Файл: Основы авиационной автоматики учеб. пособие.pdf

собносгь датчика относительно невелика. Вследствие этого по­ тенциометрические датчики не удается применять для измерения перемещений менее 0,03 мм.

Разработаны потенциометры, в которых материалом с высо­ ким сопротивлением является металлическая пленка, нанесенная на стекло. Эти датчики не имеют ошибки 'ступенчатости, но раз­ решающая способность их также имеет предел, определяемый шероховатостью контактируемых поверхностей пленки и щетки.

Природа возникновения шумов датчика неодинакова. Ступен­ чатость кривой напряжения потенциометрического датчика при вибрациях шетки служит одной из причин возникновения шумов датчика. Другой причиной является наличие скользящего контак­ та. Изменение контактного сопротивления и искрение под щетка­ ми, возникающие при действии вибраций и ускорений, дают вто­ рую составляющую шумов датчика. Имеют место также шумы, обусловленные тепловым движением электронов в проводнике. Однако эта составляющая шумов по сравнению с первыми двумя факторами имеет значительно меньший «удельный вес». Частот­ ный спектр шумов датчика очень широк — от единиц и долей

ем X. При использовании такого датчика в системе автоматиче­ ского регулирования х непрерывно изменяется. Следовательно,

86

Для выявления динамических свойств потенциометрического датчика можно воспользоваться формулой (2.8)

«вых = К --------- - •

Здесь зависимость мвых = f ( x ) для нагруженного датчика яв­ ляется нелинейной функцией, поэтому она не может быть в об­ щем случае описана передаточной функцией. Однако при некото­ рых упрощениях передаточная функция может быть получена.

При малых перемещениях щетки х I, чисто активной на-

ц

грузке и ---- < 1 эту формулу можно заменить приближенной Рн

Передаточная функция равна постоянной величине, и потенцио­ метрический датчик представляет собой усилительное или безы­ нерционное звено.

Если нагрузка датчика является реактивной, то его динам,ические свойства могут быть описаны более сложной передаточной функцией. Но обычно запаздывание, обусловленное такой наг­ рузкой, относят не к нагружённому датчику, а к входной цепи элемента, подключаемого на выход датчика. При таком подходе потенциометрический датчик во всех случаях рассматривается как безынерционный элемент.

Основным недостатком потенциометрических датчиков являет­ ся наличие скользящего контакта, снижающего надежность ра­ боты датчиков. Другим недостатком является невысокий коэф.- фициент усиления, не превышающий 3—5 В/мм.

Несмотря на отмеченные недостатки, потенциометрические датчики получили широкое распространение в автоматических устройствах благодаря универсальности и простоте.

87

И н д у к т и в н ы е д а т ч и к и

Индуктивные датчики представляют собой устройства, в ко­ торых измеряемое перемещение преобразуется в изменение ин­ дуктивности или взаимной индуктивности обмоток, а потом в на­ пряжение переменного тока. Для получения сигнала в виде элек­ трического напряжения индуктивные датчики, как и датчики со­ противления, включаются в электрическую схему.

Принципиальная схема простейшего индуктивного датчика приведена на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Принципиальная схема про­ стейшего индуктивного датчика

Датчик представляет собой катушку индуктивности J, располо­ женную на магнптопроводе 2 с якорем 3 и изменяющимся воз­ душным зазором л". К обмотке 1 через сопротивление /?„ подклю­ чается источник питания переменного тока с напряжением Un.

Индуктивные датчики, используемые в авиационной технике, работают на переменном токе частоты 400 Гц, но в ряде случаев может использоваться более высокая частота.

Входной величиной в датчике является перемещение якоря х, а выходной — ток в нагрузке или -.падение напряжения на сопро­ тивлении RH. При перемещении якоря .происходит изменение ин­ дуктивного сопротивления обмотки датчика, а следовательно, и тока в нагрузке /.

Найдем зависимость }=f(x) или статическую характеристику датчика.

Индуктивность обмотки датчика определяется формулой

где w — число витков обмотки;

Ф — рабочий магнитный поток обмотки;

/— ток катушки.

Вформуле (2.12) учитывается лишь рабочий поток обмотки, так как при малых воздушных зазорах мы можем пренебречь по­ током рассеяния.

88

По заколу Ома для магнитной цепи будем иметь

- т а

X

Здесь S — м2; .ѵ —м.

При синусоидальном напряжении питания датчика и нена­ сыщенном магнптопроводе ток в обмотке практически также си­ нусоидален. Тогда эффективное значение тока в нагрузке будет

где R — активное сопротивление нагрузки и обмотки.

Обычно при среднем положении якоря индуктивное сопротив­

0,2icl0-8«>2Sa>

чика по току (к имеет порядок нескольких сотен мА/мм).

89

Статическая характеристика датчика — линейная. Однако в области малых воздушных зазоров начинает сказываться магнитное сопротивление стали,

Недостатком рассмотренного датчика является то, что он яв­ ляется однотактньш. Фаза тока в нагрузке не меняется во всем диапазоне изменения входной величины х. Кроме того, у датчика такой конструкции силы электромагнитного притяжения оказы­ ваются значительными, а его входное усилие большим.

w m F ,

Р и с. 2.9. Схема двухтактного индуктивно­ го датчика

Указанных недостатков не имеют двухтактные индуктивные датчики. Схема двухтактного датчика, собранного по так назы­ ваемой дифференциальной схеме, приведена на рис. 2.9.

Датчик состоит из двух одинаковых однотактных датчиков с общим якорем. Обмотки датчика совместно с сопротивлениями R образуют две независимые электрические цепи. Входным сигна­

90