10. По каким основным параметрам выбирают преобразователи (датчики).

«Основы теории управления», стр.44 – 2.3.2 – Основные свойства датчиков (чувствительность датчика, порог чувствительности, предел измерения, абсолютная погрешность), стр.49 – 2.3.3 – Требования к датчикам

Чувствительность датчика определяется из его статической характеристики. Она характеризует преобразующие свойства и определяется отношением приращения выходного сигнала y к изменению входного сигнала x. У линейных датчиков чувствительность во всём рабосем диапазоне измерений одинакова, а управление статики имеет вид y = y0+kx. Нелинейные датчики имеют переменную чувствительность, определяемую из выражения k4 = dy/dx .

Уравнение показывает, что чувствительность датчика представляет собой по существу чувствительность датчика представляет собой, по существу, коэффициент передачи. Чувствительность датчика является размерной величиной.

Порог чувствительности представляет собой минимальное значение измеряемой величины, которое можно обнаружить или зафиксировать при помощи данного датчика.

Предел измерения – максимальное значение измеряемой величины, которое может быть воспринято датчиком без искажения результата измерения и при котором исключается его повреждение.

Абсолютная погрешность датчика представляется собой разность между значением выходного сигнала у датчика и выходного сигнала yu соответствующего истинному значению измеряемой величины: Δy = y – yu.

Требования к датчикам.

В зависимости от назначения и конкретных условий применения датчиков в автоматических системах к ним предъявляются многочисленные требования, основные из которых следующие:

• однозначность функциональной зависимости информационного сигнала от измеряемой величины;

• высокая избирательность (должен реагировать на изменение лишь той величины, для измерения которой он предназначен);

• высокая чувствительность;

• стабильность характеристики во времени и при изменении внешних условий;

• малая инерционность (минимальная постоянная времени);

• высокая перегрузочная способность;

• достаточный уровень надёжности;

• удобство монтажа и обслуживания и др.

Рассмотрим основные типы датчиков, применяемых в автоматических системах управления, регулирования, информации, контроля, защиты и диагностики, подразделяя их по назначению.

11. Приведите примеры преобразователя не электрических величин в электрические.

Например, датчики температуры tº, давления, скорости (линейной, угловой), ускорения, положения (перемещения) и т.д.

12. Объясните устройство и принцип действия индуктивных датчиков линейных перемещений и угловых скоростей.

«Основы теории управления», стр.56-58

Для точного измерения малых перемещений x=0,1 …0,5 мкм применяют индуктивные датчики (рис. 2.14 а). Принцип их действия основан на изменении индуктивности L под воздействием линейных перемещений подвижной части его магнитной системы. Датчик содержит ферромагнитный сердечник 1, подвижный якорь 2 и обмотку 3, питаемую от источника переменного тока.

Информационном сигналом датчика является сила тока 1 в обмотке:

y = I=U1/z, (2.4.)

где U1 – напряжение источника питания датчика;

z – полное сопротивление обмотки z = sqrt R² + (2πωL)² (здесь R – омическое сопротивление обмотки; ω – частота переменного тока).

Индуктивность обмотки

L ≈ 2 πw² A · 10^-5/ δ,

где w – число витков обмотки;

А – площадь поперечного сечения магнитопровода, м²;

δ – воздушный зазор, м.

Активное сопротивление обмотки R намного меньше индуктивного сопротивления, т.е. R<<2πωL, поэтому можно считать z ≈ 2πωL. Подставляя значение z в выражении (2.4.) и принимая во внимание, что δ = z, получаем

y = (U1 ·10^5/ 4π²ωw²A) x.

Статическая характеристика индуктивного датчика перемещения показана на рисунке 2.14 б. Линейность характеристики I=f(δ) сохраняется только в пределах некоторой области изменения измеряемой величины x и нарушается, когда активное сопротивление обмотки становится сравнимым с индуктивным – при большом зазоре δ или при малом зазоре вследствие наличие тока холостого хода.

Коэффициент чувствительности индуктивного датчика перемещения k= U1 ·10^5/4π²ωw²A.

Для изменения зазора δ необходимо прикладывать к якорю довольно значительное усилие, которое зависит от δ. В этой связи датчик можно использовать для измерения усилия F.

Максимальное перемещения, которые можно измерять индуктивным датчикам, выполненным по схеме (рис. 2.14. а), не превышают 5 мм. Для измерения перемещений в пределах от 3 до 100 мм применяют индуктивные датчики соленоидного типа (рис. 2.14, в). Их используют, например, в системе автоматического управления скоростными и нагрузочными режимами двигателя.

Для исключения нелинейности статической характеристики и уменьшения усилия F применяют дифференциальный индуктивный датчик перемещения, выполняемый по схеме, изображённой по схеме, изображённой на рис. 2.14, г. Аналогичную схему включения может иметь и датчик соленоидного типа (рис. 2.14, д). Выходной сигнал в этом случае изменяется практически линейно: I = k x. При переводе якоря через нулевое положение фаза выходного напряжения меняется на 180, поэтому дифференциальный индуктивный датчик является реверсивным.