Описание моделируемого объекта

Моделируемый дифференциальный трансформаторный индуктивный преобразователь прямоходного типа (далее «ДТИП») схематически изображен на рис. 2.1. ДТИП состоит из подвижного цилиндрического магнитного якоря 1, перемещающегося внутри электроизоляционного (пластикового) каркаса 6 катушки в направлении оси его симметрии. На каркасе катушки равномерно размещена первичная обмотка (обмотка возбуждения) 3 с числом витков N₁, разбитая на две одинаковых полуобмотки с числом витков N₁/2 каждая. Поверх первичной обмотки размещены две вторичные (индуктивные) обмотки: верхняя 4 и нижняя 5 с одинаковым числом витков N₂ каждая, соединенные последовательно встречно.

Вся конструкция помещена в кожух 2 из магнитомягкого материала. Кожух выполняет несущую и защитную функции, но главным его назначением является замыкание магнитного потока якоря F₀ вокруг катушки.

При подаче на первичную обмотку 3 переменного напряжения U, которое будем называть напряжением питания, во вторичных обмотках 4 и 5 наводится соответственно ЭДС Е₁ и ЭДС Е₂. В реальных ДТИП эти ЭДС выпрямляются и сглаживаются. Если геометрический центр якоря 1 находится в геометрическом центре катушки с обмотками 3, 4 и 5, то ЭДС, наведенные в обмотках 4 и 5, одинаковы (Е₁ = Е₂). Их разностный выпрямленный сигнал ΔЕ = Е₁ – Е₂ равен нулю. При перемещении якоря, например вверх на величину D, изменяется конфигурация магнитной системы, так что степень взаимной индуктивной связи обмотки 3 с обмоткой 4 увеличится, а с обмоткой 5 уменьшится. При этом разностный сигнал ΔЕ
будет положительным (ΔЕ = Е₁ – Е₂ >0).

Рис. 2.1. Моделируемый ДТИП:

1 – подвижный якорь из магнитомягкого материала; 2 – кожух из магнитомягкого материала; 3 – две полуобмотки первичной электрической обмотки (обмотка возбуждения); 4 и 5 – две вторичные электрические индуктивные обмотки; 6 – каркас катушки из электроизоляционного материала

С увеличением перемещения D значение сигнала DЕ будет возрастать. Если якорь переместится вниз от геометрического центра, то степень взаимоиндуктивной связи обмотки 3 с обмоткой 4 уменьшится, а с обмоткой 5 увеличится. При этом разностный сигнал DЕ станет отрицательным (DЕ < 0) и с увеличением перемещения D значение сигнала DЕ будет уменьшаться.

ДТИП предназначен для преобразования линейного перемещения якоря в напряжение. Функция преобразования ДТИП имеет вид

ΔЕ = f(Δ). (2.1)

Она является практически линейной функцией типа

DЕ = SD, (2.2)

где S – чувствительность ДТИП, в относительно небольшой области определения аргумента D.

Область определения аргумента функции (2.2) ограничивается неравенством

|D| £ D_лин, (2.3)

где D_лин – граница линейности функции (2.2).

Выход значений аргумента D за пределы области определения (2.3) приводит к проявлению нелинейности функции (2.1), благодаря краевым эффектам.