Laborationintruktion för Elektroagnetika enorer Tadeuz Stepinki januari 2003 Nan Handledaren koentarer Årkur/nkrivningår Godkänd den 1
1 ntroduktion 1.1 Fältplatta Reitanen ho en platta av indiuantionid ökar då den inför i ett agnetfält. Plattan kan göra ycket liten och använda för ätning av agnetfält i polar,. Fältplattan är en agnetikt tyrbar halvledarottånd, var reitan i en vi riktning ökar ed ökande flödetäthet vinkelrätt ot denna riktning. Differentialfältplatta FP201L100 betår av 2 eriekopplade fältplattor, (e fig. 1). Figur 1. Koppling av en differential fältplatta 1 Bekriv hur an kan kontruera en okopplare för avkänning av ändlägen ha en differentialfältplatta och en agnet. 1.2 LVDT LVDT tår för "Linear Variable Differential Tranforer ". En LVDT utignal är proportionell ot förflyttningen av en flyttbar elektroagnetik kärna. LVDT kan använda för att äta tryck, kraft eller andra fyikalika fenoen o kan ovandla till poitionändringar. Priärlindningen för en LVDT är placerad nära tranforatorn centru, edan de ekundära lindningarna är placerade yetrik runt priärlindning (e fig. 2). Figur 2. Blockchea av en LVDT Den inuforade atningpänningen (e ex ) för dea tranforatorer varierar ellan 3 till 15 V (RMS) och har frekven 60-20,000 Hz. de identika ekundära lindningarna inducera pänningar ed atningpänningen frekven. De aplitud och fa är beroende av kärnan poition. 2
O de ekundära lindningarna är eriekopplade i otfa (e fig. 3) kan an definiera en.k. nollpoition (Xi 0) för vilken utignal är noll (e o = 0). Kärnan förflyttning från denna poition gör att en av de ekundära lindningarna har törre reluktan än den andra. För å förflyttningar runt nollpoitionen är e o approxiativt en linjär funktion av kärnan poition Xi. Figur 3. Koppling av en LVDT Utignalen e o genogår ett 180-gradigt fabyte när kärnan går geno nollpoitionen. Det finn deuto vanligen en fakillnad ellan e o och e ex vilken varierar ed atpänningen frekven. Man kan bygga en enkel fakänlig likriktare geno att använda 2 dioder kopplade till de ekundära lindningarna enligt cheat från fig. 4. Figur 4. Kretcheat av en LVDN ed fakänlig likriktare. 2 Förklara hur LVDN ed den fakänliga likriktaren från fig. 4 fungerar. Vilka är de fördelar jäfört ed kreten från fig. 3? 3
1.3 Virveltröenorer en pole o ata ed en trö upptår enligt Lenz lag ett agnetik flöde Φ. Spänningen över polen V är lika ed polen induktan gånger flödeändringen dφ i polen. O polen befinner dt ig i närheten av ett ledande aterial yta koer det agnetika flödet även att tränga in i aterialet. Det agnetika flödet koer då att inducera en.k. virveltrö i aterialet (o är otriktad tröen i polen). Ströen i aterialet koer i in tur att bilda ett nytt agnetikt flöde o är otriktat flödet från polen (e fig. 5). Figur 5. nducering av virveltröar i aterialet Hela arrangeanget kan bekriva approxiativt o en tranforator där priärlindningen är den tidigare nända polen och där ekundäridan betår av en pole ed endat en kortluten lindning (e fig. 6). Figur 6. Tranforator odellen för virveltröinducering. R i fig. 6 otvarar priärpolen (liktrö-) reitan, edan R härrör från reitanen i aterialet. 3 Rita upp den ekvivalentkret o erhåll geno att tranforera över ekundäridan till priäridan. Anta att kopplingen ellan polarna är perfekt ( M = L L ). 4
4 Preentera den erhållna ekvivalentkreten ipedan i noralierad for 1, dv. o där Z är kreten totala ipedan. Z R ωl Tip: Börja från ekvationer för den priära och ekundära kreten ( R jωm + jωl ) + jωm + ( R + jωl V Z = ) = V = 0 Spolen ipedan ändra när den befinner ig i närheten av ett ledande aterial yta (e figur 8). Figur 8. Exepel av det noralierade polen ipedandiagra o viar förändringar av polen ipedan o funktion av aterialet ledningföråga och lift-off (L-O). pedanen i tetpolen beror av ett flertal faktorer, bl.a. följande: Avtåndet ellan polen och aterialet yta (Lift-off). Materialet reitivitet ρ. Materialet relativa pereabilitet µ r. Matningpänningen frekven f. Materialet tjocklek. O någon av dea faktorer ändra koer alltå även tetpolen ipedan att ändra och det är därigeno öjligt att detektera ändringen. 1 Norering gör för att polar ed olika ipedan kall kunna jäföra. 5
2 UPPGFTER 2.1 Underökning av differentialfältplatta Koppla in fältplattan i en vanlig bryggkoppling (e fig. 9). Matningpänning till bryggan är 5 V likpänning. Figur 9 5 Mät upp en kalibreringkurva för givaren och rita in den i en graf. Betä deuto det linjära orådet ur kalibreringkurvan. 2.2 Kalibrering av differentialtranforatorn a) Anlut differentialtranforatorn till kopplingbordet. Koppla in priärlindning och ekundärlindring (e fig. 3). Anlut ocillokopet och generatorn. Läplig atningpänning är e ex = 10 V ed frekven f = 2.0 KHz. Tag upp en kalibrerinkurva för LVDT dv. e o = f (X i ). X i - läget ho kärnan i 10-2 6 Rita en graf över det erhållna reultatet. Betä det linjära orådet ur kalibreringkurvan. b) Koppla in detektorn (fig. 4) och upprepa kalibreringförfarandet. 7 Rita en graf över det erhållna reultatet. Betä det linjära orådet ur kalibreringkurvan. c) Jäför och koentera reultat erhållna i punkt b ed dea i punkt a. 6
2.3 Tjocklekätning ed virveltröprob Den k Lift-off effekten (L-O) kan bla använda för att äta tjockleken på en elektrikt iolerande beläggning ovanpå ett ledande aterial. denna uppgift ka en iolerande beläggning tjocklek uppkatta ha en abolutprob (PLA 33-11 eller PLA 3-11). Beläggningen kan tex utgöra av ett färglager. detta fall är beläggningen en tejp o itter på en aluiniuplåt (e fig. 10). För att kunna utföra tjocklekätningen åte an fört äta upp en kalibreringkurva. På aluiniuplåten finn det för detta ändaål tejp i ex olika lager, var tjocklek är kända (dv ät ed µ-eterkruv). Använd edan denna kurva för att betäa tjockleken på den två kikten ärkta A och B. Figur 10. Mätning av tejptjockleken ed virveltröintruent På idan av virveltröintruenten finn utgångar för X- rep Y-led. Anlut en digital volteter till en av utgångarna. Vrid edan bilden (använd vinkelknapen) å att L-O riktningen ligger i aa riktning o den utgång du valt och nolltäll virveltröintruentet. 8 Redovia kalibreringkurvan och uppkatta tjockleken för de okända beläggningarna. Labbrapport Rapporten kall innehålla var till alla 8 frågor ärkta ed at reultat av alla genoförda ätningar och ritade kurvor. 7