Тверской колледж им. А.Н.Коняева

МДК 04.02

Студент___________

Группа _

Курс _

Отделение ______

Задание №5 Исследовать конструкцию, схемы включения, статические характеристики датчиков активного сопротивления

Общие сведения:

1. Назначение датчиков активного сопротивления. Статические характеристики.

Преобразователи активного сопротивления или датчики активного сопротивления служат для преобразования механических линейных или угловых перемещений в эквивалентные изменения сопротивления в электрической цепи. Датчики ак­тивного сопротивления представляют собой резистор переменного сопротивления. В электрическую цепь резистор может включаться

Рис. 1.13. Преобразователи активного сопротивления

или по схеме реостата, или по схеме потенциометра. В зависимости от схемы включения такие преобразователи называются или реос­татными (рис. 1.13,а, б), или потенциометрическими (рис. 1.13,в, г). Включение переменного резистора по схемам (рас. 1.13,а, б) практически равнозначно.

Рис. 1.14. Статические характеристики датчиков активного сопротивления

На рис. 1.14, а представлена статическая характеристика датчика активного сопротивления, когда за вход принято пере­мещение l движка резистора, а за выход — значение r его актив­ного сопротивления в электрической цепи. При полном перемеще­нии движка l=lmax сопротивление равно полному сопротивлению R резистора. С учетом этого статическая характеристика

r=kl, где k = R/l_max — передаточный коэффициент

Подставляя значения k в (1.20) и обозначая а перемещение движка в относительных единицах l/l_max, получаем

r=aR. , (1.21)

Выражение (1.21) часто применяется в технике для определе­ния степени введения в электрическую цепь переменного резистора (см. рис. 1.13,6).

2. Переменный резистор и его статическая характеристика

Переменный резистор в случаях, когда с него необходимо снимать значи­тельную мощность, часто выполняется в виде проволоки из металла (или сплава) с высоким удельным омическим сопротивлением. Проволока изолируется и нама­тывается на изолированный каркас. Изоляция проволоки в местах по поверхно­сти скольжения движка (контактной щетки) зачищается.

Варианты конструкции проволочных реостатных преобразователей приведе­ны на рис. 1.13, д, е, ж. Форма каркаса определяется характером измеряемого перемещения {линейное, угловое), законом функции преобразования (линейное, нелинейное) и другими факторами. Материалом каркаса может служить гетинакс, текстолит, пластмасса, керамика и т. п. Проволока обмотки выполняется из константана, нихрома, фехраля, из сплавов, например сплава платины с ири­дием.

Контактные щетки выполняются либо из проволок, либо из плоских пружи­нящих полосок из платины, серебра, из сплавов платины с иридием, фосфори­стой бронзы, медно-серебряных сплавов и т. п. В проволочных реостатных пре­образователях изменение значения сопротивления, вводимого в электрическую цепь при перемещении движка свитка на виток, не плавное, а в виде скачков (рис. 1.14, б). При каждом перемещении движка на толщину диаметра прово­локи l=d сопротивление возрастает (уменьшается) на r, равное сопротивле­нию одного витка проволоки.

Так как значения d и r малы, то ступенчатая зависимость статической характеристики с достаточной для практических расчетов точностью линеари­зуется прямой линией. Тангенс угла наклона этой линии tg = r/d.

Как известно, сопротивление R (Ом) круглого проводника выражается фор­мулой R=pl/S, где р — удельное электрическое сопротивление проводника,Ом-мм²/м; l—его длина, м; S — поперечное сечение, мм². С учетом этого находим

r=

Коэффициент передачи линеаризованной статической характеристики

k = tg =4 D/d³ (1.22)

Статическая, характеристика определяется выражением

r = kl = 4 D l /d³ (1.23)

Изменение сопротивления в реостатной схеме приводит к изменению в ней силы тока, что и используется для дальнейшей передачи и преобразования в системе электроавтоматики. В потенциометрической схеме используется измене­ние значения напряжения, снимаемого с потенциометра.

Таким образом, схему на рис. 1.13, а, б можно представить в виде двух последовательно соединенных элементов (рис. 1.14, в) со статическими характе­ристиками r=f(l) и I=f(r), а схему на рис. 1.13, в — в виде r=f(l) и U=f(r).

Вместо двух последовательно соединенных элементов можно рассматривать -один эквивалентный элемент (рис. 1.14, в) со статической характеристикой I=f(l) для схемы на рис. 1.13, а, б или U—f(l) —для схемы на рис. 1.13, в.

3. Вывод уравнения статической характеристики в виде I=f(l)

Для реостатной схемы на рис. L13, а, б статическая характеристика /= f(r) имеет вид (А)

/ =U_п /(r +R ₀ +R _н), (1.24)

где U_n — напряжение питания цепи схемы, В; r — сопротивление введенной части преобразователя активного сопротивления. Ом; R ₀ - постоянное сопротивление, ограничивающее ток в цепи при г = 0, Ом; R _н — сопротивление нагрузки, Ом. Из выражений (1.24) и (1.20) находим эквивалентную статическую харак­теристику I = f(l) для реостатной схемы:

учитывая, что r= l R / l_max

I=U_н l_max /[ l R +(R ₀ +R _н) l_max]

Таким образом, статическая характеристика реостатной схемы включения преобразователя активного сопротивления является существенно нелинейной с переменным коэффициентом передачи. Графически она имеет вид, представлен­ный на рис. 1.14, в. При l =l_mах из выражения (1.25) находим I=I_min = U_п /(R +R ₀ +R _н)

При l = 0 получим I =Imax=Un / (R ₀ +R _н).