
Курсовые работы / беговой дорожкой в спортивном комплексе космической станции / 3 РАСЧЕТ ДАТЧИКА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
.doc3 РАСЧЕТ ДАТЧИКА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
3.1 Общие сведения
В общем виде датчик
Д (рисунок ) можно представить в виде
чувствительного элемента ЧЭ и
преобразователя Пр. Чувствительный
элемент в системах автоматики и
телемеханики выполняют функции «органов
чувств». Он предназначен для преобразования
контролируемой величины
в такой вид сигналя
,
который удобен для измерения. В
преобразователе, как правило, происходит
преобразование неэлектрического сигнала
в электрический сигнал
.
Рисунок - Структура датчика
На вход датчика могут поступать как электрические, так и неэлектрические сигналы. С выхода датчика обычно получают электрические сигналы. Это вызвано тем, что электрический сигнал проще усилить и передавать на различные расстояния.
3.2 Потенциометрические датчики
Потенциометрические датчики служат для преобразования углового или линейного перемещения в электрический сигнал. Эти датчики выполнены в виде переменного сопротивления, подвижный контакт которого механически связан с преобразующим элементом. Обычно они представляют собой проволочный реостат, ползунок которого перемещается под воздействием контролируемого или регулируемого параметра.
Конструктивно потенциометрические датчики состоят из каркаса, намотанной на него проволоки и ползунка. Каркас датчиков изготовляется из текстолита, стеклотекстолита, пластмассы и алюминиевых сплавов, покрытых изоляционным лаком или оксидной пленкой. Каркасы, изготовленные из алюминиевых сплавов, более теплоустойчивы по сравнению с другими каркасами, что дает возможность повысить плотность тока в обмотке и в конечном итоге повысить чувствительность преобразователя. Каркасы могут изготавливаться в виде цилиндрической или плоской пластины, а также в виде кольца и сегмента. Проволока, которая наматывается на каркас, должна иметь большое удельное сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивления. Для обмоток потенциометрических датчиков применяется константановая, манганиновая, нихромовая, новоконстантановая и другая проволока. Для датчиков с малым контактным давлением применяется проволока из сплавов серебра, платины и золота.
В технике чаще применяется потенциометрический датчик, который представляет собой реостат, включенный по схеме делителя напряжения (рисунок ).
датчик
а – схема включения; б – статическая характеристика в
режиме холостого хода
Выходное напряжение потенциометрического датчика в режиме холостого хода, когда нагрузка не подключена, определяется по следующей формуле:
, ()
где
– ток, который протекает по датчику;
- сопротивление
введенной части датчика;
- напряжение питания
датчика;
- полное сопротивление
датчика.
Предположим, что намотка датчика выполнена равномерно и сопротивление проволоки на единицу длины постоянно, тогда можно написать следующее выражение:
, ()
где
– перемещение ползунка датчика;
- длина обмотки
датчика.
Подставив в формулу
() вместо выражения
выражение
,
получим:
, ()
где
- коэффициент передачи.
Из формулы () следует, что статическая характеристика потенциометрического датчика при работе в режиме холостого хода представляет собой линейную зависимость между выходным напряжением датчика и перемещением его ползунка. Рассмотренный датчик является однотактным (нереверсивным), так как дает возможность измерять перемещение ползунка только одного знака.
В технике часто применяются потенциометрические датчики, реагирующие на знак перемещения ползунка. Такие датчики получили название двухтактных или реверсивных.
а – схема включения; б – статическая характеристика в
режиме холостого хода
В автоматике, телемеханике и вычислительной технике потенциометрические датчики чаще всего применяют для измерения угла поворота различных механизмов и приборов. В этих датчиках напряжение постоянного или переменного тока, снимаемое с зажимов, пропорционально углу поворота ползунка потенциометра. Такие потенциометрические датчики получили название функциональных.
К достоинствам потенциометрических датчиков можно отнести: конструктивную простоту, малую массу и небольшие габариты, возможность питания постоянным и переменим током, простоту регулировки и высокую стабильность.
3.3 Рассчитаем параметры нашего датчика
В данной схеме в качестве регулирующего устройства используется потенциометрический датчик типа ПД.
Параметры датчика:
- напряжение питания
;
- полное сопротивление
датчика
;
- максимальное
отклонение
,
что соответствует
;
- чувствительный элемент выполнен из серебра;
- диаметр проволоки
для чувствительного элемента
- отклонение
соответствующее заданному напряжению
,
что соответствует
.
Рассчитаем чувствительность датчика.
, (
)
где
- напряжение питания датчика,
- длина обмотки
датчика.
Длину обмотки датчика можно найти:
, (
)
где
- сопротивление датчика;
- удельное
электрическое сопротивление серебра;
- площадь поперечного
сечения проводника.
, (
)
где
- диаметр проволоки.
(
)
(
)
(
)
Вычислим коэффициент передачи:
, (
)
где
- напряжение питания датчика,
- максимальный
угол отклонения датчика.
(
)
Зная коэффициент передачи можем рассчитать выходное напряжение.
, (
)
где
- рабочее отклонение датчика
- коэффициент
передачи
(
)
Зная, что выходное напряжение датчика должно входить в пределы от 1,5 до 3,1В, что соответствует входное напряжения микросхемы, можем построить статическую характеристику датчика.
Рассчитаем ЭДС индукции в цепи.
,
( )
где
- сила тока в цепи;
- ЭДС индукции;
- сопротивление
датчика.
,
( )
где
- выходное напряжение;
- сопротивление
введенной части датчика.
, (
)
где
- максимальное отклонение;
- отклонение
соответствующее заданному напряжению;
- сопротивление
датчика.
.