3558 ВЕСЫ С МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СИЛОВЫМ КОМПЕНСАТОРОМ

1. Введение

 

Данные методические указания являются продолжением рекомендаций  [1] к курсовому проекту и также посвящены разработке весов с автоматической силовой компенсацией.

Измерения по методу компенсации (или методу уравновешивающего преобразования) характеризуются высокой точностью в широком диапазоне. Схема этого метода [1] показана на рис.1, где силовой компенсатор на основе управляющего сигнала I создает усилие Fk , противодействующее измеряемой силе G.

 

Рис. 1

 

Весы такого типа, как было указано в  [1] , могут быть реализованы как с электромеханическим, так и с магнитоэлектрическим силовым компенсатором.  Весы первого варианта рассматриваются в [1]; вопросам разработки и анализа точности магнитоэлектрических весов посвящен предлагаемый ниже материал.

Принцип магнитоэлектрического уравновешивания поясняется рис. 2. Компенсирующая измеряемый вес сила Fk возникает как результат действия магнитного поля на проводник с током;  величина силы Fk пропорциональна току I дает информацию об измеряемом весе.

 

Рис. 2

 

 

Схемы принципа действия автоматических весов с магнитоэлектрической силовой компенсацией отличаются  [2] как реализацией источника постоянного магнитного поля (электромагнит постоянного тока или постоянный магнит) так и применяемым датчиком положения подвижной части (например, оптическим) или датчиком силы ∆F (тензорезистивным). При разработке весов рассматриваемого типа особое значение имеет схема измерения тока  I в обмотке подвижной части.

 

2. Общая характеристика  курсового проекта

 

Задание на курсовой проект включает, во-первых, схему принципа действия  весов  (рис. 3); во-вторых, основные характеристики устройства: диапазон измерения, допустимую относительную погрешность, максимальное время измерения; могут быть заданы и некоторые другие параметры, например рабочие температуры.

В соответствии с заданием  требуется выбрать основные элементы конструкции весов и провести расчеты, подтверждающие выполнение условий задания по точности и максимальному весу.

Представленные к защите курсового проекта материалы должны включать пояснительную записку и графическую часть, содержащую сборочный чертеж конструкции весов и чертежи одной-двух деталей.

Пояснительная  записка выполняется в соответствии с установленными требованиями [3]  на 20-25 листах формата А4 и содержит:

- введение;

- назначение и принцип действия весов заданного варианта;

- сопоставительный анализ известных аналогичных устройств, выбор  основных  функциональных частей весов (электромагнита или постоянного магнита, подвижной части с обмоткой, датчика положения, схемы измерения тока, АЦП) ;

- выбор конструкции основных узлов и описание конструкции устройства в целом;

- расчеты, подтверждающие выполнение требований ТЗ по диапазону и времени измерения, точности;

- особенности поверки и эксплуатации;

- заключение;

- библиографический список;

- приложение со спецификацией к сборочному чертежу.

Основные элементы конструкции весов: электромагнит (или постоянный магнит), подвижная часть с обмоткой, тензодатчик. Конструкция электронной части в данном курсовом проекте не рассматривается.

Электромагнит (рис. 3) включает магнитопровод 1 и обмотку возбуждения 2; датчик выполнен на основе плоской консольной пружины 3 с наклеенными на нее тензорезисторами 4. Обмотка 6 подвижной части 5 находится в воздушном зазоре магнитопровода 1.

 

 

 

 

 

 

Рис. 3

 

 

 

3. Расчет силового компенсатора на основе электромагнита
постоянного тока

 

3.1. Общие сведения

 

Силовой компенсатор, как указывалось, состоит из неподвижного магнитопровода с полюсными обмотками возбуждения и катушки, размещенной на подвижной части весов. Расположение этих частей должно соответствовать магнитоэлектрической системе, в которой механическая сила, приложенная к подвижной части, создается  действием магнитного поля индукцией B на проводник с током  I

F = B l I ,                                                        (1)

где  l – длина проводника.

 

Цель данного раздела – выбор значения магнитной индукции, геометрических параметров магнитопровода, расчет параметров обмоток  при заданной величине компенсирующей силы F.

Расчетная модель представлена на рис. 4.

 

 

Рис. 4