3 Датчик обратной связи

В качестве датчика обратной связи был выбран резистивный датчик для измерения угла поворота башни танка. Датчик работает на основе резистивного чувствительного элемента, у которого выходная величина является электрической.

Омическое сопротивление проводника, обладающего длиной l, площадью сечения q и удельным сопротивлением материала , определяется по известной формуле. Как видно, изменение сопротивления может быть вызвано изменением удельного сопротивления, длины или площади сечения проводника. Все три возможности используют в конструкциях таких чувствительных элементов.

Простейшим способом изменения сопротивления резистора за счет изменения длины является перемещение отвода (скользящего контакта). Такие элементы выполняются с продольным или круговым перемещением. При приложении к ползунку усилия или крутящего момента его угловое перемещение преобразуется в изменение сопротивления и далее в изменение снимаемого с реостата напряжение или протекающего тока.

Основным элементом резистивного датчика является каркас и нанесенный на него резистивный элемент в виде намотки проволоки, слоя полупроводника или пленки металла. В конструкциях проволочных реостатов чаще всего применяются провода из манганина, константанта или фехраля.

Движок (щетка) выполняется либо из двух-трех проволок, изготовленных из сплавов платины с иридием или из пластины с беррилием, либо в виде пластинчатых щеток из серебра или фосфористой бронзы. В случае проволочных щеток контактное усилие должно быть около 0,003-0,005 Н, а в случае пластинчатых -0,05 - 0,1 Н. Контактная поверхность намотанного провода полируется, ширина контактной поверхности движка должна быть равна 2-3 диаметрам провода.

При работе реостатного преобразователя в условиях вибрации применяют щетки из проволок различной длины (от точки крепления до точки контактов) или из пластин с двумя тремя надрезами.

Каркас реостатного преобразователя обычно выполняется из текстолита или пластмассы, применяются также каркасы из алюминия, покрытого или изоляционным лаком, или оксидной пленкой толщиной 10мкм, обладающей достаточно хорошим изоляционными свойствами. Алюминиевый каркас, сохраняя стабильность геометрических размеров, позволяет также за счет лучшей теплопроводности повысить плотность тока в обмотке и, следовательно, увеличить чувствительность преобразователя. Формы каркасов очень разнообразные, они могут быть виде плоской или цилиндрической пластины, плоского иди цилиндрического кольца, плоского сегмента и т,д.

Характеристики датчика:

- входная величина: линейное или угловое перемещение;

-выходная величина: изменение сопротивления на чувствительном элементе и далее изменение снимаемого с реостата напряжения или протекающего тока;

- диапазон измерения: линейный до 60мм, угловой до 355⁰;

- погрешность от нелинейности характеристики: 0,1-0,3%;

-динамическая характеристики (частотный диапазон): зависят от параметров механических преобразователей включенных перед резистивным датчиком: при линейных и угловых измерениях до 5 Гц и до 1000 Гц соответственно.

Преимущества: малые погрешности нелинейности; высокое разрешение; применимость в вычислительных устройствах. К недостаткам относят истирание обмотки ползунка.

Большое значение имеет разрешающая способность чувствительного элемента, определяемая изменением сопротивления между двумя соседними витками обмотки.

Параметры резистивного датчика:

- диаметр корпуса, мм	50;
- полный угол поворота, град	355;
- число витков	1755;
- теоретическое разрешение, %	0,056;
- нелинейность, %	0,2;
- максимальное напряжение питания, В	100;
- необходимый крутящий момент, мН.с	30;
- максимальный угол поворота, град	360;
- общее сопротивление, Ом	2000;
- дискретность, витки	5;
- сопротивление одного витка, Ом	1,1;
- потребляемая мощность, Вт	5;
- максимальная сила тока, мА	100.

Зависимость выходного напряжения резистивного датчика от угла поворота башни танкаопределяется:

. (29)

Уравнение идеальной выходной характеристики датчика записывается в виде:

, (30)

где k - коэффициент, определяющий крутизну выходной характеристики, определяемой чувствительностью тахогенератора к изменению угла поворота.

Выходная характеристика датчика, представляющая собой зависимость напряжения на выходе от угла поворотана входе, должна максимально приближаться к прямолинейной.

Напряжение на выходе датчика, при повороте на угол 0 градусов должно быть минимальным.

Учитывая выше перечисленные условия, построим выходную характеристику датчика для разрабатываемой системы.

Если максимальное выходное напряжение для датчика ДУП-1А4 = 10В, а максимальный угол поворота башни танка, то получим идеальную характеристику датчика.

Рисунок 6 - Выходная характеристика резистивного датчика.

Выразим из уравнения (29) величину :

, (31)

. (32)

Тогда выходная характеристика датчика с учетом параметров разрабатываемой системы будет иметь вид: .

Рисунок 7 - Выходная характеристика резистивного датчика для разрабатываемой системы.