Файл: Основы авиационной автоматики учеб. пособие.pdf

превосходит 0,1 — 0,55 с), и запаздыванием в прохождении сиг­ налов через датчики можно пренебречь. Таким образом, все дат­ чики іпо динамическим свойствам принимаем за усилительные (пропорциональные) звенья.

Наиболее широкое распространение в технике получили дат­ чики сопротивления, в которых линейные или угловые перемеще­ ния преобразуются в изменение сопротивления электрической це­ пи и соответственно в изменение напряжения и тока.

Имеются потенциометрические, тензометрические и уголь­ ные датчики сопротивлений, однако мы ограничимся рассмотре­ нием лишь потенциометрических датчиков.

Потенциометрические датчики

Конструктивно потенциометрический датчик представляет со­ бой проводник с большим сопротивлением, намотанный на кар­ кас из изоляционного материала. По очищенной от изоляции по­ верхности проводника перемещается контактная щетка. К клеммам потенциометра подводится постоянное или переменное напряжение питания. Входной сигнал (перемещение) задается с ■помощью контактной щетки (движка). Выходной сигнал (напря­

противлений к различным участкам потенциометра. Такие потен­ циометры получили широкое распространение в вычислительных

і / п. Входной величиной датчика является перемещение щетки х. Выходной сигнал (напряжение) снимается с движка потенцио­ метра.

При равномерной намотке проволоки напряжение і / п, под­

80

водимое к датчику, распределяется равномерно по длине потен­ циометра. Поэтому в режиме холостого хода (RH= оо) выход­ ное напряжение пропорционально перемещению щетки х:

/ — длина потенциометра.

Коэффициент усиления (чувствительность датчика) или па­ дение напряжения, приходящееся на единицу длины потенцио­

3 -г- 5 В/мм.

При включенной нагрузке линейная статическая зависимость (2.1) искажается и коэффициент усиления оказывается функци­ ей перемещения х.

Найдем зависимость выходного напряжения от перемещения щетки при /?„=£ с о (замкнутая цепь нагрузки). Запишем выраже­ ние для тока в цепи нагрузки

где U0 — напряжение холостого хода датчика;

Як — сопротивление датчика со стороны выхода при замк­ нутом накоротко источнике питания.

Воспользовавшись схемой рис. 2.2, найдем сопротивление R K:

Raß+Rße

выходе датчика является нелинейной функцией перемещения х

щетки. График зависимости нВЬ1Х =f(x) для различных значе­ ний сопротивления нагрузки приведен на рис. 2.3. С уменьше­

подключением нагрузки. Как видно из кривых, эта погрешность может быть значительной.

Для потенциометрических датчиков, применяемых в счетнорешающих устройствах, такие погрешности не являются допу­ стимыми, поэтому сопротивление нагрузки должно выбираться значительно большим сопротивления датчика R. Обычно в счет­ но-решающих устройствах R„— ( 1 0 0 - = - 2 0 0 ) / ? .

К потенциометрическим датчикам, применяемым в схемах ав­

томатики, требования к линейности характеристик и0ых = f(x) не столь высокие. Поэтому сопротивление нагрузки может в ряде случаев иметь тот же порядок, что и сопротивление потенциомет­ ра Я„= (0>5 -н 1, 0 ) R.

Ри с. 2.4. Схемы включения потенциометрических дат­ чиков:

а — простейший двухтактный; б — двухтактный мосто­ вой; в — мостовой датчик с закороченной средней точ­

кой

82

Недостатком рассмотренной .простейшей схемы потенциомет­ рического датчика является то, что он не реагирует на изменение знака входного сигнала, т. е. является однотактным. Чтобы за­ фиксировать изменение знака входного сигнала, создаются схемы двухтактных датчиков.

Три схемы двухтактных датчиков приведены на рис. 2.4. В схемах входной величиной является перемещение л: — щетки от нейтрального положения. В схемах рис. 2.4,6 и в щетки механи­ чески связаны и перемещаются в двух взаимно противополож­ ных направлениях.

Датчики называются двухтактными, так как позволяют за­ фиксировать изменение знака х. Схемы могут питаться как по­ стоянным, так и переменным током.

Рис. 2.5. К пояснению закона изме­ нения выходного напряжения потен­ циометрического датчика:

а — произвольный, закон изменения входной величины; б — закон измене­ ния выходного напряжения при пита­ нии датчика постоянным током; в — закон изменения выходного напряже­ ния при питании датчика переменным

током

При произвольном во времени законе изменения входной величины датчика х (рис. 2.5,а) характер изменения напряжения на выходе датчика будет определяться типом подведенного на­ пряжения. Если датчик питается постоянным током, то закон из­ менения выходного напряжения повторяет закон изменения х и имеет вид, показанный на рис. 2.5,6. Полярность напряжения и„ых определяется згіаком перемещения щетки.

При питании схемы переменным током изменение знака х вы­ зывает изменение фазы выходного напряжения на 180°. Харак­ тер изменения выходного напряжения для этого случая показан на рис. 2.5,в.

2' +

Взнаменателе берется модуль х и формула оказывается справед­

ливой при х<Д, Статические характеристики датчика приведены на рис. 2.6,а.

Для нагруженного датчика любой схемы можно записать

где k„, 4j(jc) — коэффициенты, определяемые схемой включе­ ния датчика. Для схемы рис. 2.4,а

= U K 2 - |.г|), kn 4

соответственно для схемы рис. 2.4, 6

Фй) = у ( > - ^ 2). kn= \ ,

а для схемы рис. 2.4,в с закороченной средней точкой

ф (л :)|= |х |(1 — |* | ), kn= \ .

Статические характеристики двухтактных датчиков приведе­ ны на рис. 2.6.

Как видно из кривых, мостовые схемы имеют в два'раза боль­ ший коэффициент усиления, нежели схема рис. 2.4,а, а отклоне­ ние от характеристики холостого хода (/?„ = со) нарастает до не­ которого максимума, а затем уменьшается до нуля, в то время как погрешность схемы рис. 2.4,а возрастает с ростом х. Досто­ инством схем рис. 2.4,а и в является то, что их погрешности при малых X меньше, нежели в схеме рис. 2.4,6.

84

Достоинством потенциометрических датчиков является .про­ стота конструкции, малый вес и габариты, возможность питания постоянным и переменным током и удобство регулирования.

Другим положительным каче­ ством потенциометрических дат­ чиков является высокая точность и стабильность характеристик.

Погрешности потенциометри­ ческих датчиков вызываются не­ точностью изготовления каркаса, неравномерностью намотки, не­ одинаковым сечением провода и толщины изоляции и другими технологическими факторами.

датчика, а следовательно, и напряжения на щетке при ее переме­ щении происходит не плавно, а скачкообразно. Величины скач­ ков .напряжения имеют порядок £/я/п, где п— число витков потенциометра. Указанный характер изменения напряжения на­ зывается ошибкой ступенчатости датчика.

Минимальное перемещение, которое можно зафиксировать, определяется диаметром провода d, из которого выполнен потен­ циометр, н может иметь порядок 0,1 — 0,03 мм, а для более гру­ бых датчиков — 0,3—0,4 мм. Следовательно, разрешающая спо-

85