11.Схемы формирования электрических сигналов при наличии элементов–генераторов

Простейший случай включения элементов-генераторов (Е =var) показан на рис.4. Величина тока в цепи нагрузки

,

Рис.4

где R₀ – внутреннее сопротивление элемента;

- суммарное сопротивление соединительных проводов;

R_Н- сопротивление нагрузки (приемника);

.

Величина напряжения на нагрузке при этом будет равна:

,

а выходное напряжение элемента-генератора U_x=E_x – IR₀ . Зависимость U_x=f(E_x, I) называется выходной (или нагрузочной) характеристикой элемента генератора.

При «приемнике напряжения» и . При «приемнике тока» обычно берется и

и .

Рис.5

Величина мощности, выделяемой в нагрузке, равна:

.

Наибольшее значение Р_Н отвечает условию R_Н=R_0∑ .

В компенсационной схеме (рис.5) значение тока в нагрузке (приемнике) равно:

,

где U₀ – величина компенсационного напряжения;

r_ab - сопротивление между точками а и b схемы.

Напряжение на нагрузке R_Н равно

.

12. Схемы формирования электрических сигналов при наличии элементов-модуляторов

В общем случае зависимость между током I и падением напряжения Ú на элементе-модуляторе

, где .

Здесь Х – величина внешнего воздействия. Обычно можно считать, что ,

где .

В случае, если , получим, что не зависит от І и U будет существовать линейная зависимость: .

Для цепи, состоящей из последовательно включенных элементов модулятора и нагрузки, имеем

или ,

следовательно,

или при

.

Для построения схем формирования сигнала существенно знать, как будет изменяться напряжение и ток в цепи или угол сдвига фаз , если сопротивление (или индуктивность , или емкость ) изменяет свое значение в функции х.

Имеем для тока в последовательной цепи (рис.7), что

,

Рис.7 где - эквивалентная э. д. с.1

13. Схемы формирования электрических сигналов при мостовой схеме

В случае наиболее распространенной мостовой схемы включения (рис.8) справедливы следующие основные управления:

, где ;

;

;

;

,

где Z₅ – сопротивление измерительной диагонали;

I ₅ – ток в измерительной диагонали.

14. Датчики перемещения

Датчики перемещения с изменяющимся активным сопротивлением (потенциометрические датчики)

Применяются в основном как датчики угловых и линейных перемещений.

Потенциометры используются в качестве делителей напряжения.

По виду зависимости между R_x (рис.11,) и величиной x перемещения движка (углом поворота α) различают линейные и функциональные потенциометры.

Линейные потенциометры

Линейные потенциометры весьма широко применяются в устройствах автоматики. Они характеризуются линейной зависимостью R_x = f(x) , которая изображает прямой линией (рис.12).

Зависимость выходного напряжения U_вых от напряжения U, питающего потенциометр, определяется соотношением величин сопротивлений нагрузки и потенциометра.

Рис. 12 (3 - β  , 2 - β =10, 1- β = 5)

Коэффициент нагрузки , если R_н >> R то ,то током нагрузки можно пренебречь, и зависимость U_вых =f (x) будет также линейной (см. рис.12), если β уменьшить то линейность нарушится, самая большая погрешность достигает при нахождении движка в среднем положении.

Если движок потенциометра перемещать по всей его длине в процессе работы, то расчет такого потенциометра нужно вести на максимальную погрешность, которая определяется выражением:

(8.1)

Потенциометрические датчики для измерения угловых перемещений характеризуются следующими основными электрическими и конструктивными величинами:

R – полное сопротивление намотки потенциометра;

Р – допустимая мощность, рассеиваемая потенциометром;

ρ – удельное сопротивление материала провода намотки (константан 0,49 Ом*мм²/м, нихром 1,08 Ом*мм²/м);

d – диаметр провода намотки без изоляции;

d_и - диаметр провода намотки с изоляцией;

_j – допустимая плотность тока;

δ_в – разрешающая способность потенциометра, т. е величина прироста сопротивления(относительных единицах или процентах) при перемещении щетки на один виток; принимается обычно не более 0,2 - 0,25 %;

α – рабочий угол поворота щетки потенциометра; в однооборотных потенциометрах обычно а = 330;

D – средний диаметр окружности каркаса;

L – рабочая длинна каркаса (по окружности);

n – число витков;

τ – шаг намотки;

l – длина витка намотки;

d – толщина каркаса потенциометра;

H – высота каркаса.

Расчетные формулы:

; (8.2)

l = 2(H + b); (8.3)

; (8.4)

; (8.5)

d = мм; (8.6)

(8.7)