Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Устройства сбора информации для управления техническими системами. Методические указания по дисциплине «Управление техническими системами» для студент

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 54 5 > Следующая >>>

К числу индукционных датчиков относятся датчики ферродинами-

1E2

вх

α0

б в

1E2

вых

1E2

вых

вх

α0

вх

α0

вх

α0

вх

α0

вх

α0

ческого типа (рис. 16). Датчик состоит из статора (1), набранного из листов магнитомягкого материала, сердечника (2) с подвижной рамкой, на которой размещена обмотка (3). Обмотка возбуждения (4) питается напряжением переменного тока. При этом в магнитопроводе возникает магнитный поток, индуцирующий в обмотке подвижной рамки ЭДС Е. Если рамка находится на нейтрали (α

= 0), то значение наведенной в

вх

ней ЭДС. равно нулю. При отклонении рамки от нейтрального положения на угол αвх значение ЭДС. E = Kαвх, где К — коэффициент пропорциональности, зависящий от амплитуды и частоты напряжения питания, чисел витков обмотки возбуждения и обмотки рамки, а также от свойств и конструктивных параметров магнитопроводов.

приведенной на рис. 12, так как при изменении направления поворота рамки фаза индуктируемой ЭДС в ее обмотке меняется на 180°. Рабочий угол поворота рамки у таких датчиков лежит в пределах 20°.

ляется микросин, предназначенный для преобразования угловых перемещений в напряжение переменного тока (рис. 17). Статор микро-

Рис. 15. График изменения ЭДС и вы ходного напряжения

трансформаторного индуктивного датчика:

а — угол отклонении якоря датчика

б —

; в —

;

Статическая характеристика рассматриваемого датчика аналогична

Разновидностью трансформаторных индуктивных датчиков яв-

сина (1) имеет вид кольца с четырьмя явно выраженными полюсами;

124

вх

пU~

выхU~

вхαвх

+α

пU~

выхU~

1E1

4Ф2Ф3

2E4E3

якорь (2) — симметричный, в виде двух явно выраженных полюсов с полюсной дугой, равной 90°.

Рис. 16. Датчики ферродинамического типа:

3 — обмотка, размещенная на подвижной рамке; 4 — обмотка возбуждения

1 — ярмо; 2 — сердечник;

Рис. 17. Конструктивная схема микросина

1 — статор; 2 — ротор

На каждом полюсе статора размещены по две обмотки — обмотка

пU~

вых 1 2 3 4

U E E E E

вых0U~

вх

возбуждения и выходная обмотка. Цепь возбуждения микросина состоит из четырех последовательно соединенных обмоток, к которым при-

кладывается переменное напряжение

постоянной амплитуды.

Стрелками на рис. 17 показаны мгновенные направления потоков Ф, создаваемых токами в обмотках возбуждения. Выходная цепь микросина также состоит из четырех последовательно соединенных обмоток, включенных так, что индукт ируемые в них ЭДС складываются в обмотках, расположенных на диаметрально противоположных полюсах, причем ЭДС, наведенная в вертикальной паре обмоток, направлена навстречу ЭДС, наведенной в горизонтальной паре. Полярности ЭДС

, соответствующие мгновенным направлениям магнитных потоков,

показаны на рис. 17. Напряжение на выходе датчика равно:

Положение ротора (2), при котором он поровну перекрывает разноименные полюса статора, называется нейтральным (нулевым). В этом

случае

;

, поэтому

. При отклонении ротора от

нейтрального положения, например по часовой стрелке, перекрытие второго и четвертого полюсов увелич ится, а первого и третьего — уменьшится. Вследствие этого произойдет перераспределение потоков, создаваемых током в обмотках возбуждения, в результате чего ЭДС

возрастут, а ЭДС

вится напряжение, имеющее фазу ЭДС пряжения пропорциональна углу

уменьшатся. На выходе датчика поя-

. Величина этого на-

. При повороте якоря против ча-

совой стрелки фаза выходного напряжения изменится на 180°. Рабочий угол поворота микросина лежит в пределах

3.5. ПАРАМЕТРЫ ИНДУКТИВНЫХ ДАТЧИКОВ

Чувствительность индуктивных датчиков больше, чем у потенциометрических, и составляет для датчиков с линейным перемещением якоря — 100…300 В/мм, для датчиков с угловым перемещением якоря — 1…7 В/град.

Шумы у индуктивных датчиков имеют значительно меньшую интенсивность, чем у потенциометрических. Последнее обусловлено отсутствием у индуктивных датчиков скользящих контактов. Основные причины появления помехи (шумов) на выходе индуктивных датчиков

связаны с наведением в обмотках ЭДС за счет внешних низкочастот-

вх

ных электромагнитных полей, а также с несим-метричностью схемы датчиков (особенно двухтактных).

Мощность выходного сигнала в индукт ивном датчике так же, как и в потенциометрическом, зависит от величины сопротивления нагрузки,

схемы датчика и положения якоря, то есть от величины

или

К достоинствам индуктивных датчиков относятся: отсутствие скользящих контактов, высокая чувствительность, надежность, более высокий коэффициент полезного действия (КПД) по сравнению с потенциометрическими датчиками.

Недостатками индуктивных датчиков являются: возможность работы только на переменном токе, зависимость чувствительности от частоты и напряжения источника питания, ограниченный диапазон линейности статической характеристики за счет нелине йных характеристик магнитопровода.

4. ЕМКОСТНЫЕ ДАТЧИКИ

εεδS

ε1

ε Ф/м

36π 10

0 вх

εεδS

Емкостной датчик представляет собой конденсатор, в котором изменение расстояния между пластинами, площади перекрытия пластин или диэлектрической проницаемости диэлектрика, помещенного между пластинами, приводит к изменению емкости конденсатора. Последняя, как известно, определяется соотношением (36):

, (36)

где ε — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика (для воздуха

S — площадь перекрытия пластин; δ — расстояние между пластинами.

В автоматических системах управления находят применение емкостные датчики для измерения линейных и угловых механических перемещений, а также емкостные датчики для измерения уровня жидкости.

);

— диэлектрическая проницаемость вакуума;

4.1. ЕМКОСТНЫЕ ДАТЧИКИ ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

При измерении линейного перемещения в качестве изменяемого

параметра конденсатора с плоскопараллельными пластинами выбирают величину δ — расстояние между пластинами (рис. 18, а) либо S — площадь перекрытия пластин (рис. 18, в).

Емкость конденсатора при изменении расстояния между пластина-

ми определяется выражением (37):

где

— начальный зазор между пластинами.

, (37)

Статическая характеристика датчика

вх

()С f x

вх

0,1δ

вх

ε ε 1

εε

δ1

вхxвх

вх

а б

в г

, как следует из

выражения (36), будет нелинейной (рис. 18, б). Поэтому такие датчики следует применять в тех случаях, когда диапазон изменения контролируемой величины соответствует относительно небольшому участку характеристики, на котором ее можно считать линейной. Как правило,

величина перемещения

при этом не должна превышать

Действительно, после несложных преобразований выражение (36) примет вид (38):

. (38)

Рис. 18. Конструктивная схема и статическая характеристика

а, б — датчик линейных измерений; в, г — датчик угловых измерений

емкостных датчиков соответственно:

Пренебрегая в знаменателе членом

вх

2 0

0 вх

С С x

εεδS

вх

()С f x

вх

εεδa

Сx

вх

()С f x

вх

0 1 2

0 вх

ε ε( )

φα

2δ

ввиду его малости по срав-

нению с единицей, получаем выражение (39):

, (39)

где

Из выражения (39) видно, что при малых значениях

мость

— начальная емкость конденсатора.

зависи-

является линейной.

При измерении относительно больших линейных перемещений в качестве изменяемого параметра конденсатора целесообразно использовать площадь перекрытия пластин S (рис. 18, в). В этом случае емкость датчика будет равна (40):

, (40)

где

— ширина пластин конденсатора.

Статическая характеристика такого датчика

будет ли-

нейной (рис. 18. г).

При измерении угловых перемещений

может быть использо-

ван конденсатор с изменяемой площадью перекрытия пластин, показанный на рис. 19. В этом случае емкость датчика определяется по вы- ражению (41):

где

венно; φ0— начальный угол перекрытия пластин.

, (41)

— наружный и внутренний радиусы пластин соответст-

Рассмотренные емкостные датчики являются однотактными. На

ε ε ε ε

;

δδ

СС

Неподвижная

Подвижная

вх

1R2R0

перекрытия

Площадь

вх

1С2С1δ2

вх

вых

пU~

вых

вх

φ0

φ 180

рис. 20, а показана мостовая схема двухтактного емкостного датчика с дифференциальным плоскопараллельным конденсатором. Емкость каждого плеча такого датчика в соответствии с формулой (36) равна:

а ― мостовая схема; б ― статическая характеристика

Рис. 19. Емкостной датчик угловых перемещений

Рис. 20. Двухтактный емкостный датчик:

При

вх

1 2 0

δ δ δ

1 2 0

εεδS

С С С

вх

δδ

10вх

δδ x

20вх

δδx

вх

0 вх

вх

0 вх

εε

S С

1 п 1 2

вых 0 п

1 2 1 2

С U С С

С С С С

п~

вых 0 вх вх

2δ

U x K x

вых 0

вых н

вн н

;

емкость

. Если значе-

ние этом емкости

, то

. Например:

будут определяться по выражениям (42):

(42)

В режиме холостого хода напряжение на выходе датчика равно (43):

. (43)

С учетом (42) получаем следующее выражение (44):

. (44)

. При

Следовательно, статическая характеристика двухтактного емкостного

датчика представляет собой линейную функцию (рис. 20, б). При изменении направления перемещения средней пластины фаза выходного напряжения изменяется на 180° по отношению к фазе напряжения питания.

Следует отметить, что при подключении нагрузки статическая характеристика датчика становится нелинейной. Действительно, напряжение на выходе датчика с нагрузкой равно (45):

. (45)

Принимая внутреннее сопротивление источника питания равным

вн

2 ω( )

j C C

вх

вн

2 ω

п вх н

вых

вх 0

1 δ

δ2

U x Z

вх

ε1

вх

εε

нулю, на основании рис. 20, а получаем выражение для выходного со- противления датчика (46):

, (46)

или с учетом выражения (42) уравнение (47):

. (47)

Учитывая выражения (45) и (47), получаем (48):

, (48)

из которого следует, что выходное напряжение датчика с нагрузкой является нелинейной функцией перемещения

Такие датчики находят применение при измерении уровня топлива в баках летательных аппаратов. Датчик составлен из коаксиально расположенных труб (рис. 21), высота которых равна высоте бака. По-

скольку диэлектрическая проницаемость топлива больше диэлектрической проницаемости воздуха, то емкость конденса-

тора увеличивается с увеличением уровня топлива. Электрическая эквивалентная схема датчика представляет собой два параллельно включенных конденсатора

высотой ( цаемостью заполненной жидкостью с диэлектрической проницаемостью

4.2. ЕМКОСТНЫЕ ДАТЧИКИ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

в несколько раз

, где

— емкость части датчика

), заполненной воздухом с диэлектрической прони-

;

— емкость остальной части датчика высотой

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 54 5 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]