|
|
Расчет потенциометрических датчиков.
При расчете потенциометрических датчиков применительно к условиям их работы в системах автоматического регулирования обычно требуется определить статическую характеристику и температуру обмотки. Найдём уравнение статической характеристики Uвых=f(xвх) для схемы, приведенной на рис. 5.8, в, полагая, что потенциометр является линейным, т.е. все его витки имеют одинаковую длину. Составим эквивалентную схему (рис. 5.9) и определим общее сопротивление цепи rэ относительно входных зажимов, обозначив полное сопротивление самого потенциометра r0:
Отсюда общий ток цепи
а выходное напряжение в предположении, что источник, питающий цепь, обладает нулевым внутренним сопротивлением,
Зависимость Uвых=f(Xвх) изображена на рис. 5.10 (кривая 2). При Хвх=Хвх max=
Представив выражение (5.17) в виде
заметим, что при соблюдении условия Rн>>r0 второй член знаменателя будет значительно меньше первого и им можно пренебречь. В этом случае выражение (5.16) приводится к виду:
и зависимость UIвых=f(Xвх) есть прямая, проведенная из начала координат под углом В некоторых случаях, когда вероятные отклонения ползунка в процессе работы системы автоматического регулирования достаточно велики, большую точность может дать линеаризация статистической характеристики методом секущей. Секущая 3 проводится из начала координат в точку АI с координатами (Хвх max UIвых max), соответствующую наиболее вероятному максимальному отклонению ползунка. В этом случае
Рис 5.9. Эквивалентная схема потенциометра, включенного по схеме изображенной на рис. 5.8, в.
Рис. 5.10. Статистические характеристики линейного потенциометра включенного по схеме, показанной на рис. 5.8, в. 1 – нагруженный потенциометр; 2 – потенциометр с нагрузкой; 3 – линеаризованная характеристика нагруженного потенциометра. где Предполагая, что ток нагрузки достаточно мал, а температурный коэффициент сопротивления провода незначителен, перегрев обмотки можно найти из уравнения теплового баланса
где S – площадь поверхности резистора;
r0 – сопротивление обмотки; в – коэффициент рассеяния.
При выборе допустимой температуры обмотки потенциометра этот вопрос необходимо рассмотреть с двух точек зрения: работы скользящего контакта и возникающих в обмотке механических напряжений. Желательно, чтобы температура контактных поверхностей не превышала 2000 С, так как при более высоких температурах для многих материалов начинается интенсивное окисление. Надежное контактирование можно обеспечить только в результате правильного выбора натяжения проволоки в процессе намотки. Для этого, помимо конструктивных данных потенциометра, необходимо знать минимально и максимально возможную температуру его обмотки и каркаса. Для определения конструктивных размеров потенциометра рекомендуется следующая последовательность расчета, которая будет дана для тороидальной конструкции каркаса (см. рис. 5.11), включенного по схеме, приведенной на рис. 5.8, в. Будем полагать, что заданы: максимальная величина входного перемещения в одну сторону αвх.max (рад), чувствительность К; допустимый входной момент Мвх; величина сопротивления нагрузки Rн.
Рис. 5.11. Устройство потенциометра с тороидальным каркасом. 1 – каркас; 2 – обмотки; 3 – ползунок
Предположим, что условие Rн>>r0 может быть выдержано. Требуемая величина питающего напряжения определяется из выражения:
или с учетом запаса по перемещению (порядка 1,3…1,8) U=3Kαвх max (5.21) Далее, задавшись материалом обмотки и контактирующей части ползунка, из соотношения Mвх=RFn=RFμ (5.22) можно выбрать радиус потенциометра R и величину контактного давления F. Здесь μ – коэффициент трения контактирующих поверхностей; Fn – усилие требуемое для перемещения ползунка. Выбор радиуса потенциометра определяет и длину дуги каркаса (см. рис.5. 10).
Если далее задаться допустимым перегревом обмотки Действительно, учитывая, что в первом приближении S=2(h+b) а так же что
где q – площадь поперечного сечения провода На основании выражения (20) будем иметь.
Отсюда
Уменьшение диаметра проволоки желательно как с точки зрения уменьшения размеров потенциометра, таки с точки зрения уменьшения ступенчатости статической характеристики (для снижения шумов в системе автоматического регулирования). Однако при этом необходимо ориентироваться на механическую прочность проволоки и, в частности, проверить возникающие в ней напряжения температурного характера. Метод сопротивления обладает большой чувствительностью, возможностью работы без усиления и отсутствием реакции электрической части на механическую.
УГОЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ. Разновидностью метода является метод угольного сопротивления, основанный на изменении электрического контакта между частицами угля под действием механических сил. Преобразователь выполняется в виде столбика из угольных или графитовых шайб (рис. 2.3). Если к такому столбику приложить осевые усилия, то он будет деформироваться, вследствие чего площадь отдельных контактов между частицами угла изменится, это и вызовет изменение электрического сопротивления столбика. Иногда для увеличения деформации преобразователя между шайбами вставляют пружинящие пластинки (рис. 2.4). Зависимость между деформацией и электрическим сопротивлением угольного столбика нелинейна. Следует заметить, что некоторые схемы включения угольных преобразователей позволяют в значительной степени избавиться от нелинейности. Угольным преобразователям свойственна неоднозначная связь между деформацией и сопротивлением, характеризуемая петлей гистерезиса, а также зависимость сопротивления от температуры и влажности. Угольные преобразователи находят применение в измерительных устройствах некоторых типов регуляторов напряжения и скорости вращения, а также в приборах для измерения вибраций и переменных давлений.   Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...  Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
(5.15)
(5.16)
(5.17)
(5.18)
(кривая 1). Практически выражение (5.18) дает достаточно точные результаты уже при соотношении Rн>(8…10)r0
(5.19)
(5.20)
- коэффициент теплоотдачи;
- перегрев обмотки;
(5.23)
, то высота каркаса h и его толщина b определяются выбором диаметра провода обмотки d.
,
(5.24)
- удельное сопротивление;
(5.25)
К недостаткам метода следует отнести непостоянство контакта между движком и резистором, низкую собственную частоту подвижных частей датчика; кроме того, для перемещения контакта по резистору необходима сравнительно большая сила.