книги / Электромеханические аппараты автоматики

Рассмотрим второй тип задач: определим необходимое расположение ПМ.

Пусть ПМ изготовлен из феррита бария с остаточной индукцией Вг = 0,38 Тл, коэрцитивной силой # с=15 000 А/м и коэффициентом прямоугольности кривой размагничивания а=0,96 [7]. ПМ имеет форму параллелепипеда с размерами /м х Ьых Ам = 25 х 5 х 5 мм и установлен параллельно продольной

ДАТЧИКИ

Любую неэлектрическую физическую величину можно преоб­ разовать в электрический сигнал. Такое преобразование выпол­ няется с помощью датчиков — электрических аппаратов авто­ матики, осуществляющих восприятие контролируемой (вход­ ной) величины и преобразование ее к виду, удобному для

и генераторные датчики. В параметрических датчиках конт­ ролируемая физическая величина преобразуется в изменение таких параметров, как активное сопротивление, индуктивность или емкость. Параметрические датчики относятся к пассивным элементам и требуют источника питания для выявления изменения выходной величины. Примерами таких датчиков могут быть индуктивные датчики, фоторезисторы, угольные столбики и т. д.

В генераторных датчиках изменение контролируемой вели­ чины преобразуется в изменение ЭДС на выходе. В этих датчиках не требуется отдельного источника питания для

При S'-юс) статическая характеристика приближается к оси ординат. Характеристика 2 нелинейна, характеристика 3 об­ ладает гистерезисом, т. е. различна при увеличении и умень­ шении входной величины:

в материале, наличие деформаций, потери на магнитный гистерезис и т. д.

Порогом чувствительности датчика называется минимальное изменение входной величины Ах, вызывающее изменение выходной величины у.

Динамическая характеристика датчика характеризует его работу при быстрых изменениях входной величины л;, т. е. в переходных режимах. Она может быть задана способами, рассматриваемыми в теории автоматического регулирования (передаточной функцией, переходными характеристиками, ам­ плитудно-фазовой характеристикой и т. д.) [54, 55].

5.2. РЕЗИСТИВНЫЕ ДАТЧИКИ

5.2.1. Общие сведения

Резистивные датчики линейного или углового перемещения [55, 78] представляют собой резисторы с переменным со­ противлением специального исполнения (рис. 5.2). Изменение сопротивления достигается перемещением подвижной щетки. Для обеспечения надежного контакта при малом контактном нажатии щетки выполняются из бронзы и благородных металлов (платино-иридиевые сплавы и т. д.). Резистор выпол­ няется из проволоки, слоя полупроводника, металлической пленки.

Сопротивление изготавливается из платиновой, платино­ иридиевой, угольной, нихромовой, константановой проволоки и других материалов. Для изготовления каркасов используются керамические материалы, пластмасса, гетинакс, металлы (алю­ миниевые сплавы, покрытые лаком или пленкой).

Если из-за ограниченных размеров в датчик не умещается

циальной конструкции резистор выполняется в виде пружины. В сжатом состоянии все витки пружины замкнуты между

где Rmax, Umax, xmax— максимальные значения выходного со­ противления, выходного напряжения и перемещения щетки; ст—

7=10 А/мм2 для пластмассового и 7= 25ч-30 А/мм2 для метал­ лического каркаса. При проволоке из благородных металлов, температуре Г=70ч-80° С и металлическом каркасе плотность тока принимается 7= 40 -г-50 А/мм2.

При наличии жидкостного охлаждения (лигроин, минераль­ ное масло и т. д.) принимается 7= 80ч-100 А/мм2.

5.2.2. Погрешности датчиков

Погрешности датчиков подразделяются на абсолютные

действительное значение входной величины.

Аналогично определяются погрешности датчиков по выходу. На погрешности влияет ряд внешних факторов: температура и влажность окружающей среды, напряжение и частота ис­

точника питания, магнитные и электрические поля, механичес­

пликативную (зависящую от х) погрешности. Мультипликатив­ ную называют еще погрешностью чувствительности. Поэтому

внешними факторами нормированных значений и выражаются

Рис. 5.3. Изменение сопротивления резистивного датчика

чувствительность датчика, либо ослабляют действие внешних факторов (например, за счет применения дифференциальных схем и т. п.).

Ниже описываются основные разновидности погрешностей резистивных датчиков.

Зона нечувствительности. В резистивном датчике, провод которого намотан на каркас, щетка перемещается с витка на виток и выходное сопротивление изменяется скачкообразно (рис. 5.3).

Зона нечувствительности Ах определяется с учетом (5.3):

откуда

A x = ± x mJ 2 w ,

где Rmax, гъ— соответственно максимальное сопротивление датчика и сопротивление витка; w— число витков.

В относительных единицах

Неравномерность характеристики. Характеристика датчика зависит от случайных технологических погрешностей (непо­ стоянства диаметра провода в пределах допусков, шага витков, натяжения провода и т. д.). Степень неравномерности харак­ теристики, %,

где Лф —фактическое значение сопротивления при некотором х; Rp = R — расчетное значение сопротивления, определяемое по (5.3).

По (5.10) может быть построена зависимость е(х). Обычно е = 0,25 -г-0,5% для датчиков общего назначения и е^0,1% для прецизионных датчиков.

Рис. 5.5. Варианты схем потенциометрических датчиков

нагрузки, что вызывает статические и динамические погреш­ ности. Статические погрешности создают добавочную нерав­ номерность характеристики. Динамические погрешности воз­ никают при реактивном характере нагрузки. Напряжение £/вых устанавливается после перемещения щетки с некоторым запаз­ дыванием, определяемым постоянной времени эквивалентной электрической цепи. При этом ток нагрузки зависит как от перемещения щетки, так и от скорости ее перемещения. Из характеристик датчика (рис. 5.4, б) видно, что их нелинейность возрастает с уменьшением отношения:

дополнительные погрешности за счет поверхностного натяже­ ния в ртути.

5.2.3. Основные расчетные соотношения

Габариты активной части датчика определяются потребля­ емой им мощностью. Допустимый по нагреву ток определяется из условия

изводящей заданные функции, применяют функциональные потенциометры (рис. 5.6). В конструкции рис. 5.6, а проволока наматывается с постоянным шагом на профилированный каркас, сечение которого изменяется по определенному закону,

4. Находится допустимое значение превышения температуры по (5.14):

Tmax — Т0тах= 450 —50 = 400° С. 5. Диаметр проволоки [54]:

за счет соприкосновения части поверхности проволоки с кар­

d— диаметр неизолированной проволоки; dm— диаметр про­ волоки с изоляцией.

£>=-—^ = (1,23 • 10-2)/п —8 - 10_5 = 3,84-10-3 м.

К