2.6. Влияние нагрузки на характеристику потенциометрического моста

Потенциометрический мост часто применяют в качестве измерителя рассогласования в следящих системах. На рис. 2.6 показана функциональная схема следящей системы. Потенциометрический мост образован потенциометрами R₁ и R₂, причем R₁ – задающий потенциометр; R₂ – потенциометр обратной связи.

Рис. 2.6

В качестве нагрузки моста обычно рассматривается входное сопротивление усилителя 3. Если R_н>>R₁ и R₂, то потенциометры работают в режиме холостого хода. В этом режиме напряжение U_рассогласования зависит только от разности в положениях щеток 1 и 2. При постоянной разности величина U не зависит от x.

Если R_н соизмеримо с R₁ и R₂, то U_ будет зависеть не только от рассогласования , но и от положения х, и от соотношения между R₁, R₂, и R_н. Рассмотрим это подробнее [1].

Пусть - величина относительного перемещения щетки потенциометра . Величина определяет относительное рассогласование в положениях щеток. На холостом ходу напряжение U рассогласования определяется следующим образом:

U = U _x – U _y = U1-( U1= U1. (2.8)

Соответственно чувствительность измерителя рассогласования на холостом ходу имеет вид

К x=lim U xx/ при .

Чувствительность моста, нагруженного на сопротивление, меньше чувствительности ненагруженного моста [1].

3. Описание лабораторной установки

Макет лабораторной работы содержит 5 потенциометров с номиналами

R₁=20 кОм 5%;

R₂=5 кОм 5%;

R₃=2.2 кОм 10%;

R₄=R₅=750 Ом 5%.

Потенциометр R₁ спарен с потенциометром R₂, а потенциометр R₄ спарен с потенциометром R₅. Две ручки приводов спаренных потенциометров и ручка одиночного потенциометра R₃ выведены на переднюю панель макета. Щетки потенциометров R₁, R₂ допускают круговое вращение. У остальных потенциометров угол поворота ограничен упорами. Угол поворота, при котором щетки спаренных потенциометров контактируют с обмотками, составляет 330 угловых градусов. Для визуального контроля каждый из них снабжен круговой шкалой.

Для набора схем преобразователей на основе этих потенциометров их характерные точки выведены на клеммы, расположенные на передней панели макета, соединение клемм с характерными точками потенциометров соответствует мнемосхеме, изображенной на передней панели макета. Мнемосхема показана на рис. 3.1.

Рис. 3.1

Кроме макета лабораторная установка должна содержать источник питания с напряжением 10-15 В и измерительный прибор, допускающий измерение сопротивления в диапазоне 1-20 кОм и измерение напряжения в диапазоне 1-15 В с входным сопротивлением не менее 100 кОм.

4. Порядок выполнения лабораторной работы

1. Измерить полные сопротивления R_п всех потенциометров и определить наибольшее напряжение U_m питания, при котором потенциометры не перегреются. Потенциометры, имеющиеся в макете, рассеивают без дополнительных мероприятий, повышающих уровень теплообмена с окружающей средой, допустимую мощность Р_р=2 Вт. Поэтому из неравенства следует, что наибольшее напряжение питания должно удовлетворять неравенству , где R_п – полное сопротивление потенциометра. Части потенциометра с сопротивлением qR_п, , должны подключаться к напряжению U qU_m. Невыполнение этого условия приводит к отказу потенциометра (подгорание скользящего контакта или перегорание провода обмотки). Результаты измерений и расчетов оформить в виде табл. 4.1.

Таблица 4.1

Потенциометр	R1	R2	R3	R4	R5
Rп, Ом
Um, В

2. На одном из спаренных потенциометров, указанном преподавателем, собрать схему п.1, табл. 2.1. Запитать ее напряжением 10 В и снять зависимости U₂=U₂() при трех значениях сопротивления нагрузки R₂= ; R₂=R₃; R₂=0.5R₃, убедившись, что при этом не произойдет перегрузок по току. Результаты исследования оформить в виде табл. 4.2 и графиков для каждого из напряжений.

Таблица 4.2

, угл. гр	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330
U2 , В
U2 R3, В
U2 R2/2,В


Последняя строка табл. 4.2 заполняется расчетом данных по формуле

_i= , (4.1)

где U_2m есть значение U₂ при ^о, а U_2R3/2i,U₂ данные из 4-ой и 2-ой строк табл. 4.2. Данные показывают влияние нагрузки на неравномерность реальной характеристики. Оценить _m и сравнить ее с расчитанным по формуле 5-го столбца табл. 2.1 значением.

3. Собрать схему п.2 табл. 2.1 и снять зависимость U₂=U₂(), используя для нагрузки и шунта обе половинки реостата R₃. Результаты исследования оформить в виде табл. 4.3 и графиков U₂=U₂().

Таблица 4.3

, угл. Гр.	0	30	60	90	120	150	165	180	210	240	270	300	330
U2 R3/2, В


Последняя строка заполняется расчетом по формуле (4.1), где в качестве U_2R3/2 , берутся данные табл. 4.3, а U₂ из табл. 4.2.

Оценить _m и сделать вывод об эффективности шунтирования нагрузки дополнительным сопротивлением.

4. Для одной из схем двухтактного преобразователя, приведенных в пп. 3, 4 табл. 2.1 (по указанию преподавателя) снять статическую характеристику U₂=U₂() при R₂=R₃. Рассчитать значения неравномерности статической характеристики, определяемые выражением (2.5). Найти _m и сравнить с теоретическим значением, приведенным в столбце 5, табл. 2.1.

5. Собрать схему преобразователя, приведенную в п.5 табл. 2.1, при R₂=R₃. Снять зависимость U₂=U₂(). Определить по формуле (2.5) значения неравномерности. Найти _m и сравнить с теоретическими значениями. Оформить соответствующую таблицу и построить графики.

6. Собрать схему преобразователя рассогласования на основе потенциометрического моста, используя потенциометры R₄, R₅. В качестве нагрузки взять потенциометр R₃. Определить значения напряжения U_ рассогласования при , ; . Сравнить их с теоретическими, получаемыми по выражению (2.8).