Файл: Основы автоматического управления..pdf

90 Г Л . 3. Л И Н Е Й Н Ы Е Э Л Е М Е Н Т Ы А ВТО М А ТИ ЧЕСК И Х СИСТЕМ

рис. 3.2.2 графически изображены законы изменения напряже­

сеть от отношения і?0/і?н = ct. Чем меньше а, тем ближе кривая ивых к прямой их. Практически при а = 0,1-=- 0,01, т. е. когда сопротивление нагрузки превышает сопротивление потенциометра в 10-=- 100 раз, отклонение закона изменения ивых от линейного

пренебрежимо мало, и потенциометр можно считать линейным элементом. На рис. 3.2.3 представлены графики, показывающие зависимость относительного отклонения

от |. Из этих графиков видно, что при а = 0,1 максимальное от­ клонение составляет примерно 1,5% от и0. Относительное откло­ нение б имеет максимальное значение при х äj 2Z/3. Таким обра­ зом, для того чтобы характеристика потенциометра была близка к линейной, сопротивление нагрузки должно быть достаточно ве­ лико по сравнению с сопротивлением потенциометра. В автомати­ ческих системах это условие нетрудно выполнить.

Учитывая сделанные замечания, заменим точную зависимость (3.2.3) выходного напряжения потенциометра нвых от перемеще­ ния движка X приближенной линейной зависимостью

Следовательно, потенциометрический датчик, как звено автома­ тической системы, можно приближенно считать идеальным линей­ ным усилителем с коэффициентом усиления к = u jl. Однако по функциям, выполняемым в автоматической системе, потенцио­ метр является датчиком, но не усилителем, так как физическая природа его входного и выходного сигналов неодинакова.

Следует иметь в виду, что, принимая формулу (3.2.5) в качестве динамической характеристики потенциометрического датчика, не­

обходимо нагрузку рассматривать как самостоятельный динами­

Рис. 3.2.4. Рис. 3.2.5.

необходимы потенциометрические датчики, у которых знак выход­ ного напряжения изменяется при изменении знака входного сигна­ ла. К таким датчикам относятся двухтактные потенциометры, по­ казанные на рис. 3.2.4.

В первом датчике на рис. 3.2.4 выходное напряжение сни­ мается с движка и средней точки потенциометра, которая принимается за начало отсчета перемещения движка. Если потенциометр питается постоянным током, то при прохождении движком средней точки потенциометра знак выходного напряже­ ния изменяется. Если потенциометр питается переменным током, то при прохождении средней точки фаза выходного напряжения изменяется на 180°. Амплитуда же выходного напряжения про­ порциональна перемещению х.

Во втором датчике на рис. 3.2.4 выходное напряжение сни­ мается с двух движков, перемещающихся симметрично относи­ тельно средних точек двух потенциометров. Очевидно, что при дан­ ном перемещении х разность потенциалов между движками у вто­ рого датчика на рис. 3.2.4 в два раза больше разности потенциалов между движком и средней точкой у первого датчика. Следователь­ но, коэффициент усиления второго датчика в два раза больше коэффициента усиления первого датчика.

На рис. 3.2.5 представлены характеристики двухтактного по­ тенциометрического датчика. При а =£0 действительные характе­ ристики датчиков не будут совпадать с характеристикой холостого

характеристики от линейной у второго датчика на рис. 3.2.4

измерения углового перемещения, движок движется по некоторой окружности и каркас потенциометра должен иметь соответствующую форму

(рис. 3.2.6).

§ 3.3. Индуктивные датчики

Индуктивные датчики также предназначены для преобразова­ ния механического перемещения в электрический сигнал. Работа индуктивного датчика основана на изменении индуктивного со­ противления катушки со стальным сердечником при перемеще­ нии подвижного якоря.

На рис. 3.3.1 показана принципиальная схема простейшего индуктивного датчика. Обмотка 1 через сопротивление подклю­

двух воздушных зазоров, равного 2x/SM (считаем площадь воз-

Эффективное значение тока в катушке 1 определяется формулой

душных зазоров значительно больше сопротивления стального сердечника і?ст, а индуктивное сопротивление обмотки со0Ь значительно больше ее активного сопротивления R, получим

I _____ X______ U = кх. (3.3.5)

На рис. 3.3.2 сплошной линией представлена характеристика индуктивного датчика, определяемая формулой (3.3.5). Пунктир­ ной линией показана точная характеристика датчика, построен­ ная по формулам (3.3.4) и (3.3.3).

Простейший индуктивный датчик является однотактным, т. е. знаки его входного и выходного (начальная фаза тока) сигналов не могут изменяться. Кроме того, для изменения величины х к якорю простейшего датчика необходимо прикладывать боль­ шие и зависящие от х усилия.

дифференциальной или мостовой схеме. На рис. 3.3.3 представлена схема дифференциального индуктивного датчика, состоящего из двух одинаковых простейших индуктивных датчиков с общим якорем. Входным сигналом дифференциального индуктивного датчика является х — перемещение якоря относительно среднего положения. На основании (3.3.5) токи в катушках 1 ж2 равны соответственно = к (I + х), / 2 = к (I — х). Выходным сигна­ лом датчика является напряжение, эффективное значение кото­ рого равно

Изменение знака входного сигнала х приводит к изменению фазы выходного переменного напряжения на 180°. Характеристика дат­ чика линейна. Электромехани­ ческие усилия, действующие на

1+Х:

Рис. 3.3.5.

якорь от двух катушек, в значительной степени взаимно компен­ сируются практически на всем рабочем диапазоне измеряемых перемещений.

На рис. 3.3.4 представлена схема дифференциального индук­ тивного датчика поворотного типа, который служит для преобра­ зования угловых перемещений в электрические сигналы. Прп

Работа всех рассмотренных датчиков основана на изменении индуктивности L. Существуют датчики, работа которых основана