлению значительного остаточного напряжения, для устранения которого необходимо использовать один из выше рассмотренных методов и которое приводит к дополнительному увеличению несимметричности характеристики выходного напряжения датчиков. Большое влияние на точность датчика рамочного типа оказывает качество намотки рамки – двух встречно включенных катушек, перемещающихся в воздушном зазоре. Несимметричное выполнение этих катушек приводит к тому, что при повороте рамки изменение потокосцепления с каждой катушкой неодинаково, поэтому нелинейность и несимметричность характеристики выходного напряжения такого датчика существенно увеличиваются.

Этим объясняется более высокая (по сравнению с датчикам рамочного типа) точность датчиков с перемещающимся ротором для которых равномерная намотка выходных катушек не представляет больших трудностей.

При сборке двухкоординатных датчиков угла предъявляются высокие требования к запрессовке пакетов магнитопроводов дл каждой координаты, которые должны быть сдвинуты один относительно другого на 90°. Отклонение от этого угла приводит к созданию электрического сигнала по обеим координатам приводит к смещению ротора в направлении оси одной из координат. Сигнал по второй координате дает ложный угол.

Погрешности, вызванные влиянием внешней среды. При работе датчиков угла в гироскопе на точность их работы оказывают существенное влияние температурные воздействия, а также наличие внешних электромагнитных полей.

Теплоизлучение других элементов гироскопического прибор может привести к принудительному нагреву датчика угла. В это случае решающее значение имеет правильный выбор конструкционных материалов датчика, так как различные коэффициенты линейного расширения деталей датчика могут привести к нарушению первоначально установленной величины и равномерности во; душного зазора, а следовательно, к смещению электрического нуля датчика и искажению характеристики выходного напряжения.

При изготовлении материала магнитопровода датчика из ферритов в результате нагрева происходит значительное ухудшению магнитных свойств последних, что непосредственно привода к ухудшению параметров датчиков.

В рассматриваемых датчиках при нулевом положении ротор воздействие внешнего электромагнитного поля приводит к увеличению остаточного напряжения за счет четных гармоник э. д. с складывающихся в дифференциальных выходных обмотках.

5. Расчет КИДУ

Согласно техническому заданию, имеем следующие исходные данные для расчета КИДУ:

· наружный диаметр корпуса D_k = 32 мм;

· внутренний диаметр ДУ D_ac = 12 мм.

· длина корпуса ДУ l_k = 14 мм.

· крутизна датчика k_ду=6,00 в/град;

· напряжение возбуждения U₁ = 36 В;

· номинальная частота f = 400 Гц;

· диаметр проволоки обмотки статора не более 0,08 мм.

Методика расчета изложена в [2] и [4].

5.1 Выбор геометрии магнитопровода

1. Определяем максимально допустимые значения индукции в магнитопроводе и плотности тока в обмотках при холостом ходе:

(5.1)

(5.2)

=0,5625 Тл.

=375 а/см²

Материал для высечки в соответствии с [4] выберем 50Н ГОСТ 10394-74.

2. Определяем отношение «теоретических» площадей пазов статора и ротора:

(5.3)

где

– коэффициент нагрузки, принимается равным 2 [4], =0,22, =0,32:

=1,375

3. Определяем приведенный воздушный зазор:

(5.4)

где

= 0,1 мм – величина воздушного зазора; = 1,02; = 1,003 ([4] и п.8).

мм.

4. Приняв D_н = 30 мм, находим отношение:

(5.5)

где

(5.6)

см²

5. По известным

и с помощью графиков, приведенных на рисунке 5-7 [4], определяем:

;

6. Находим основные величины, характеризующие геометрию пластин статора и ротора (см. рисунки 5.1 и 5.2):

Рисунок 5.1 Основные геометрические параметры пластин статора

Рисунок 5.2 Основные геометрические параметры пластин ротора

(5.7)

(5.8)

(5.9)

(5.10)

(5.11)

(5.12)

После расчета получаем:

мм, мм, мм, мм, мм, мм.

Дополнительные параметры геометрии пластин ротора и статора [2]:

(5.13)

Принимаем

мм [4], число пазов статора и ротора соответственно (по [4]): .

(5.14)

(5.15)

(5.16)

(5.17)

(5.18)

(5.19)