Анализ и синтез фазовых датчиков механических величин с бегущим магнитным полем для информационно-измерительных и управляющих систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, доктор технических наук Горячев, Владимир Яковлевич

• Горячев, Владимир Яковлевич
• доктор технических наук
• 2007

Оглавление диссертации доктор технических наук Горячев, Владимир Яковлевич

Введение

Основные концепции развития электромагнитных сис- 26 тем (ЭМС) датчиков параметров линейных и угловых перемещений

Датчики с распределенными параметрами

Электромагнитные системы с нониусными и комбини- 34 рованными сопряжениями растров

Электромагнитные фазовращатели

Сравнительный анализ существующих ЭМС измерения 46 механических величин

ЭМС с бегущим магнитным полем и неоднородным 51 магнитопроводом как средство унификации и улучшения метрологических характеристик ИС механических величин

Выводы

Основы теории и способы анализа ЭМС с плоскопарал- 63 лельным бегущим магнитным полем

Бегущее магнитное поле в неоднородном распределен- 63 ном магнитопроводе.

Принципы построения электромагнитной системы с 67 распределенными параметрами

Методика определения взаимозависимости электриче- 78 ских и магнитных характеристик распределенной ЭМС Основные функции распределения параметров ЭМС с 80 бегущим магнитным полем.

2.5 Особенности анализа магнитопроводов с двухзонной структурой

2.6 Методика определения взаимозависимости электрических и магнитных параметров базовой электромагнитной системы

2.7 Дуальность электрических и магнитных распределенных систем

2.8 Особенности анализа сложнораспределенных редукционных магнитных систем

2.9 Анализ электромагнитной системы с гладким распределением параметров

Выводы

3 Параметры элементов и основные соотношения базовой ЭМС с плоскопараллельным бегущим магнитным полем

3.1 Основные соотношения между электрическими и магнитными величинами базовой ЭМС с бегущим магнитным полем.

3.2 Методика определения электрических параметров равномерно распределенной обмотки

3.3 Методика определения электрических параметров синусной обмотки

3.4 Методика определения электромагнитных параметров косинусной обмотки

3.5 Методика определения электромагнитного взаимодействия обмоток базовой ЭМС.

3.5.1 Методика определения взаимного влияния синусной и косинусной обмоток при отсутствии шунта в ЭМС Изменение взаимной индуктивности равномерной и синусной обмоток при нарушении однородности магнито-провода

Определение электромагнитного взаимодействия равномерной и косинусной обмоток базовой ЭМС с неоднородным магнитопроводом

Определение электромагнитного взаимодействия синусной и косинусной обмоток электромагнитной системы с неоднородным магнитопроводом Методика определения параметров пассивных сторон обмоток

Определение кондуктивных параметров обмоток Экспериментальные исследования частотных характеристик электрических параметров электромагнитной системы на примере линейного ЭМФ Рабочие характеристики линейного ЭМФ с бегущим плоскопараллельным магнитным полем Принципы взаимного преобразования многофазных систем напряжений и намагничивающих сил. Выводы

Свойства элементов, параметров и функций преобразования ИС, синтезированных на основе ЭМС с бегущим магнитным полем

Схема замещения базовой ЭМС с бегущим плоскопараллельным магнитным полем

4.2 Схема замещения обобщенной ИС с датчиками на осно- 150 ве бегущего магнитного поля

4.3 Обобщенная система уравнений электрического состоя- 153 ния ИС механических величин

4.4 Характеристическое уравнение для определения дина- 157 мических характеристик измерительной системы, работающей в однофазном режиме

4.5 Передаточные сопротивления равномерной, синусной и 160 косинусной обмоток

4.6 Изменение токов обмоток ЭМФ, работающего в одно- 163 фазном режиме

4.7 Функция преобразования ИС механических величин с 168 ЭМФ, работающим в однофазном режиме

4.8 170 Функция преобразования измерительной системы механических величин, работающей в двухфазном режиме

4.9 Анализ магнитодвижущих сил ЭМС с бегущим магнит- 178 ным полем в зоне расположения магнитного шунта

4.10 Обобщенная схема замещения ЭМС

Частотные характеристики функции преобразования ^^ ЭМС

Выводы

5 Анализ систематических погрешностей измерительных систем механических величин с фазовыми датчиками 5.1 Структура систематических погрешностей измерительных систем механических величин Анализ амплитудной погрешности ИС

5.2.1 Анализ амплитудной погрешности ИС с ЭМФ, рабо- 199 тающим в двухфазном режиме дНализ амплитудной погрешности ИС с ЭМФ, работающим в однофазном режиме

Анализ фазовой погрешности ИС

5.4 Определение степени влияния нагрузки ЭМФ на по- 218 грешность измерительной системы

5.5 Влияние дискретности распределения количества вит- 219 ков на погрешность отображения фазы

5.6 Влияние дискретности распределения магнитодвижу- 224 щих сил на погрешность отображения фазы

5.7 Анализ влияния качества изготовления магнитопровода 234 электромагнитной системы на погрешность отображения фазы

5.8 Изменение воздушного зазора магнитного шунта 236 и его влияние на метрологические характеристики ИС

5 Q ^

Влияние изменения геометрических размеров зазора на погрешность измерительной системы

5 1 0 1Ю

Балансировка электромагнитной системы и ее влияние на погрешность ЭМФ

5.11 Длина шунта и ее связь с погрешностью датчика

5.12 Влияние нестабильности частоты генератора на погрешность ЭМФ

5.13 О спектральном составе выходного напряжения генера- 253 тора и погрешности ИС

5.14 Балансировка электрических параметров обмоток ЭМС

5.15 Влияние изменения свойств магнитного материала на 263 погрешность отображения фазы

5.16 Аппроксимация некоторых зависимостей, полученных 264 при анализе погрешности электромагнитной системы

5.17 Методика определения динамических характеристик ба- 270 зовой электромагнитной системы

5.18 Динамическая погрешность ЭМС при измерении пара- 273 метров угловых перемещений

Выводы

6 Модели и спектральные характеристики систематических погрешностей ИС на основе ЭМС с плоскопараллельным бегущим магнитным полем

6.1 Методика построения имитационной модели ИС на ос- 278 нове ЭМС с плоскопараллельным бегущим магнитным полем

6.1.1 Блок вычисления электрических параметров датчика

6.1.2 Описание блока вычисления параметров выходного сиг- 281 нала

6.1.3 Блок вычисления погрешности

Модели погрешности ИС

6.2.1 Модель систематических погрешностей измерительных систем с фазовыми датчиками линейных перемещений

6.3 Основы спектрального анализа факторных погрешно- 295 стей измерительных систем

6.4 Анализ спектров погрешностей различных факторов

6.5 О постоянных составляющих спектров влияющих фак- 313 торов

Выводы

7 Синтез измерительных систем с фазовыми датчиками 317 механических величин

7.1 Основные задачи синтеза измерительных систем на ос- 317 нове ЭМС с бегущим магнитным полем

7.2 Использование традиционной модели погрешности для 319 синтеза измерительной системы с фазовыми датчиками механических величин

7.3 322 Определение допустимых отклонений параметров элементов ИС из условия равенства весов влияющих факторов

Определение допустимых отклонений параметров элементов измерительной системы из условия неравенства весов влияющих факторов

7.5 Вопросы оптимизации при проектировании измеритель- 328 ных систем с ЭМФ

7.6 Основные рекомендации по проектированию фазовых 331 датчиков механических величин

7.6.1 Рекомендации по выбору конфигурации магнитопрово- 332 да датчика

7.6.2 Рекомендации по выбору количества зубцов информа- 333 ционной линейки

7.6.3 Определение количества витков обмоток 334 7.7 Методика расчета допустимых отклонений параметров измерительной системы

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ и синтез фазовых датчиков механических величин с бегущим магнитным полем для информационно-измерительных и управляющих систем»

Развитие информационно-измерительных и управляющих систем предполагает широкое использование датчиков. Датчики являются первичным звеном любой информационно-измерительной системы и в значительной мере определяют ее метрологические характеристики. Проектирование систем управления и контроля, в которые входит большое количество датчиков различных параметров, связано с некоторыми трудностями. Датчики подобных систем имеют различные принципы действия, часто требуют индивидуальных источников питания и устройств обработки информации. Разнообразие входных измеряемых параметров ставит задачу создания типовых рядов датчиков, которые целесообразно использовать для удовлетворения тех или иных потребностей при сборе первичной измерительной информации. Унификация предполагает переход к базовым моделям и внедрение единой элементной базы.

Для измерения линейных и угловых перемещений, линейных и угловых скоростей и ускорений, сил и крутящих моментов используются информационно-измерительные системы с датчиками, разработанными на основе самых разнообразных физических явлений. Большую часть датчиков механических величин составляют электромагнитные датчики, в которых используются законы электромагнитного взаимодействия обмоток или проводников.

Если рассматривать эти датчики с точки зрения технологии получения информации на выходе, то их можно разделить на две группы.

1. Датчики накапливающего типа. Эти датчики поставляют информацию об измеряемой величине, изменяющейся в ограниченных пределах. Проблема определения истинного значения измеряемой величины решается электронными блоками, способными накапливать информацию. Примером таких датчиков являются датчики перемещений с использованием индуктосинов. При сбоях в цепи питания таких датчиков возможна потеря информации.

2. Датчики непосредственного считывания, параметры выходного сигнала которых полностью соответствуют измеряемой величине с определенной точностью. Такие датчики широко используются в установках различного назначения, не требующих постоянного контроля и настройки после отключения питания или при различных сбоях в работе.

Набор информационно-измерительных систем измерения механических величин настолько широк, что возникают проблемы при проектировании и эксплуатации устройств, в состав которых входят датчики различного назначения. Датчики имеют различные принципы действия, различные метрологические характеристики, вид и уровень выходного сигнала и нуждаются в специализированных схемах обработки информации и источниках питания. Унификация конструкций, принципов действия и аппаратуры обработки информации является одним из основных путей сокращения стоимости и повышения надежности автоматизированных систем контроля и управления различными технологическими процессами.

Важным показателем качества датчиков является стабильность характеристик, то есть их неизменность при изменении условий эксплуатации датчиков. Наиболее стабильные характеристики имеют датчики, у которых носителем информации об измеряемой величине является фаза выходного сигнала. Речь идет об электромагнитных фазовращателях (ЭМФ), которые используются в качестве датчиков информации и в качестве преобразователей параметров электрической энергии.

При изменении угла поворота ротора ЭМФ изменяют фазу выходного напряжения. В информационных ЭМФ происходят те же электромагнитные процессы, что и в энергетических ЭМФ. Однако информационные ЭМФ имеют некоторые особенности. При проектировании информационных ЭМФ стремятся обеспечить в первую очередь стабильность функции преобразования. Информационным параметром выходного сигнала фазовращателей является фаза выходного напряжения, поэтому важной характеристикой измерительной системы является соответствие изменения фазы перемещению. Соответствие фазы измеряемому перемещению нормируется погрешностью, определяемой степенью разброса отклонений фазы от линейного закона, так как в большинстве случаев измерительных систем (ИС) механических величин предполагается использование линейной характеристики.

В настоящей работе предложена новая электромагнитная система (ЭМС) с бегущим магнитным полем, которая изменяет фазу выходного напряжения при линейном перемещении подвижной части системы. В настоящей работе рассмотрена технология анализа и синтеза фазовых датчиков механических величин с бегущим магнитным полем для информационно-измерительных и управляющих систем. Использование разработанной электромагнитной системы (ЭМС) позволяет расширить в два раза область применения ЭМФ, преобразующих угловые перемещения в изменение фазы выходного напряжения при использовании уже разработанной аппаратуры обработки информации. Практически речь идет об унификации устройств измерения параметров линейных и угловых перемещений. Предлагаемая ЭМС позволяет в значительной степени уменьшить габаритные размеры информационной линейки и увеличить коэффициент ее использования в датчиках линейных перемещений. В то же время датчики параметров угловых перемещений, разработанные на базе новой ЭМС, имеют меньшие габариты и повышенную надежность по сравнению с существующими ЭМФ.

Предлагаемая электромагнитная система относится к ЭМС с распределенными параметрами, с одной стороны, и к фазовращающим устройствам, с другой стороны. Идея использования теории электрических линий с распределенными параметрами для анализа ЭМС с распределенными параметрами встречается в работах Зарипова М.Ф. [71] и КуликовскогоЛ.Ф.[80]. Однако полной аналогии провести невозможно, так как особенность магнитных линий с распределенными параметрами заключается в том, что в них, как правило, имеет место распределение в пространстве не только пассивных параметров, но и намагничивающих сил.

Для анализа существующих ЭМФ используется теория асинхронных двигателей. Это объяснятся тем, что информационные ЭМФ конструктивно выполнены как энергетические преобразователи. Этому вопросу посвящен ряд работ Ахметжанова А А. [5, 6] и Батоврина А. А. [9, 10]. Однако использование обобщенного магнитного потока в качестве базового положения в теории ЭМФ не позволяет учесть влияние большинства конструктивных параметров магнито провода на погрешность датчика.

Используемые методики проектирования датчиков ориентированы на получение параметров элементов конструкции исходя из энергетических характеристик. Достаточно полно разработана теория многофакторного эксперимента, позволяющая выработать рекомендации по проведению много факторных испытаний. Многофакторные испытания позволяют определить воздействие внешних влияющих факторов на погрешность измерительных систем. Воздействие конструктивных влияющих факторов (внутренних влияющих факторов) на погрешность информационно-измерительных систем механических величин изучено не в полном объеме. Практически полностью отсутствует теория проектирования измерительных систем механических величин из условия получения заданных метрологических характеристик измерительной системы.

Создание новой электромагнитной системы предполагает разработку базовой теории, позволяющей анализировать работу датчиков, получать их функции преобразования и метрологические характеристики.

Актуальность работы

Среди электромагнитных датчиков механических величин лучшие метрологические характеристики имеют ЭМФ, нашедшие широкое применение в измерительных системах параметров угловых перемещений. К сожалению, фазовые датчики, построенные на основе изменения взаимного положения рабочих обмоток, не могут использоваться для измерения параметров линейных перемещений, что ограничивает область применения фазового признака выходного сигнала как наиболее устойчивого к внешним влияющим факторам. Разработка электромагнитной системы, позволяющей создать датчики с фазовым признаком выходного сигнала для измерения как угловых, так и линейных перемещений при сохранении устройств обработки информации, является актуальной, так как позволяет, с одной стороны, расширить область применения фазовых датчиков, с другой, унифицировать аппаратуру обработки информации. Кроме этого использование предлагаемой электромагнитной системы позволяет повысить надежность датчиков, так как при этом сокращается количество обмоток.

Для анализа работы ИС с датчиками подобного типа необходимо иметь методику определения электрических параметров фазовых датчиков механических величин с учетом особенностей конструкции, методику анализа работы в различных режимах, методику получения функций преобразования, позволяющих получить статические и динамические характеристики ИС. Наиболее важной, не решенной к настоящему времени проблемой является проблема анализа погрешностей ЭМС с бегущим магнитным полем и разработка методики проектирования датчиков с учетом результатов этого анализа.

Цель работы и задачи исследования

Цель работы - разработка общей методики анализа и синтеза измерительных систем с фазовыми датчиками механических величин, принцип действия которых основан на использовании плоскопараллельного бегущего магнитного поля. Исходя из указанной цели, в диссертационной работе решаются следующие задачи:

1. Разработка теоретических основ анализа ЭМС с бегущим магнитным полем.

2. Разработка методики получения функций преобразования измерительных систем с фазовыми датчиками механических величин.

3. Выбор, разработка и обоснование методов анализа систематической погрешности ИС параметров угловых и линейных перемещений.

4. Анализ систематических погрешностей ИС.

5. Определение степени влияния различных факторов на результирующую погрешность ИС.

6. Выбор модели погрешности ИС, позволяющей провести полный анализ метрологических характеристик.

7. Обоснование способов определения электрических параметров датчиков механических величин.

8. Разработка методики инженерного проектирования ИС механических величин с заданными метрологическими свойствами.

Основные методы научных исследований

Теоретические исследования базовой ЭМС произведены путем использования впервые предложенной системы удельных первичных параметров, что позволило получить достаточно точные формулы для определения параметров идеализированных датчиков.

Использование разработанной системы удельных параметров распределенных магнитных линий позволило определить условия функционирования базовой ЭМС и сформулировать технические требования на разработку отдельных элементов.

В качестве инструмента для исследования электрических параметров датчиков с учетом дискретности распределения электромагнитных параметров разработана базовая имитационная модель ИС, позволяющая с высокой степенью приближения к реальной конструкции изучать свойства ИС. Имитационная модель позволила проанализировать степень влияния большинства конструктивных параметров на погрешность ИС.

Для анализа погрешности ИС с фазовыми датчиками и определения требований к параметрам элементов ИС может быть использована традиционная модель погрешности в форме многочлена, которая широко используется в теории многофакторного эксперимента. Показаны сложности использования традиционной модели при проектировании ИС механических величин. С целью упрощения синтеза ИС разработана модель погрешности, базирующаяся на анализе спектральных характеристик систематических погрешностей. Использование разработанной модели позволило решить проблему проектирования ИС с заданными метрологическими характеристиками.

Для моделирования измерительных систем использованы компьютерные среды BASIC, MathCAD, MAPLE.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации подтверждена результатами исследования ИС, созданных в рамках выполнения договорных и госбюджетных работ.

Научная новизна

1. Разработана новая базовая электромагнитная система с бегущим магнитным полем, позволившая создать ряд датчиков для измерения параметров линейных и угловых перемещений

2. Впервые разработана методика анализа процессов в ЭМС на основе использования удельных параметров распределенного магнитопровода.

3. Определены пути получения функций преобразования ИС с фазовыми датчиками, работающими в различных режимах.

4. Разработан алгоритм синтеза ИС с заданными метрологическими характеристиками.

5. Впервые разработан спектральный метод анализа погрешности МС, позволяющий учитывать взаимное влияние факторов.

6. Получены аналитические уравнения зависимости фазовой ошибки от перемещения при учете влияния большинства конструктивных параметров ЭМС.

7. Разработаны принципы построения имитационной модели ИС на основе датчиков с плоскопараллельным бегущим магнитным полем.

8. Выработаны рекомендации для проектирования ИС механических величин.

Практическая ценность

Практическая ценность работы заключается в использовании бегущего магнитного поля ЭМС для построения датчиков, расширении области применения ЭМФ, в использовании спектрального метода анализа систематических погрешностей при проектировании ИС.

1. Разработана ЭМС, позволившая использовать фазовый признак выходного сигнала для измерения параметров линейных и угловых перемещений с использованием универсальных блоков обработки информации, расширить область применения фазового признака выходного сигнала и повысить надежность ИС.

2. Разработаны датчики различного назначения для измерения параметров угловых и линейных перемещений на основе единой электромагнитной системы.

3. Разработаны различные способы реализации ЭМС, повышающие технологичность изготовления электромагнитных конструкций.

4. Определены пути получения функций преобразования и схем замещения датчиков с бегущим магнитным полем для анализа свойств ИС механических величин.

5. Разработана методика определения статических и динамических свойств датчиков.

6. Разработана базовая имитационная модель ИС на основе датчиков с бегущим магнитным полем, позволяющая проводить полный анализ электрических и метрологических свойств ИС.

7. Разработан алгоритм проектирования ИС из условия получения системы с заданной погрешностью измерений.

8. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ «Рзработка датчиковой аппаратуры».

9. Теоретические и практические результаты диссертационной работы использованы при выполнении НИР №928 «Исследование и разработка перспективных средств измерения» в рамках сотрудничества с предприятием п/я В-2572, г. Москва 1981 г.; НИОКР «Система измерения механических величин» в рамках сотрудничества с ПО «Электромеханика», г. Пенза 1983 г.; НИОКР «Разработка датчиковой аппаратуры» в рамках сотрудничества с в.ч. № 2541, г. Железнодорожный Московской области 1995г.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Спектральный метод анализа систематической погрешности ИС, позволяющий получить систематическую погрешность при несоответствии параметров идеальным значениям с учетом их взаимного влияния.

2. Теоретические основы анализа ЭМС с плоскопараллельным бегущим магнитным полем.

3. Методика использования результатов анализа систематической погрешности для синтеза ИС.

4. Методика определения влияния большинства конструктивных факторов на погрешность ИС.

5. Способы определения статических и динамических характеристик ИС механических величин.

6. Алгоритм проектирования ИС механических величин с заданными метрологическими характеристиками.

Апробация работы

Основные положения диссертации, результаты проведенных исследований, опыт практического применения разработок докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, всесоюзных, региональных, и отраслевых научно - технических симпозиумах, конференциях и семинарах:

Международный симпозиум «Надежность и качество», Пенза, 2007 г.; Международная научно-техническая конференция «Проблемы автоматизации и управления в технических системах», Пенза, 2007 г.; Международный симпозиум «Надежность и качество», Пенза, 2006 г.; Международный юбилейный симпозиум «Актуальные проблемы науки и образования», Пенза, 2003 г.; Международный симпозиум «Надежность и качество», Пенза, 2005 г.; Международная научно-техническая конференция «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» («Измерения-2006»), Пенза, 2006 г.; Международная научно-техническая конференция «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» («Измерения-2004»), Пенза, 2004 г.; Научно-техническая конференция «Автоматизация производства», Тула, 1994г.; Научно-техническая конференция «Измерения и контроль при автоматизации», Барнаул, 1991 г.; Научно-техническая конференция «Методы и средства измерения», Пенза, 1992 г.; Научно-техническая конференция «Проблемы применения микропроцессорных контроллеров», Минск, 1991 г.; Научно-техническая конференция «Методы и средства измерения механических параметров», Пенза, 1990 г.; Научно-техническая конференция «Измерение и контроль в производстве», Москва, ЦНИИ «Электроника», 1989 г.; Научно-техническая конференция «Методы и средства измерения», Пенза, 1989 г.; Научно-техническая конференция «Теория и практика производственных процессов», Уфа, УПИ, 1989 г.; Научно-техническая конференция «Датчики в системах куонтроля и управления», Ижевск, 1988 г.; Научно-технический семинар «Повышение уровня технической оснащённости ГАП», Севастополь, 1986 г.; Научно-техническая конференция «Методы и средства измерения», Пенза, 1982 г. Публикации

По материалам диссертации опубликовано 54 научных труда, в том числе учебное пособие, получено 4 авторских свидетельства на изобретения, 2 патента, издана монография. Отдельные результаты отражены в четырех отчетах по НИР. Основные положения диссертации полностью представлены в опубликованных работах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и приложений; содержит 367 страниц основного текста, 137 иллюстраций, 118 наименований использованных литературных источников, 37 страниц приложений.

Заключение диссертации по теме «Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)», Горячев, Владимир Яковлевич

Выводы

1. При проектировании фазовых датчиков на базе ЭМС с бегущим магнитным полем необходимо использовать имитационную модель ИС, которая позволяет получить абсолютную погрешность в зависимости от измеряемого перемещения при однофакторном воздействии.

2. Степень влияния отдельного фактора на результирующую погрешность следует определять весом данного фактора с учетом влияния других факторов.

3. Допустимые отклонения конструктивных параметров от расчетных значений можно определять из условия равенства весов с введением поправочных коэффициентов. Однако такое решение не является оптимальным.

4. Оптимальный результат дает определение допустимых отклонений параметров измерительной системы на основе спектральных характеристик отклонений фазы от действия факторов и минимальной стоимости изделия.

5. Электрический расчет магнитной системы следует вести по методике расчета маломощных трансформаторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе представлена теория анализа и синтеза фазовых датчиков с бегущим магнитным полем для информационно-измерительных и управляющих систем. Разработанная и реализованная электромагнитная система с бегущим магнитным полем позволила создать электромагнитные фазовращатели для измерения параметров линейных и угловых перемещений. Фазовые датчики позволяют измерять весь набор механических величин при практически неизменных блоках обработки информации. Разработанная ЭМС позволяет создавать датчики перемещений, носителем информации у которых является уровень выходного напряжения.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Разработана общая теория электромагнитной системы с бегущим неоднородным магнитным полем, основанная на использовании удельных параметров распределенной магнитной линии.

2. Разработан спектральный метод анализа систематических погрешностей фазовых датчиков с бегущим магнитным полем и произведен их полный анализ с помощью имитационной модели.

3. Разработан принцип построения электромагнитной системы с распределенными параметрами, позволившей создать фазовые датчики механических величин угловых и линейных перемещений. При этом структура ИС механических величин остается такой же, как и структура ИС на базе известных электромашинных фазовращателей.

4. Создана модель систематической погрешности измерительной системы с фазовыми датчиками механических величин на основе спектрального анализа погрешности.

5. Выработаны основы проектирования измерительных систем с датчиками механических величин. Предлагается производить электрический расчет измерительной системы, расчет характеристик системы и расчет элементов с целью получения ИС с заданными метрологическими характеристиками.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Горячев, Владимир Яковлевич, 2007 год

1. Азизов, А. М. К расчету переменности параметров в динамике преобразователей с распределенными параметрами / А. М. Азизов II Журнал прикладной химии. 1973 - № 2. - с. 445^448.

2. Азизов, А. М. Методическая погрешность исследования случайных коррелированных процессов / А. М. Азизов II Измерительная техника. 1969. - № 2. - с. 11—14.

3. Азизов, А. М. Вероятностный анализ нестационарного измерительного преобразователя с распределенными параметрами / А. М. Азизов // Труды науч.-техн. конф. Л. : ЛТИ им. Ленсовета, 1973.-С. 100-102.

4. Алиев, Т.Е. Индуктивные преобразователи для динамометрирования нефтяных скважин/ Т.Е. Алиев, В. Я. Едуш, М. А. Набиев II Изв. вузов. 1961. - № 12.

5. Ахметжанов, А. А. Высокочастотные системы передачи угла автоматических устройств/ А. А. Ахметжанов!I М. : Энергия, 1975.-278 с.

6. Ахметжанов, А. А. Индукционный редуктосин./ А. А. Ахметжанов, Н. В. Лукиных //- М. : Энергия, 1971. 78 с.

7. Артемьев, В. А. К расчету индуктивного фазогенераторного измерительного преобразователя / В. А. Артемьев II Изв. вузов. Приборостроение. 1976.- № 11 - с. 5-8.

8. Батищев, В.И. Методы оптимального проектирования./ В. И. Батищев // М. : Радио и связь, 1984. - 248 с.

9. Батоврин, А. А. Основы теории индукционных фазовращателей с пульсирующим полем. I А. А. Батоврин // — JI. : Судпромгиз, 1957. с. 3-25.

10. Батоврин, А. А. Электромашинные фазовращатели. / А. А. Батоврин //-Я. : Энергоатомиздат, 1986. 124 с.

11. Бронштейн, Н.Н. Справочник по математике. / Н. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев //. — М. : Наука, 1986. 544 с.

12. Вонсовский, С. В. Магнетизм. / С. В. Вонсовский // М. : Наука, 1971.- 1031 с.

13. Вулъвет, Дж. Датчики в цифровых системах. / Вулъвет Дж.// -М.: Энергоиздат, 1981.

14. Горячев, В. Я. Электрические параметры фазовых датчиков линейных и угловых перемещений / В. Я. Горячев, В. И. Волчихин II Новые промышленные технологии. Вып. 1. М., 2007. - С. 48-52.

15. Горячев, В. Я. Редукционные датчики угловых перемещений с бегущим магнитным полем / В. Я. Горячев, В. И. Волчихин, Ю. А. Ша-това II Новые промышленные технологии. Вып. 2. М., 2007. - с. 4852.

16. Горячев, В. Я. Влияние конструктивных параметров фазовых датчиков с бегущим магнитным полем на их метрологические характеристики / В. Я. Горячев, В. И. Волчихин II Датчики и системы. Вып 12. М., 2006. - с. 18-22.

17. Горячев, В. Я. Схема замещения фазовых датчиков линейных перемещений / В. Я. Горячев, В. И. Волчихин // Известия вузов (Поволжский регион). Технические науки. № 6. Пенза, 2006. - с. 237-244.

18. Горячев, В. Я. Фазовые датчики линейных перемещений с бегущим магнитным полем / В. Я. Горячев, В. И. Волчихин II Новые промышленные технологии. Вып. 1. М., 2007. - С. 45^18.

19. Горячев, В. Я. Фазовые датчики угловых перемещений и крутящих моментов с бегущим магнитным полем / В. Я. Горячев, В. И. Волчихин // Датчики и системы. Вып. 11. — М., 2006. с. 12-16.

20. Горячев, В. Я. Спектральный метод анализа погрешности фазовых датчиков механических величин / В. Я. Горячев II Известия вузов (Поволжский регион). Технические науки. № 5. Пенза, 2006. -с. 48-56.

21. Горячев, В. Я. Редукционные датчики угловых перемещений с бегущим магнитным полем / В. Я. Горячев, В. И. Волчихин, Ю. А. Ша-това // Датчики и системы. Вып. 11.- М., 2007. с. 18-22.

22. Горячев, В. Я. Фазовые датчики механических величин с бегущим магнитным полем: монография / В. Я. Горячев. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. - 307 с.

23. Горячев, В. Я. Передаточная функция датчика угловых перемещений на основе фазовращателя с электромагнитной редукцией / В. Я. Горячев, Ю. А. Шатова II Материалы Международного симпозиума «Надежность и качество». Пенза, / 2007.-с. 172-173.

24. Горячев, В. Я. Основные соотношения и схема замещения для датчиков угловых перемещений с электромагнитной редукцией / В. Я. Горячев, Ю. А. Шатова // Материалы Международного симпозиума «Надежность и качество». Пенза, 2007. - с. 173-175.

25. Горячев, В. Я. Электрические параметры фазовых датчиков механических величин / В. Я. Горячев II Труды Международного юбилейного симпозиума «Актуальные проблемы науки и образования». Пенза, 2003. - Т. 2. - с. 231-233.

26. Горячев, В. Я. Физические основы возникновения погрешностей датчиков с бегущим магнитным полем / В. Я. Горячев II Труды Международного юбилейного симпозиума «Актуальные проблемы науки и образования». Пенза, 2003. - Т. 2. - с. 238-240.

27. Горячев, В. Я. Фазовые датчики с неоднородным магнитным полем / В. Я. Горячев, Е. В. Николаева II Материалы Международного симпозиума «Надежность и качество». Пенза, 2005. -с. 391-392.

28. Горячев, В. Я. Спектральный метод анализа погрешности фазовых датчиков механических величин / В. Я. Горячев II Материалы Международного симпозиума «Надежность и качество». Пенза, 2005.-с. 383-384.

29. Горячев, В. Я. Влияние гармонического состава напряжения генератора на погрешность фазовых датчиков с бегущим магнитным полем / В. Я. Горячев II Материалы Международного симпозиума «Надежность и качество». Пенза, 2005. - с. 382-383.

30. Горячев, В. Я. Бегущие волны магнитных линий с распределенными параметрами в датчиках механических величин / В. Я. Горячев II Материалы Международного симпозиума «Надежность и качество». Пенза, 2006. - с. 328-332.

31. Горячев, В. Я. Особенности составления схем замещения многообмоточных электромагнитных устройств с распределенными параметрами / В. Я. Горячев II Материалы Международного симпозиума «Надежность и качество». Пенза, 2006. - с. 332-335.

32. Горячев, В. Я. Определение влияния несинусоидальности выходного напряжения генератора на погрешность фазовых датчиков с бегущим магнитным полем / В. Я. Горячев // Материалы

33. Международной научно-технической конференции «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» («Измерения-2004»). Пенза, 2004. - с. 36-38.

34. Горячев, В. Я. Электромагнитный фазовый датчик линейных перемещений / В. Я. Горячев, В. Н. Ашанин II Материалы научно-технической конференции «Автоматизация производства». -Тула, 1994.-с. 32.

35. Горячев, В. Я. Фазовые датчики / В. Я. Горячев II Материалы конференции «Измерения и контроль при автоматизации». Барнаул, 1991.-е. 23-31.

36. Горячев, В. Я. Фазовый датчик крутящих моментов / В. Я. Горячев, В. Н. Ашанин II Материалы конференции «Методы и средства измерения». Пенза, 1992. - с. 45.

37. Горячев, В. Я. Особенности использования датчиков в тяжелых условиях / В. Я. Горячев, В. Н. Ашанин II Материалы конференции «Проблемы применения микропроцессорных контроллеров». Минск, 1991. - с. 34-35.

38. Горячев, В. Я. Фазовые датчики / В.Я.Горячев, В. Н. Ашанин II Материалы конференции «Методы и средства измерения механических параметров». Пенза, 1990.

39. Горячев, В. Я. Фазовые датчики измерения механических величин / В. Я. Горячев II Материалы конференции «Информатика и системы управления». М., 1989. - Сер. 5. - Вып. 1.

40. Горячев, В. Я. Фазовый датчик перемещений / В. Я. Горячев, Ю. К. Чапчиков // Материалы конференции «Методы и средства измерения». Пенза, 1989. - с. 56-58.

41. Горячев, В. Я. Фазовый датчик перегрузок / В. Я. Горячев II Материалы конференции «Теория и практика производственных процессов». Уфа, 1989. - С. 56-57.

42. Горячев, В. Я. Датчик угловых перемещений / В. Я. Горячев, И. П. Фентисов // Материалы научно-технической конференции «Датчики в системах контроля и управления». -Ижевск, 1988.

43. Горячев, В. Я. Измерение линейных перемещений на основе изменения фазы / В. Я. Горячев, Д. В. Стахурлов II Материалы научно-технической конференции «Датчики в системах контроля и управления». Ижевск, 1988.

44. Горячев, В. Я. Цифровой индуктивный датчик перемещений / В. Я. Горячев, А. 77. Чепасов, В. В. Марченко // Труды семинара «Повышение уровня технической оснащённости ГАП». — Севастополь, 1986.

45. Горячев, В. Я. Электромагнитные растры и их применение в датчиках механических величин / В. Я. Горячев, С. 77. Пискарёв II Научно-техническая конференция «Методы и средства измерения». -Пенза, 1982.-с. 56.

46. Горячев, В. Я. Функция передачи индуктивного датчика давлений / В. Я. Горячев, Т. Т. Грушенкова II Датчики систем контроля и управления : межвуз. сб. Пенза, 1984. - с. 123.

47. Горячев, В. Я. Электромагнитный датчик перемещений на основе экранирующего эффекта / В. Я. Горячев, С. 77. Пискарёв II Датчики систем контроля и управления : межвуз. сб. Пенза, 1984. -с. 41-47.

48. Горячев, В. Я. Определение оптимальных размеров меандров электромагнитных датчиков / В. Я. Горячев II Датчики систем контроля и управления : межвуз. сб. Пенза, 1983. - с. 53-56.

49. Горячев, В. Я. Исследование рельсовых цепей с путевым фазочувствительным приемником / В. Я. Горячев, А. М. Брылеев II Труды МИИТ. Вып. 348. М. : Транспорт, 1970. - с. 45-56.

50. Горячев, В. Я. Анализ работы бесконтактных фазочувствительных приемников / В. Я. Горячев, Б. М. Степенский II Труды МИИТ. Вып. 348. М. : Транспорт, 1970. - с. 33-39.

51. Горячев, В. Я. Датчики крутящих моментов вращающегося вала / В. Я. Горячев, В. Н. Ашанин // Информ. листок ПЦНТИ. № 221-92. Пенза, 1992. - 4 с.

52. Горячев, В. Я. Вихретоковый датчик малых перемещений / В. Я. Горячев, В. Н. Ашанин // Информ. листок ПЦНТИ. № 177-92. -Пенза, 1992.-4 с.

53. Горячев, В. Я. Фазовые датчики линейных перемещений / В. Я. Горячев, В. Н. Ашанин // Информ. листок ПЦНТИ. № 223-92. -Пенза, 1992.-4 с.

54. Горячев, В. Я. Фазовый датчик угловых перемещений / В. Я. Горячев, В. Н. Ашанин II Информ. листок ПЦНТИ. № 180-92. -Пенза, 1992.-4 с.

55. Горячев, В. Я. Электромагнитный фазовый датчик крутящего момента / В. Я. Горячев, В. Н. Ашанин II Информ. листок ПЦНТИ. № 137-92. Пенза, 1992. - 4 с.

56. Гутер, Р. С. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. / Р. С. Гутер, Б. В. Овчинский //- М. : Наука, 1970. 432 с.

57. Добровольский, И.Г. Анализ точности измерений значений информационно измерительных систем. / И.Г. Добровольский II Контроль. Диагностика. - 2002, - №5 - с. 41 - 44.

58. Домрачеев, В. Г. Критерии оценки точности цифровых преобразователей угла / В. Г. Домрачеев, Б. С. Мейко // Измерительная техника 1975. № 11 с. 22-25.

59. Домрачеев, В. Г. Цифровые преобразователи угла / В. Г. Домрачеев, Б. С. Мейко // — М.: Энергоиздат, 1984. 328 с.

60. Домрачеев, В. Г. Цифроаналоговые системы позиционирования: Электромехатронные преобразователи./ В.Г. Домрачее, Ю.С. Смирнов// -М. : Энергоатомиздат, 1990. 207 с.

61. Душинский, В. В. Оптимизация технологических процессов в машиностроении / В. В. Душинский, Е. С. Пуховский, С. Г. Радченко //-Киев: Техника, 1977. 176 с.

62. Ермаков, С. М. Математическая теория планирования эксперимента / С. М. Ермаков //- М. : Наука, 1983. 392 с.

63. Зарипов, М. Ф. Индуктивные преобразователи больших линейных перемещений с распределенными параметрами магнитных цепей/ М. Ф. Зарипов // Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1963.

64. Зарипов, М.Ф. Энерго информационный метод анализа и синтеза чувствительных элементов систем управления./ Зарипов М.Ф., Петрова И.ЮЛ - Датчики и системы, 1999, №5.

65. Зарипов М. Ф. Преобразователи с распределенными параметрами для автоматики и информационно-измерительной техники / Зарипов М.Ф.//- М. : Энергия, 1969. 176 с.

66. Зельдович, Я. Б. Элементы прикладной математики. / Я. Б.Зельдович, А. Д. Мышкис// -М. : Наука, 1967, 647 с.

67. Зилъберман, Г. Е. Электричество и магнетизм / Г. Е. Зилъберман //- М. : Наука, 1970. 384 с.

68. Кифер, И.И. Характеристики ферромагнитных сердечников./ И.И. Кифер //М. : Энергия, 1967, 168 с.

69. Конюхов, Н. Е. Электромеханические функциональные преобразователи. /Конюхов Н. ЕЛ М. : Машиностроение, 1977. -235 с.

70. Конюхов, Н. Е. Унифицированный преобразователь линейных перемещений / Н. Е. Конюхов, А. А. Курицкий // Приборы и системы управления. 1984. - № 10. - С. 29-30.

71. Конюхов, Н. Е. Электромагнитные датчики механических величин./ Н. Е. Конюхов, Ф. М. Медников, М. Л. Нечаевский II М. : Машиностроение, 1987 - 256 с.

72. Конюхов, Н. Е. Расчет электромагнитных полей в трансформаторных датчиках перемещений./ Н. Е. Конюхов, Б. В. Скворцов, А. А. Курицкий //Изв. вузов. Приборостроение,- 1983. — № 6. С. 3-8.

73. Конюхов, Н. Е. Трансформаторные функциональные преобразователи с профилированными вторичными контурами./ Н. Е.363

74. Конюхов, Ф. М. Медников, Л. Ф. Куликовский. // —М.: Энергия, 1971. -103 с.

75. Куликовский, Л. Ф. Индуктивные измерители перемещений./ Л. Ф. Куликовский //- М.: Госэнергоиздат, 1961.

76. Левгиина, Е. С. Электрические измерения физических величин./ Левшина, Е. С.// Д.: Энергоатомиздат, 1983. - 320 с.

77. Мартяшин, А. И. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения I А. И. Мартяшин, Э. К. Шахов, В. М. Шляндш //- М.: Энергия, 1976. 392 с.

78. Маделунг, Э. М. Математический аппарат физики / 3. М. Маделунг II- М.: Наука, 1968. 618 с.

79. Машкинов, Л.В. Новое мостовое устройство./ Л.В. Машкинов II Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2001, №3.

80. Михайлов, П.Г. Стабильность микроэлектронных датчиков и технологий./ П.Г. Михайлов//- Пенза, 2003.- 231 с.

81. Новицкий, П. В. Методы расчета комплексного магнитного сопротивления стали при различной степени проявления поверхностного эффекта./ П. В Новицкий. II Труды ЛПИ им. Калинина, 1956.-№ 184.-с. 82-86.

82. Новицкий, П. В. Цифровые приборы с частотными датчиками./ П. В. Новицкий, В. Г. Кнорринг, В. С. Гутников // Л. : Энергия, 1970.-360 с.

83. Орнатский, 77. 77. Теоретические основы информационно-измерительной техники./ П. П. Орнатский П Киев: Вища шк., 1983.-455 с.

84. Осадчий, Е. 77. Проектирование датчиков для измерения механических величин./ Е. 77. Осадчий// М.: Машиностроение, 1979.-480 с.

85. Осадчий, Е. 77. Испытательное оборудование и методы испытаний элементов систем автоматики./ Е. /7. Осадчий // Пенза, 1981.- 110с.

86. Осадчий, Е. 77. Методы проведения эксперимента при проектировании измерительных элементов систем автоматики и телемеханики./Е. 77. Осадчий , В.И. Карпов //-Пенза, 1988. 84 с.

87. Петрова, И.Ю. Микроэлементы систем управления с распределенными параметрами различной физической природы./ ЕЮ. Петрова// М. : Наука, 1979. - 110 с.

88. Преснухин, Л.Н. Муаровые растровые датчики положения и их применение./ Л.Н. Преснухин, В.Ф. Шанъгин, Ю.А. Шаталов // -М. : Машиностроение, 1969, 210 с.

89. Преснухин, Л. П. Синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы в преобразователях «угол код»/ Л. Н. Преснухин // Электричество, 1970. - № 9. - с. 52-54.

90. Пулъер, Ю. М. Индукционные электромеханические преобразователи./ Ю. М. Пулъер, Ю. А. Колесов, Э. И. Асиновский II — М.: Энергия, 1969.- 110 с.

91. Романовский, 77. И. Ряды Фурье. / П. И. Романовский// -М. .-Наука, 1973.-336 с.

92. Сафонов, Л. Н. Прецезионные датчики угла с печатными обмотками./ Л. Н. Сафонов // М.: Машиностроение, 1977.

93. Свечарник, Д. В. Дистанционные передачи. / Д. В. Свечарник II М., 1966.-480 с.

94. Спектор, С. А. Электрические измерения физических величин./ Спектор С. A.//-JI.: Энергоатомиздат, 1987. 321 с.

95. Турчак, Л. И. Основы численных методов / Л. И. Турчак II -М.: Наука, 1987.-319 с.

96. Уайлд, Д. Оптимальное проектирование./ Д. Уайлд // М.: Мир, 1981.- 105 с.

97. Хрущев, В. В. Электрические микромашины автоматических устройств./ В. В. Хрущев// М.: Энергия, 1976. - 384 с.

98. Чернецов, К. Н. Проектирование технических средств автоматики и телемеханики / К. Н. Чернецов, Е.П. Осадчий // Датчики систем автоматики: Межвуз. сб. науч. тр. Пенза, 1976. — 91 с.

99. Шенк, X. Теория инженерного эксперимента./ X. Шенк// -М.: Мир, 1972.-383 с.

100. Шляндин, В. М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы./i?. М. Шляндин.//- М.: Высш. шк., 1973. 280 с.

101. Шторм, Р. Теория вероятностей. Математическая статистика. /Шторм Р. Р\ Статистический контроль качества. М.: Мир, 1970.-368 с.

102. Шульгин JI. В. Магнитомодуляционные преобразователи угла поворота в код./ Шульгин Л. В Л М.: Энергия, 1968. - 87 с.

103. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ./ Т. Шуп // Практическое руководство. Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - 238 с.

104. Юферов Ф. М. Электрические двигатели автоматических устройств./ Ф. М. Юферов// М., 1959. - 224 с.

105. Юферов Ф. М. О намагничивающих силах и вращающих моментах двухфазных несимметричных электрических машин/ Ф. М. Юферов //Изв. вузов. Электромеханика. 1965. - № 2.

106. Патент ФРГ. № 960831. Генте. Индуктивный датчик с линейным перемещением. Пат. 2119642 SU.

107. Пат. 2119642 SU. Датчик линейных перемещений. / В. Я. Горячев, В.Н. Ашанин, В. А. Мещеряков // Заявка № 96108051; зарегистрирован 27.09.1998. Опубл. 27.09.98. - Бюл. № 27.

108. Пат. 2272244 SU. Фазовый датчик линейных перемещений / В. Я. Горячев, В. И. Волчихин, А. П. Чепасов II Заявка № 2004119997; зарегистрирован 20.03.2006. Опубл. 20.03.06. - Бюл. № 8.

109. А.с. 972216 SU. Преобразователь линейных перемещений в электрический сигнал / В. Я. Горячев, В. В. Марченко, А. П. Чепасов. -Опубл. 07.11.1982.-Бюл. №41.

110. А.с. 1161815 SU. Датчик линейных перемещений / В. Я. Горячев, А. П. Чепасов, В. А. Иванов. Опубл. 15.06.1985. - Бюл. № 22.

111. А.с. 1071927 SU. Устройство для измерения положения подвижного объекта / В. Я. Горячев, А. П. Чепасов, Г. С. Никифоров. -Опубл. 07.02.1984. Бюл. № 5.

112. А.с. 1044959 SU. Фазовый преобразователь перемещений / В. Я. Горячев, Л. Н. Александрова, А. П. Чепасов, Н. К. Маркелов. -Опубл. 30.09.83. Бюл. № 36.